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

Z1 Конрада Цузе

Создателем первого действующего компьютера с программным управлением считают немецкого инженера Конрада Цузе, который с детства любил изобретать и, еще когда учился в школе, сконструировал модель машины для размена денег. О машине, способной выполнять вместо человека утомительные вычисления, он стал мечтать, когда был еще студентом. Не зная о работе Чарльза Бэббиджа, Цузе вскоре приступил к созданию устройства, во многом подобного Аналитической машине этого английского математика. В 1936 году Цузе уволился из фирмы, где работал, чтобы отдавать больше времени постройке компьютера. Получив определенную сумму денег от друзей, он устроил “мастерскую” на маленьком столе в углу гостиной в доме родителей. Когда размеры машины стали расти, Цузе сначала придвинул к своему рабочему месту еще два стола, а затем переместился со своим прибором в середину комнаты. Примерно через два года компьютер, который занимал площадь около 4 м2 и представлял собой хитросплетение реле и проводов, был готов. Машина, названная им Z 1 (от Zuse - фамилии Цузе, написанной по-немецки), имела клавиатуру для ввода данных. Результат вычислений появлялся на панели - для этого использовалось множество маленьких лампочек. В целом Цузе был доволен аппаратом, но считал ввод с клавиатуры неудобным и медленным. Он начал поиск других вариантов, и спустя какое-то время решение было найдено: команды для машины стали вводиться с помощью использованной 35-миллиметровой фотопленки, в которой пробивались отверстия. Машина, работавшая с перфолентой, получила название Z 2. А в 1941 году Конрад Цузе завершил постройку релейного компьютера Z 3, где применялась двоичная система счисления . Эти образцы машин были уничтожены при бомбардировках во время войны. Осталась лишь появившаяся в марте 1945 года машина Z 4 (которая использовалась для научных расчетов в Геттингенском университете), а позже Цузе изготовил еще модель Z 5. Основными элементами всех его компьютеров служили электромеханические реле, подобные тем, что применялись тогда, например, в телефонных коммутаторах .
В 1942 году Цузе и австрийский инженер-электрик Хельмут Шрайер, время от времени сотрудничавший с Цузе, предложили создать устройство принципиально нового типа . Они собирались перевести компьютер Z 3 с электромеханических реле на вакуумные электронные лампы, у которых нет движущихся деталей. Новая машина должна была действовать в сотни раз быстрее, чем любая из машин, имевшихся в то время в воюющей Германии. Однако данное предложение было отклонено: Гитлер наложил запрет на все “долговременные” научные разработки, поскольку был уверен в быстрой победе. В тяжелые послевоенные годы Цузе, не имея возможности продолжать в полной мере работу непосредственно над компьютером, направил всю свою энергию на развитие теории. Он придумал эффективный способ программирования, причем не только для компьютера Z 4, но и для любой другой подобной машины. Работая в одиночку, Цузе создал систему программирования, получившую название Plankalkul (Планкалкюль, “исчисление планов”) . Этот язык (превосходящий “в определенных моментах” по своим возможностям появившийся примерно на 12 лет позже Алгол) называют первым языком высокого уровня. Цузе подготовил брошюру, где рассказал о своем творении и возможности его применения для решения разнообразных задач, включая сортировку чисел и выполнение арифметических действий в двоичной системе счисления (другие компьютеры того времени работали в десятичной системе), а также представил несколько десятков фрагментов программ на Планкалкюле для оценки шахматных позиций. Не рассчитывая увидеть свой язык реализованным на компьютере, он отмечал: “Планкалкюль родился исключительно как результат теоретической работы, без всякой связи с тем, появятся или нет в обозримом будущем машины, подходящие к программам на Планкалкюле” .
Целиком работа Цузе была издана лишь в 1970-х годах. Эта публикация заставила специалистов задуматься над тем, какое влияние мог бы оказать Планкалкюль, будь он широко известен раньше. В США созданием релейных компьютеров занимались независимо от Цузе Джордж Штибитц (машины “Модель I”, ..., “Модель V”) и Говард Эйкен (“Марк 1” и другие компьютеры) . А одной из наиболее совершенных “чисто релейных” машин была РВМ-1, сконструированная и построенная под руководством специалиста по счетным устройствам Николая Ивановича Бессонова у нас в стране в середине 1950-х годов . Релейные компьютеры имели невысокую скорость выполнения арифметических операций и невысокую надежность, что объяснялось прежде всего низким быстродействием и малой надежностью их основных счетных и запоминающих элементов - электромеханических реле. Кроме того, у этих машин был тот же недостаток, что и у Аналитической машины Бэббиджа: отсутствие хранимой в памяти программы. Однако они занимают весьма почетное место в истории компьютерной техники, так как являются первыми действовавшими автоматическими программно-управляемыми универсальными компьютерами.

