Главная » 2 класс » Устройство вычислитель цузе данные угадай слово. Кто построил первый работающий компьютер? Технические характеристики Z1

Устройство вычислитель цузе данные угадай слово. Кто построил первый работающий компьютер? Технические характеристики Z1

Сергей Бобровский

Таким титулом награжден немецкий инженер , родившийся в 1910 г. и умерший в возрасте 85 лет (более подробно его биография описана в статье “Компьютерный музей”, PC Week/RE, № 9/98, с. 60).

В 30-х годах Цузе занимался проектированием самолетов в компании Henschel Aircraft и ему приходилось выполнять огромные объемы вычислений для определения оптимальной конструкции крыльев. В то время существовали только механические калькуляторы с десятичной системой счисления, и Цузе заинтересовала проблема автоматизации всего процесса вычислений, так как он вынужден был выполнять множество однообразных рутинных расчетов по заданной схеме. В 1934 г. Цузе придумал модель автоматического калькулятора, которая состояла из устройства управления, вычислительного устройства и памяти и полностью совпадала с архитектурой сегодняшних компьютеров.

В те годы Цузе пришел к выводу, что будущие компьютеры будут основаны на шести принципах:

двоичная система счисления;
использование устройств, работающих по принципу “да/нет” (логические 1 и 0);
полностью автоматизированный процесс работы вычислителя;
программное управление процессом вычислений;
поддержка арифметики с плавающей запятой;
использование памяти большой емкости.

Цузе оказался абсолютно прав. Он первым в мире сказал, что обработка данных начинается с бита (бит он называл да/нет-статусом, а формулы двоичной алгебры - условными суждениями), первым ввел термин “машинное слово” (word), первым объединил в вычислителе арифметические и логические операции, отметив, что “элементарная операция компьютера - проверка двух двоичных чисел на равенство. Результатом будет тоже двоичное число с двумя значениями (равно, не равно)”. При этом Цузе не имел никакого представления не только об аналогичных исследованиях коллег в США и Англии, но даже о механическом вычислителе Чарльза Бэббиджа, созданном в XIX веке.

В 1936 г. Цузе запатентовал идею механической памяти. Год спустя он создал работающую память для хранения 12 двоичных чисел по 24 бита и активно занялся созданием первой версии своего вычислителя, которую он сначала назвал Versuchsmodell-1 (V-1), но эта аббревиатура совпала с названием немецких ракет V1, и тогда он переименовал свое творение в Z1. Арифметический модуль мог работать с числами с плавающей запятой (фактически они состояли из двух чисел: одно представляло собой 16-разрядную мантиссу, другое - 7-разрядную экспоненту), осуществлял преобразования двоичных чисел в десятичные и обратно и поддерживал ввод и вывод данных. Устройство ввода программы с помощью перфорированной киноленты сделал Хельмут Шрейер, друг Цузе, который раньше работал киномехаником. Результаты расчетов показывались с помощью электрических ламп. Z1 был закончен в 1938 г. и работал неустойчиво из-за ненадежной механической памяти.

Трудами Цузе заинтересовалось руководство Института аэродинамических исследований третьего рейха. Они взялись финансировать работы над следующей моделью вычислителя Z2. В качестве более надежной элементной базы Конрад выбрал электромагнитные телефонные реле, единственные в то время устройства, пригодные для создания компьютера. Релейный Z2 был построен в апреле 1939 г. и успешно заработал, но Цузе призвали в армию, и хотя у него были очень влиятельные друзья, он отслужил год, прежде чем вернулся обратно в институт. Там он приступил к проектированию более мощной модели - Z3, потом снова был призван на фронт, но через короткое время вернулся в институт окончательно.

Цузе закончил Z3 5 декабря 1941 г. Ввод программы, представлявшей собой последовательность довольно мощных логических команд, по-прежнему происходил с перфорированной киноленты. Память Z3 позволяла хранить 64 слова (14 бит на мантиссу, 7 бит на экспоненту и 1 бит на знак) и состояла из 1400 реле. Для арифметического вычислителя потребовалось 600 реле, и еще 400 реле применялось в устройстве управления. Z3 выполнял не только 4 арифметических операции, но и вычисление квадратного корня, умножение на –1, 0,1, 0,5, 2 и 10. Скорость работы Z3 была примерно равна скорости работы американского компьютера Harvard Mark I, созданного в конце 40-х годов. Z3 выполнял 3-4 операции сложения в секунду и умножал два числа за 4-5 секунд, позволяя при этом обрабатывать числа с плавающей запятой более эффективно, чем

Одновременно Цузе занимался проектированием механических устройств дистанционного управления бомбами для повышения точности попадания в цель. Для создания модели требовалось провести очень большие вычисления, и он сначала сделал специализированный компьютер, выполнявший фиксированную последовательность операций. Затем он решил также автоматизировать работу оператора, занимавшегося вводом данных, и первым в мире сделал то, что сегодня называется аналогово-цифровым преобразователем.

Из-за небольшого объема памяти на Z3 нельзя было решать, в частности, системы линейных уравнений, а институту это требовалось. В 1941 г. Цузе решил разработать более мощную модель - Z4. Он понимал все минусы своей машины и хотел создать полноценный компьютер, которому, по оценкам самого Цузе, требовалась емкость памяти как минимум 8 тысяч слов. Но немецкое руководство ответило ему, что Германия так близка к победе, что компьютеры ей не нужны. Во время войны все практические работы в этой области полностью прекратились. По окончании войны Цузе на короткое время был арестован, но всю жизнь отрицал, что выполнял какие-то секретные работы для правительства.

После войны Цузе временно остался не у дел. Z3 был разрушен, Z4 не закончен, зарубежные компьютеры и еще не работали, и он занялся теоретическими исследованиями. Ему помогал математик Герр Лохмейер. Цузе попытался автоматизировать игру в шахматы, описать правила игры в терминах логических вычислений. Сразу возникли проблемы, хорошо известные сегодня специалистам по искусственному интеллекту, - не было подходящего инструментария для работы со сложными структурами данных. В 1945 г. Цузе создал первый в мире символический язык Plankalkul (термина “алгоритмический язык” еще не существовало) и технику трансляции адресов, кроме того, у него родились идеи использования подпрограмм с параметрами. В то же время Цузе придумал название своему устройству - логическая вычислительная машина.

В начале 50-х годов экономика Германии пошла на подъем. Цузе организовал фирму Zuze KG, построил машину Z11 и использовал ее для решения задач перепланировки земель, проектирования оптических приборов. Уже тогда возникли проблемы создания хорошего ПО. Затем Цузе построил Z22, которая поддерживала общие алгоритмы вычислений, могла работать с произвольными структурами данных, имела достаточный объем памяти и была популярна у многих немецких инженеров и ученых. Цузе полагал, что у него появятся заказы на расчеты от малых и средних компаний, но они тогда не очень нуждались в подобных услугах, и Zuze KG оказалась убыточной. Государственное финансирование работ в компьютерной области началось позже.

Цузе продолжал экспериментировать с различными вычислительными устройствами, сделал автоматическую рисовальную доску - первый прообраз современных CAD. В 1964 г. он предложил автоматическую систему управления крупными ткацкими станками. С 1966 г. Цузе стал работать в компании Siemens AG.

Одним из своих наиболее выдающихся достижений Цузе считал создание языка Plankalkul, который не был привязан к архитектуре и наборам команд конкретного компьютера в отличие от первых языков ассемблера.

В Plankalkul было введено понятие объекта. Объект мог быть примитивным, основанным на двоичных числах произвольной длины (при записи логической единицы Цузе использовал символ L; например, двоичное число 1001 записывалось как L00L), и составным (структуры, рекурсивно определяемые массивы произвольной размерности и т. д.). Битовый массив размерности [n][m] обозначался как n x m x S0. Индексация в Plankalkul всегда начиналась с 0. Разрешалось работать с подмассивами: для трехмерного массива V можно указать матрицу V[i] и вектор V[i][j]. Для описания переменной использовалась нотация S1 . n (n бит).

Plankalkul допускал использование значительно более сложных синтаксических конструкций. Десятичное число (0-9) определялось с помощью записи S1 . 4 (4 бита, значения от 0 до 15) с наложенным ограничением по диапазону. Структура из трех компонентов записывалась, например, как (A2, S1 . 4, A3), где объекты A2 и A3 определялись ранее. Для упорядочения сложных описаний в языке использовался специальный синтаксис.

В качестве идентификаторов переменных применялось сочетание “буква + число”. Первой буквой могла быть V (параметр ввода), Z (промежуточное значение), R (результирующее значение), C (константа). Программы и подпрограммы (параметры передавались по значению) трактовались как переменные (префикс P). Например, запись P3 . 7 означала вызов 7-й программы 3-й программной группы. Plankalkul предусматривал возможность работы массивов программ, что сегодня только реализуется в распределенных системах!

Цузе придумал оператор присваивания, для которого определил знак. На Цюрихской конференции по Алголу европейская группа хотела ввести в стандарт языка именно его, и только под сильным давлением американской группы, не заинтересованной в введении символов, не поддерживаемых в компьютерах США, согласилась на сочетание:=.

Plankalkul поддерживал мощные синтаксические конструкции и позволял компактно описывать сложные условные циклы. Правда, запись программы была “многоэтажной”, с верхними и нижними индексами, и походила на символические потоковые диаграммы, получившие распространение в США в 60-х годах. По мощности Plankalkul приближался к Алголу 68, но в отличие от него, в Plankalkul не поддерживалась адресная арифметика, что в целом повышало надежность программы. На Plankalkul было написано много самых разных невычислительных алгоритмов: обработки символьной информации, генерации шахматных ходов и др. В музее Retrocomputing museum (www.ccil.org/retro/) автору статьи сообщили, что в память о Цузе планируется сделать компилятор для Plankalkul.

Сегодня работы Цузе известны во всем мире. Он оказал несомненное влияние на развитие европейских компьютерных технологий. Его труды использовались при создании новых компьютеров и особенно при разработке первых алгоритмических языков программирования. Конрад Цузе получил множество наград и призов и заслужил международное признание. В последние годы жизни он занимался преимущественно рисованием. Любовь к изобразительному искусству Цузе сохранил, видимо, с тех пор, как двадцатипятилетним инженером рисовал многочисленные схемы своих первых компьютеров.

Сегодня, когда персональные компьютеры штампуют миллионами единиц ежегодно, трудно вообразить себе, что еще каких-то 60-70 лет назад вычислительные машины собирались вручную единичными энтузиастами, в условиях, далеких от фабричных. 30-е и 40-е годы прошлого века были "пионерной" вехой в истории создания компьютеров. Это было удивительное время, которое предопределило не только развитие и рост вычислительной техники в дальнейшем. Оно также ознаменовало собой начало тотальной зависимости человека от компьютеров практически во всех сферах его жизнедеятельности, начало компьютеризации, цифровых способов вычисления и хранения данных и т.д.

Наиболее быстрые и важные подвижки в развитии науки и техники происходят благодаря ВПК, то бишь, военно-промышленному комплексу. Именно здесь обычно концентрируются громадные человеческие, денежные и иные ресурсы. По этой причине армии нужны самые высокотехнологичные орудия убийства, разработка которых требует не только затрат, но также научно-технических инноваций, открытий. Вряд ли развитие атомной энергетики шло такими темпами, не будь у США и СССР настоящей гонки по созданию атомной бомбы. В Первой Мировой войне применялась и артиллерия, и бронетанковые войска, и авиация, однако сложные расчеты (баллистические, например) ещё не требовались, ввиду явной "недоразвитости" военной техники, науки и промышленности. А в 30-х годах прошлого века военным наиболее развитых государств мира потребовались машины, которые могли быстро и точно рассчитывать самые разнообразные операции. Справляться с рутинной работой, нарастающей, словно снежный ком, людям становилось все сложнее и сложнее, отчего у наиболее одаренных представителей рода человеческого появилась идея переложить скучное занятие на "механические плечи" вычислительной машины. Словом, предвоенная ситуация в Европе середины 30-х годов ХХ века буквально подталкивала технических гениев в генеральские объятья. Не смог удержаться от подобного "братания" и Конрад Цузе (Konrad Zuse), выдающийся немецкий конструктор и мыслитель. Цузе родился 22 июня 1910 г. в Берлине, но вырос на севере Саксонии. Изобретать юный Конрад начал с раннего возраста. Общеизвестен такой факт - в школе им был представлен проект действующей машины для размена монет. Так что неудивительно, что в 1935 г. Цузе успешно закончил Высшую техническую школу Берлин-Шарлоттенбург и вышел оттуда с дипломом инженера. Затем судьба привела его в авиационную фабрику "Хеншель" в городе Дессау. Здесь и пересеклись интересы Цузе и военных. Поначалу - весьма своеобразно. На фабрике новоиспеченный инженер проработал около года, а затем положил на стол начальству заявление об уходе. Но ушел Цузе затем, чтобы заняться созданием... программируемой счетной машины. Еще в студенческие годы (начиная примерно с 1934 г.) он стал задумываться над созданием машины для вычислений. Окончательный импульс к созданию такой машины дали каждодневные рутинные расчеты, которыми приходилось заниматься Конраду на работе. В частности, он корпел над расчетами нагрузки, возникающей при вибрации крыла. Но вычислительная программируемая машина - это не машина для размена монет. Конрад Цузе понимал всю серьезность дела, за которое он взялся, а потому сразу оборудовал целую комнату в доме родителей под свою "мастерскую". Родители не разделяли сыновнего энтузиазма, однако, надо отдать им должное, оказывали Конраду всяческую помощь. Таким образом, денежные средства на постройку машины были исключительно частными. Начало работ над первой вычислительной программируемой машиной Цузе относится к 1936 г. Характерной особенностью этой машины являлось то, что для переключения использовались не реле, а металлические пластины. Упорству Цузе можно только позавидовать, ведь эти пластины количеством два десятка тысяч (!) были вырезаны лобзиком, впрочем, не без помощи ближайших друзей. Несмотря на все сложности, в 1938 году Цузе смог продемонстрировать родителям и друзьям программируемую цифровую машину. Поначалу она носила название V-1 (Versuchsmodell-1, то есть "Опытная модель"), позднее, названия всех компьютеров Конрада стали начинаться с буквы Z (Z1, Z2, Z3 и т.д. - по начальной букве фамилии изобретателя).

Компьютер Z1 имел большинство черт, присущих современному ПК. Это и двоичный код (Цузе дальновидно отказался от десятичной системы исчисления) 1 , и отдельный блок памяти, и возможность ввода данных с консоли, и обработка чисел с плавающей запятой. В качестве носителя для ввода данных могла использоваться перфокарта, которую Цузе приспособился делать из 35-миллиметровой кинопленки, пробивая в ней отверстия. У Z1 был один серьезный недостаток - ненадежность вычислений. Модель действительно являлась экспериментальной, хотя могла использоваться для научных вычислений. И, конечно, не была продана. Между прочим, для ранних компьютеров (вплоть до начала бума IBM PC-совместимых компьютеров в начале 80-х годов ХХ в.) показатель реализации был очень важен и служил, своего рода, индикатором успеха. Однако Z1 не суждено было остаться даже в единственном оригинальном экземпляре. В 1943 году компьютер был уничтожен после авиабомбежки вместе со всеми конструкторскими чертежами и схемами 2 .

Основные характеристики Z1

Реализация	Тонкие металлические пластины
Частота
Вычислительный блок
Средняя скорость вычислений	Умножение - 5 секунд
Ввод данных
Вывод данных
Память	64 слова по 22 бита
Вес	Около 500 кг

К сожалению, Конрад Цузе не избежал отправки в расположение военных частей - фашистская Германия развязала Вторую Мировую войну. Однако в роли солдата-пехотинца Цузе пришлось побыть недолго, не более полугода, изобретателю удалось убедить военное руководство, что больше пользы он принесет не на поле брани, а за постройкой нового компьютера (известного теперь как Z2). Институт аэродинамических исследований Третьего рейха даже начал финансирование работы Цузе; в 1940 году тот смог открыть небольшую компанию "Zuse Apparatebau" по созданию компьютеров, которая просуществовала до конца войны. Неточность и ненадежность Z1 (из-за механической конструктивной сложности) подтолкнула Цузе обратиться к использованию электромеханических переключателей - реле, для большей точности в вычислениях (ограниченный в средствах, Цузе приобретал в телефонных компаниях списанные реле). Память Z2 по-прежнему состояла из металлических пластин, зато вычислительный блок - из 800 реле. К весне 1939 года Z2 был готов. Дальше совершенствовать это "поколение" компьютеров не имело смысла, Цузе уже видел прообраз будущей машины, которая была бы целиком релейной и служила не только демонстрационной моделью.

Основные характеристики Z2

Реализация	Тонкие металлические пластины, реле
Частота
Вычислительный блок	Обработка чисел с плавающей запятой, длина машинного слова - 16 бит
Средняя скорость вычислений	Умножение - 5 секунд
Ввод данных	Клавиатура, устройство считывания с перфоленты
Память	16 слов по 16 бит
Вес	Около 500 кг

12 мая 1941 года в Берлине Цузе представил собравшимся ученым знаменитый компьютер . Успех демонстрации был огромен. Не случайно именно Z3 считается первым работоспособным, свободно программируемым компьютером в мире (его "конкуренты", Mark I и ENIAC появились после 1943 года). Правда, в памяти Z3 программы не хранил, для этого память из 64 слов была мала, да Цузе и не стремился к этому. Имелся недостаток - отсутствие реализации условного перехода.

Однако главная проблема заключалась в том, что высшие военные чины Вермахта не сомневались в быстрой победе германского оружия, а потому придавали мало значения компьютерам. Показателен такой факт. Однажды Цузе и его друг Гельмут Шрейер, инженер по специальности, обратились за помощью к генералам, чтобы те помогли с финансированием ЭВМ, созданной не на реле, а на вакуумных лампах (идея Шрейера). Военные, услышав, что на постройку такого компьютера уйдет около двух лет, отвергли идею Цузе-Шрейере, заявив, что войну Германия выиграет гораздо раньше, обойдясь без помощи новых электронных вычислительных средств. Безусловно, после нападения Гитлера на СССР фашистской Германии не помогли бы никакие компьютеры, но приведенный случай наглядно показывает (как и направление Цузе на фронт), что немецкое руководство не понимало всей перспективности компьютеростроения. В этом плане показательна работа над "оружием возмездия" ("Фау"), которая то форсировалась, то замедлялась в зависимости от успехов/неуспехов на военных фронтах.

Основные характеристики Z3

Реализация	Реле (600 - блок вычислений, 1600 - блок памяти)
Частота
Вычислительный блок	Обработка чисел с плавающей запятой, длина машинного слова - 22 бита
Средняя скорость вычислений	Умножение, деление - 3 секунды, сложение - 0,7 секунд
Ввод данных	Клавиатура, устройство считывания с перфоленты
Вывод данных	Ламповая панель (десятичное представление)
Память	64 слова по 22 бита
Вес	Около 1000 кг

Вплоть до 1944 года Z3 успешно использовали для авиационных расчетов, когда опять же после бомбардировки, компьютер был уничтожен3. Несгибаемый Конрад Цузе берется за создание четвертого компьютера - Z4.

На долю Z4, в отличие от предшественников, выпала завидная судьба. Компания Цузе готовила Z4 для серийного производства, однако страх перед бомбежками вынудил не окончательно отлаженный компьютер вывезти из Берлина. Первоначально его планировали спрятать в подземной фабрике в Нордхаузене, где собирались ракеты "Фау". Но, когда Цузе, спустившись в ужасное подземелье, увидел тысячи заключенных, работавших (и погибавших) там, в нечеловеческих условиях, он с ужасом отверг это место. Так Z4 повезли в баварские Альпы, где в местечке Оберох Цузе повстречался с еще одним выдающимся немецким изобретателем и конструктором - Вернером фон Брауном, прославившимся созданием первой боевой баллистической ракеты (A-4/V-2)4. К бодро шагавшему в плен фон Брауну Цузе не примкнул, а, пройдя еще 20 км, спрятал компьютер в разобранном виде в сарае альпийского отеля местечка Хинтерштайн. Послевоенные годы были тяжелым испытанием для Цузе, которому пришлось практически заново собирать Z4. Для восстановления механической памяти брались железные консервные банки, оставленные войсками антигитлеровской коалиции. Чтобы как-то выжить, Цузе задействовал свой второй талант - художника. Он делал гравюры на дереве и продавал их местным фермерам и американским солдатам. В 1948 году восстановленный Z4 был на лошадях перевезен в местечко Хопферау, где Цузе посетил профессор Штифель из Высшей технической школы в Цюрихе (ETHZ). До сих пор не совсем ясно, откуда профессор проведал про Z4. Эта встреча стала поворотным пунктом для дальнейшей жизни Конрада Цузе. На глазах у Штифеля он написал программу, сделал перфокарту и ввел данные в Z4. Полученный результат был правильным. Воодушевленный этим, Штифель предложил арендовать Z4. Чтобы подписать контракт с ETHZ, Цузе зарегистрировал компанию "Zuse KG". Надо сказать, что выбора у цюрихского профессора не было. На тот момент он мог рассчитывать лишь на Z4, поскольку американские компьютеры заполучить было невозможно, а машина Цузе работала надежно (даже несмотря на память из металлических пластин), имела специальный блок для создания программ и ряд других плюсов.

Основные характеристики Z4

Реализация	Реле, память - металлические пластины
Частота
Вычислительный блок	Обработка чисел с плавающей запятой, длина машинного слова - 32 бита
Средняя скорость вычислений	Z4 имел устройство для подготовки программы. Программу Цузе рассматривал (и называл) как план, отсюда и немецкое название этого блока компьютера - "Planfertigungteil" (дословно - "устройство подготовки планов"). С помощью названного устройства было легко составлять, редактировать, копировать программу на перфоленте и, сверх того, за считанные часы изучить программирование на Z4. Z4 умел избегать исчисления неверных результатов. Как и Z3, он обрабатывал арифметические исключения. Например, если числа выходят за диапазон 10^-20 Z4 обладал двумя считывателями данных с перфолент (в оригинальной версии планировалось до шести таких считывателей). Начав с коллектива в пять человек, в 1949 году, со временем, к в 1964 году, компания Цузе выросла до персонала из 1200 рабочих. К 1967 году Zuse KG реализовала 251 собранный компьютер, однако недостаток денежных средств вынудил Цузе влиться в состав более преуспевающей немецкой компании "Siemens AG". В последней Цузе получил должность консультанта. Однако на этом удивительная и плодотворная жизнь Конрада Цузе не заканчивается. На счету великого немца числятся также параллельный компьютер (правда, не построенный), графомат (плоттер, управляемый перфолентой), алгоритмический язык Plankalkul и книга "Вычислительное пространство". Но об этом и многом другом мы расскажем в следующий раз. Примечания Цузе опередил американского математика Джона фон Неймана, который в отчете "Предварительное обсуждение логического конструирования электронного вычислительного устройства" (июнь 1946 г.) в качестве одного из главных составляющих ЭВМ назвал двоичную систему исчисления. Цузе работал в своеобразном "творческом вакууме", по собственному признанию, он даже не слышал о "разностной машине" Чарльза Бэббиджа. Но выбор двоичной системы исчисления, происходящей из логической алгебры английского математика ХIХ в. Джорджа Буля, дал возможность построить ЭВМ из устройств-переключателей, имеющих всего два (а не десять) положения - "1" ("истинно") и "0" ("ложно"). Благодаря неустанному труду Конрада Цузе мы имеем счастье и сегодня лицезреть Z1. В 1986 г. Цузе решил восстановить свой первый компьютер, что ему (с помощью трех помощников) удалось сделать в 1989 г. Вторично собранный, точно птица Феникс, Z1 находится в музее "Technik Museum Berlin-Kreuzberg" (Берлин). Оригинальных снимков Z3 не сохранилось. Компьютер был воссоздан в начале 60-х, показан в 1964 г. на выставке "Interdata Industry" в Мюнхене. Сейчас он хранится в мюнхенском музее "Deutsche Museum". A-4 ("Фау-2") реально были применены лишь в конце войны, когда с сентября 1944 г. по март 1945 г. они падали смертоносным грузом на Британию и континентальную Европу. Летом 1944-го на Лондон наводили ужас крылатые ракеты "Фау-1". Оба типа ракет, с подачи Геббельса, стали называться "оружием возмездия" ("Vergeltungswaffee") после того, как английские бомбардировщики стали до основания разрушать немецкие города (Любек, Кёльн и др.). Сходство с названием этих ракет послужило причиной того, что Конрад Цузе переименовал свои компьютеры. Любопытно, что такое сходство (Z4 первоначально сокращенно назывался V4) подвигло союзные войска на поиск "новых" ракет Третьего рейха, однако и британцы, и американцы, увидевшие, наконец, V4, были сильно удивлены тому факту, что вместо "оружия возмездия" их взору предстала внушительная груда железок. Пробный запуск МЭСМ датирован 6 ноября 1950 г.; полноценную работу машина начала 25 декабря 1951 г.

Конрад Цузе – немецкий изобретатель, один из основоположников современной вычислительной техники. Более всего известен как создатель первого программируемого (и полного по Тьюрингу) компьютера в мире.

Родился Конрад в Берлине, Германия (Berlin, Germany); позже семья его перебралась в Браунсберг, Восточная Пруссия (Braunsberg, East Prussia). В 1923-м семья Цузе вновь сменила место жительства, обосновавшись в Хойерсверде (Hoyerswerda); здесь Цузе прошел в 1928-м подготовку, получив право поступить в университет. Некоторое время Конрад изучал инженерное дело и архитектуру, однако вскоре эти области ему наскучили; в 1935-м Цузе получил диплом по жилищно-гражданскому строительству. Некоторое время он проработал в компании "Ford", где использовал свои выдающиеся таланты художника для разработки реклам. Впоследствии Конрад перебрался на авиастроительную фабрику "Henschel", где занимался уже проектированием инженерного толка. По долгу службы ему приходилось производить уйму довольно однообразных вычислений; процесс этот Цузе изрядно раздражал, пробуждая мечты об автоматизации.

Экспериментировать с компьютерами Цузе начал в 1935-м, в квартире своих родителей. Первая его разработка, модель Z1, была завершена в 1936-м; представляла она собой по сути механический калькулятор с ограниченными возможностями программирования.

В 1937-м Конрад получил 2 патента, во многом предвосхитившие дальнейшие работы фон Неймана (John von Neumann); к 1938-му он довел работы над Z1 до конца. Устройство это содержало около 30000 металлических частей и из-за неточности схождения деталей не всегда работало как следует. Первая модель была уничтожена 30 января 1944-го; позже, в период с 1987-го по 1989-й, Конрад восстановил свое творение.

В 1939-м Цузе был призван на службу в армию, где ему дали достаточно средств для создания Z2. Представил готовую версию он в сентябре 1940-го; она занимала несколько комнат во все той же квартире и была построена уже на телефонных реле.

Полученные правительственные субсидии позволили Конраду продолжить исследования; в 1941-м он закончил работу над версией Z3. Этот программируемый 22-битный калькулятор мог работать с вещественными числами, поддерживал циклические операции, имел встроенную память и построен был на все тех же реле (причем по большей части бракованных). Несмотря на отсутствие условных переходов, машина эта была тьюринг-полной (что, впрочем, самого Цузе особо не интересовало – изобретателем двигали скорее практические соображения, нежели научный интерес).

В 1942-м Цузе начал работу над Z4; после одного из авианалетов частично готовую машину вывезли из Берлина. Продолжить работу над компьютером удалось лишь в 1949-м; 12 июля 1950-го работы были завершены – причем машина оказалась впечатляюще надежной.

Конрад Цузе никогда не был членом нацисткой партии, однако и из-за необходимости работать на нацистскую военную машину никогда особо не переживал. Как заявил Цузе намного позже, лучшим ученым и инженерам всегда приходилось либо идти на сделку со своей совестью, участвуя в сомнительных с моральной точки зрения проектах, либо попросту забывать о работе по специальности.

Лучшие дня

«Обаятельный хулиган»
Посетило:156

Культовый американский музыкант

Конрад Цузе

Создатель первого программируемого цифрового компьютера

Первым, хорошо работающим прибором, была модель Z-3, чья конструкция была закончена в Берлине, в 1941 году, и которую я мог представить специалистам… Сегодня мы знаем, что эта модель была первым действительно действующим компьютером.

Конрад Цузе

Один из мифов, касающийся начального периода истории компьютеров, обычно связывался с исследованиями и разработкой американских ученых и инженеров. Этот миф был разрушен в 1969 году, когда информация относительно компьютеров Цузе стала доступной в США и других странах.

Его отец, Эмиль Цузе, был почтовым чиновником, зарабатывал немного, но вместе с женой Марией Цузе, и сестрой Конрада - Лизелоттой, делал все, что мог, чтобы поддержать интерес сына к конструированию вычислительных машин. Надо сказать, что еще в детстве Конрад сконструировал действующую модель машины для размена монет. В 1935 году он окончил высшую техническую школу (Technische Hochschule) по специальности "гражданское строительство" и начал работать аналитиком в авиакомпании Henschel. Работая в этой компании, Цузе столкнулся с многочисленными нудными вычислениями, связанными с проектированием самолетов. В 1936 году, в возрасте 26 лет, он решил проектировать вычислительный прибор (компьютер), имея для этого накопившиеся идеи и квартиру родителей в качестве "мастерской".

Он собирался построить серию компьютеров, первоначально названных Versuchsmodell (экспериментальная модель). Первый Versuchsmodell, V-1, построенный в 1938 году, был полностью механическим, на 16 машинных слов и занимал площадь 4 кв. метра (восстановленная версия V-1 находится в музее Verker und Technik в Берлине). Серию Versuchsmodell Цузе рассматривал в качестве рабочего инструмента для инженеров и ученых, которые имели дело со сложными аэродинамическими вычислениями.

В начале войны, в 1939 году, Цузе был завербован в армию, но вскоре он и многие инженеры, подобные ему, были освобождены от военной службы и приписаны к инженерным проектам, поддерживающим военную немецкую мощь. Цузе направили в Германский авиационный исследовательский институт в Берлине.

Вернувшись в свой родной город, ученый продолжил совершенствовать серию Versuchsmodell в доме своих родителей, и в большей степени за счет своих собственных средств, хотя он работал в институте, который конструировал военные самолеты для Luftwaffe. Гельмут Шрейер, который сотрудничал с Цузе при создании компьютеров, предложил использовать электромагнитные реле для второго Versuchsmodell, V-2. Шрейер показал Цузе, как эти реле могут быть применены в структуре цифрового механического компьютера, разработанного Цузе. Шрейер, уехавший после войны в Бразилию, также рассматривал возможность применения вакуумных ламп для создания компьютеров, и в конечном счете им была разработана разновидность "триггерной схемы", сейчас широко используемой в компьютерной логике.

V-2 был, конечно, очень ненадежен, но один из редких случаев его нормальной работы случился тогда, когда Альфред Тейхман, ведущий ученый из Германского авиационного института, посетил дом Цузе, по его приглашению. Тейхман был специалистом по важнейшей проблеме самолетостроения - вибрации крыла. Он сразу понял, что машина, подобная V-2, может помочь инженерам решить эту проблему. Проблема вибрации "исчезла под нажатием пальца", позднее вспоминал Цузе.

Тейхман помог Цузе достать денег для его работ по созданию компьютеров, но Цузе продолжал работать в доме своих родителей и никогда не нанимал посторонний штат ассистентов. При помощи Шрейера Цузе завершил первый в мире полностью функциональный, программно-управляемый компьютер в конце 1941 года.

Этот третий Versuchsmodell получил название V-3. Он имел 1400 электромагнитных реле в памяти, 600 реле для управления вычислениями и еще 600 реле для других целей. Компьютер работал в двоичной системе счисления, числа представлялись в форме с плавающей запятой, длина машинного слова составляла 22 бита, объем памяти - 64 бита.

На операцию умножения V-3 затрачивал от трех до пяти секунд. Проблемой, наиболее часто решаемой V-3, было вычисление определителя матрицы (т. е. решение системы уравнений с несколькими переменными). V-3, очевидно, был первым компьютером, который использовал для записи арифметических выражений обратную польскую запись. Изобретение этой системы записи приписывается польскому логику Яну Лукасевичу, но Цузе не знал о вкладе Лукасевича, он просто заново изобрел "колесо", подобно многим другим ученым.

В период Второй мировой войны Цузе переименовал свои первые три компьютера в Z-l, Z-2, Z-3, соответственно, чтобы избежать путаницы с ракетами V-1 и V-2, разрабатываемыми Вернером фон Брауном для войны против Англии. Цузе всегда хотел сделать свои компьютеры серии Z для обшего назначения, но все-таки один компьютер стал специализированным - S-1, вариант Z-3, который, вероятно, поддерживал немецкую военную мощь.

Компьютер Z-3

Этот специализированный компьютер, S-1, помогал Henschel Aircraft Company производить летающие бомбы, известные как HS-293. Не так хорошо известная и широко используемая бомба фон Брауна HS-293 представляла собой беспилотный аэроплан, носимый наверху бомбардировщика. Пилот бомбардировщика ловил цель в поле своего зрения и сбрасывал HS-293, а экипаж бомбардировщика по радио управлял ее планированием к цели. HS-293 взрывала корабли войск союзников после августа 1943 года, а также разрушала мосты в Польше при отступлении немцев в 1945 году.

Компьютер S-1 надежно работал с 1942 по 1944 год на заводе Henschel в Берлине, рассчитывал размеры крыла и поворота руля высоты, важных для HS-293. Рабочие измеряли истинные размеры крыльев и рулей высоты; результаты этих измерений помещались в S-1, который затем вычислял угол отклонения HS-293 от прямой траектории, если эти части будут правильно собраны. Цузе развивал методы программирования своего компьютера, которые не требовали от программиста детального понимания внутренней организации компьютера. Он старался решить проблему, которую можно было назвать нехваткой ведущих мировых программистов, потому что война истощала людские ресурсы. Он попросил общество слепых выслать ему список слепых людей, которые проявили способности в математике. Из списка Цузе выбрал некоего Августа Фоста, который затем стал профессионалом в программировании.

Теперь, когда Z-3 получил признание, Цузе захотел построить еще более мощный компьютер. Он представлял его с большим объемом памяти на 500 чисел и с 32-битным машинным словом. Z-4 был наиболее сложным компьютером Цузе. Он мог складывать, умножать, делить или находить квадратный корень за 3 сек. В это время Цузе уже имел поддержку немецкого военного командования для строительства компьютеров общего назначения, хотя министерство авиации, которое заказывало компьютер, было заинтересовано в компьютере только для вычислений, связанных с проектированием самолетов. К 1942 году Цузе основал фирму "Zuse Apparatebau". Большую часть войны он работал один, но к концу войны под его руководством трудились 20 сотрудников. После немецкого поражения в феврале 1943 года под Сталинградом Цузе стал убежденным сторонником того, чтобы война закончилась. Его компьютеры могли бы пригодиться для мирных целей. Но жизнь была неустойчива, и он не мог быть уверен - останутся ли его машины "в живых". Союзники бомбили Берлин каждый день. Z-3 был разрушен, a Z-4 перед побегом из Берлина в марте 1945 году Цузе пришлось перевозить три раза по городу, чтобы избежать бомбардировок, что нарушило работоспособность прибора.

Цузе позволили покинуть Берлин в последние месяцы войны. В марте 1945 года он и его ассистент перевезли демонтированный Z-4 поездом до Геттингена, 100 миль на запад. По приказу правительства его оборудование следовало отвезти в подземные фабрики около Нортхейма, но после первого посещения концлагерей Цузе отказался. Он поселился возле гор, в мирной баварской деревне. Цузе предлагали уехать из Германии и переехать в Англию или в США. Тогда он мог бы строить компьютеры для англичан в течение послевоенных лет. Но он остался в Германии. Он жил в Хинтерштейне до 1946 года, причем его оборудование было спрятано в подвале фермы.

В 1946 году Цузе переехал в другую альпийскую деревню, Хопферау, около австрийской границы. Там он прожил три года. Было время подумать. Разработка аппаратного обеспечения после войны приостановилась, и Цузе вернулся к программированию.

В 1945 году он разработал то, что назвал первым языком программирования для компьютеров. Систему программирования он назвал Plankalkul ("исчисление планов"). Цузе написал небольшое эссе, где рассказал о своем творении и возможности его использования для решения таких задач, как сортировка чисел и выполнение операций в двоичной арифметике. Научившись играть в шахматы, Цузе написал несколько фрагментов программ на Plankalkul, которые позволяли компьютеру оценивать шахматные позиции.

Многие идеи языка Plankalkul остались неизвестными целому поколению программистов. Только в 1972 году работа Цузе была издана целиком, и эта публикация заставила специалистов задуматься над тем, какое влияние мог бы оказать Plankalkul, будь он известен раньше. "Видимо, все могло обернуться совсем иначе, а мы живем не в лучшем из миров", - заметил по этому поводу один ученый, критикуя языки программирования, появившиеся позднее.

В 1948 году профессор Е. Стейфил из технического университета в Цюрихе заказал у Цузе компьютер Z-4 для своей лаборатории. А в 1949 году Цузе основал маленькую компанию, названную ZUSE KG, которая должна была разрабатывать компьютеры для научных целей. Она просуществовала до 1966 года, когда ее приобрела фирма Siemens AG, но Цузе остался в новой фирме внештатным консультантом. В 50–60 годах Цузе были созданы новые компьютеры на реле Z-5 и Z-11, затем вместе с Фроммом и Гюнчем он создает Z-22 на электронных лампах и Z-23 - на транзисторах. Одной из последних его разработок были компьютеры Z-25 и Z-31, а также графомограф Z-64 для автоматического построения чертежей и карт. Он написал книгу "History of Computing", изданную на немецком и английском языках.

В последние годы Цузе жил в деревне Хессиан в нескольких часах езды от Франкфурта и любимым его занятием стала живопись, в основном абстрактная. Его работы демонстрировались на многочисленных выставках. Некоторые из своих картин он подписывал псевдонимом "KONE SEE".

18 декабря 1995 года Конрада Цузе не стало. Его заслуги, как одного из родоначальников компьютерной эры, неоспоримы.

Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора

Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий Павлович

Из книги Великие тайны цивилизаций. 100 историй о загадках цивилизаций автора Мансурова Татьяна

Новые сюрпризы античного «компьютера» В 2005 году в мировых СМИ появилось сообщение о находке новых фрагментов механизма. Затем стало известно, что новая рентгеновская методика позволила прочитать около двух тысяч символов (почти 95% надписей на поверхности деталей

Из книги Секреты пирамид [Созвездие Ориона и фараоны Египта] автора Бьювэл Роберт

IV НЕВЕРНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ КОМПЬЮТЕРА Каждый, кто работал с компьютером, знает, что просто вызвать на экран текстовый файл недостаточно; чтобы работать с ним, надо запустить программу обработки текстов.Примерно так же воспринимаются «Тексты пирамид». Чувствуешь себя,

Из книги Закат и падение Римской империи автора Гиббон Эдвард

ГЛАВА LXIV Завоевания Чингис-хана и монголов на пространстве от Китая до Польши. - Опасность минует Константинополь и греков. - Происхождение оттоманских турок, утвердившихся в Вифинии. - Царствование и победы Османа, Орхана, Мурада Первого и Баязида Первого. -

Из книги Матрица Скалигера автора Лопатин Вячеслав Алексеевич

Конрад IV - Конрад III Конрад IV - это еще один член вымышленного клана Гогенштауфенов, сын Фридриха II. 1228 Рождение Конрада 1093 Рождение Конрада 135 1237 Конрад становится римским королем 1138 Конрад становится римским

Из книги История города Рима в Средние века автора Грегоровиус Фердинанд

4. Сыновья Фридриха II. - Конрад IV. - Возвращение папы в Италию. - Тамошние дела. - Положение Манфреда как наместника Конрада. - Конрад IV является в Италию и вступает во владение Сицилийским королевством. - Иннокентии IV предлагает инвеституру его сначала Карлу Анжуйскому,

Из книги Голосуйте за Цезаря автора Джонс Питер

Учитель без компьютера Главной целью философских поисков Сократа (как и его учеников) было определение сущности добродетели. Познав истину, он мог бы учить других. В итоге каждый смог бы раскрыть в себе добродетели и, следовательно, быть счастливым. Сократ не пользовался

автора

Экономика компьютера В России до сих пор живо народное поверье, что самые высокооплачиваемые специалисты – это экономисты и юристы. Ничего подобного! Самые высокооплачиваемые специалисты в нашем мире – это программисты. Они – обладатели очень высокой квалификации, их

Из книги Человек третьего тысячелетия автора Буровский Андрей Михайлович

Эпоха компьютера А тут еще изобретение компьютера в 1947, появление персонального компьютера в середине 1970-х. И началась новая информационная эпоха, под тихое гудение неоновых ламп…Очень быстро, даже стремительно, «компьютеризованные» вытесняли «некомпьютеризованных»

автора Частиков Аркадий

Алан Тьюринг Создатель умозрительной концепции компьютера В математике имеется множество доказательств существования. Однако есть колоссальная разница между способностью Доказать, что нечто существует, и способностью построить это нечто. Тьюринг доказал, что его

Из книги Архитекторы компьютерного мира автора Частиков Аркадий

Джон Атанасов и Клиффорд Берри Изобретатели электронного цифрового компьютера Хотя это доставляет мне некоторое удовлетворение, я не перестаю удивляться, что каждый из четырех принципов моей концепции используется в конструкциях современных компьютеров. Джон В.

Из книги Архитекторы компьютерного мира автора Частиков Аркадий

Джон фон Нейман "Повивальная бабка" компьютера Многие люди провозгласили Неймана отцом вычислительных машин (в современном смысле термина), но я уверен, что он никогда не сделал бы подобной ошибки сам. Его (фон Неймана) достоверно можно назвать повивальной

Из книги Архитекторы компьютерного мира автора Частиков Аркадий

Николай Петрович Брусенцов Архитектор первого в мире троичного компьютера О достоинствах этого кода (троичного) я, конечно, знал из книг, в которых ему уделяли тогда значительное внимание. Впоследствии я узнал, что небезызвестный американский ученый Грош ("закон Гроша")

Из книги Полное собрание сочинений. Том 6. Январь-август 1902 автора Ленин Владимир Ильич

3. Запись I и II абзацев первого проекта программы Плеханова и набросок первого абзаца теоретической части программы I. Экономическую основу современного буржуазного общества составляет капиталистический способ производства, при котором важнейшая часть средств

Из книги Популярная история - от электричества до телевидения автора Кучин Владимир

Компьютером сейчас никого не удивишь. Обычный домашний прибор, вроде телевизора или телефона. Судя по всему, через несколько лет эти три прибора сольются в один.

То-то будет радость моей любимой племяннице Натали! Сейчас ей тяжело приходится. Нелегко одновременно переписываться с друзьями в Фейсбуке, переговариваться с другими друзьями по мобильнику и поглядывать на экран телевизора.

Когда однажды я сказал ей, что в мое время компьютеры были размером с комнату, в крайнем случае, с письменный стол, она посмотрела на меня недоверчиво. Я подозреваю, что она тайком считает: первый компьютер создал великий Стив Джобс. Создал из праха земного, вдохнул в него жизнь и приказал: «Плодись и размножайся»

Имя Стива Джобса (1955 —2011) известно почти каждому. Имена же других людей, сделавших для компьютеризации мира не меньше, широкой публике почти не известны. Летом мы вместе с моей племянницей смотрели открытие олимпиады в Лондоне. Британцы демонстрировали вклад своей страны в мировую цивилизацию. Когда на сцене появился изобретатель Всемирной паутины Тим Бернерс-Ли, моя племянница спросила, кто этот человек. «Изобретатель Интернета» - ответил ей я и прочитал в ее глазах удивление. Неужели Интернет (в том виде, к какому она привыкла) кто-то изобрел и изобрел совсем недавно?

Да, моя дорогая Натали, я помню, как была Земля безвидна и пуста, ибо не было на ней Интернета. Скажу более, всего шестьдесят лет назад родился прапрадедушка твоего ноутбука. Он родился в Германии, и было у него странное имя Z-1. По фамилии создателя, Конрада Цузе (Konrad Zuse) (1910 — 1995) .

Конрад Цузе «заболел» изобретательством еще в детстве. Первое свое изобретение, аппарат для размена монет, он придумал, будучи школьником. Идея же создания автоматического вычислителя, работающего по заданной программе, пришла к Цузе, когда он обучался в Берлинской высшей технической школе в Шарлоттенбурге. Я думаю, что многих, кто учился в техническом учебном заведении и занимался многочисленными расчетами, идея облегчить себе работу посещала не раз. В 1973 году мой однокашник Витя Бандуркин для произведения вычислений даже купил за свои деньги в комиссионке арифмометр «Феликс». Электронных калькуляторов еще не было, хотя электронные вычислительные машины уже существовали. Во многом благодаря самоотверженности и трудолюбию Конрада Цузе

По окончании курса в 1935 году он стал инженером на авиационном предприятии Хеншеля, которое располагалось в пригороде Берлина Шёнефельде. Здесь молодого инженера завалили аэродинамическими расчетами. Чем еще более укрепили в мысли о необходимости создания автоматического вычислителя. Проработав на заводе всего год, Конрад уволился для того, чтобы начать конструировать машину своей мечты.

В 1938 году первый компьютер был построен. Фактически в нем было все, что делает компьютер компьютером. Цузе решил осуществлять вычисления в двоичной системе, благодаря чему появилась возможность использовать в качестве простейшего вычислительного элемента не шестеренку с десятью зубцами, как в арифмометре, а механический переключатель, имеющий всего два положения: включено и выключено. Это было более просто, а значит, более надежно. В компьютере Цузе был отдельный блок памяти и панель, с которой вводились данные. Данные вводились также с перфоленты, которой служила 35-миллиметровая кинопленка. К.Цузе лично пробивал в ней отверстия. Весил этот агрегат 500 килограммов, а одну операцию умножения производил за пять секунд. Чуть-чуть быстрее человека! Главным достижением можно было считать то, что Z-1 работал. Не надежно, но работал!

В 1939 году началась Вторая мировая война, и К.Цузе мобилизовали в армию. Правда, прослужил он несколько месяцев, после чего смог убедить военное начальство в необходимости создания вычислительных машин для автоматического произведения расчетов в аэродинамике, самолетостроении и в артиллерии. В том же году он изготовил вторую модель своего вычислительного устройства, Z-2. Его можно считать рабочим прототипом компьютера. Элементной базой Z-2 были несколько тысяч списанных телефонных реле.

Первым полностью работоспособным программируемым компьютером оказалась следующая модель, Z-3. Цузе продемонстрировал ее в Берлине уже 12 мая 1941 года. Это был успех, это был прорыв! Аналогичные американские машины, Mark I и ENIAC появились только три года спустя.

Но программируемый вычислитель никому в воюющей Германии оказался не нужен. К.Цузе смог приспособить его для производства аэродинамических расчетов на фирме «Хеншель», но когда он заговорил о том, что если вместо реле использовать электронные лампы, скорость расчетов всерьез возрастет, это никого из генералов не заинтересовало. Дела на фронте обстояли так, что надеяться приходилось только на какое-то чудо-оружие. Которого, к счастью для человечества, у Германии не оказалось.

Компьютер Z-3 был уничтожен во время бомбежки в 1944 году. Неутомимый К.Цузе принялся за создание четвертой модели. Он рассчитывал на серийное производство, но война приближалась к концу, союзники бомбили Германию безжалостно, и наполовину готовую Z-4 пришлось отвезти в маленький баварский городишко Хинтерштайн и спрятать в сарае.

В 1948 году компьютер Z-4 был, наконец, построен. Заметим, на личные средства К.Цузе. Для экономии многие его металлические части был сделаны из американских консервных банок, которых тогда в Германии было много.

На этот компьютер, наконец, нашелся покупатель, Высшая техническая школа в Цюрихе. Z-4 был одним из немногих существовавших тогда в мире компьютеров и первым в мире компьютером, который удалось продать. Он работал в Цюрихе до 1954 года, а потом еще пять лет — во Франции. Долгожитель!

Сейчас даже не верится, что в начале 1950-х годов в Европе работало всего два компьютера. Одним из них был Z-4 Конрада Цузе, а другим - МЭСМ, созданный в СССР Сергеем Алексеевичем Лебедевым (1902 — 1974) .