Электро-механические компьютеры

Во-первых (закон есть закон), после долгого судебного разбирательства федеральный судья США Эрл Р. Ларсон (Earl R. Larson) 19 октября 1973 года аннулировал патент, ранее выданный Эккерту (Eckert) и Мочли (Mauchly), официально признав Атанасова изобретателем первого электронного цифрового компьютера.

Во-вторых, и компьютер Атанасова и ЭНИАК основой своей элементной базы имеют элекро-вакуумные лампы. Вспомним же определение. «Электроника – это наука о взаимодействии заряженных частиц с электрическим полем …». Электронные лампы не являются первыми электронными компонентами и не на лампах были созданы первые вычислительные устройства, работа которых была основана на электронных компонентах. Существовал целый класс вычислительных машин – релейные. Конечно можно говорить о «полностью электронных» и о «электро-механических» вычислительных машинах, но с точки зрения приоритена это не столь важно.

Ко́нрад Цу́зе (нем. Konrad Zuse ; 22 июня 1910, Берлин, Германская империя - 18 декабря 1995, Хюнфельд, Германия) - немецкий инженер, пионер компьютеростроения. Наиболее известен как создатель первого действительно работающего программируемого компьютера (1941) и первого языка программирования высокого уровня (1945).

Рис. 2.1. Конрад Цузе

В 1935 году Цузе получил образование инженера в Берлинской высшей технической школе в Шарлоттенбурге, которая сегодня носит название Берлинского технического университета. По её окончании он поступил на работу на авиационную фабрику Хейнкеля в городе Дессау, однако, проработав всего лишь год, уволился, вплотную занявшись созданием программируемой счётной машины. Поэкспериментировав с десятичной системой счисления, молодой инженер предпочёл ей двоичную. В 1938 году появилась первая действующая разработка Цузе, названная им Z1. Это был двоичный механический вычислитель с электрическим приводом и ограниченной возможностью программирования при помощи клавиатуры. Результат вычислений в десятичной системе отображался на ламповой панели. Построенный на собственные средства и деньги друзей и смонтированный на столе в гостиной родительского дома, Z1 работал ненадёжно из-за недостаточной точности выполнения составных частей. Модель Z1 - это первый в мире цифровой механический компьютер с программным управлением . Архитектурными особенностями Z1 являлись также: двоичная кодировка и система представления чисел с плавающей запятой (или “полулогарифмическая” система, если использовать терминологию К. Цузе). При этом длина числа составляла 21 разряд, из которых 1 разряд отводился под знак числа, 7 разрядов предназначались для порядка и его знака, 13 разрядов – для мантиссы.

Вычислительная машина Z1 – по сути тестовая модель, которая никогда не применялась для практических целей. Эта машина была реконструирована в Берлине самим К.Цузе в 1980-х годах, сейчас она экспонируется в Берлинском музее транспорта и технологии.

Технические характеристики Z1:

Частота: 1 Гц

Арифметическое устройство: с плавающей точкой, длина машинного слова 22 бита

Средняя скорость вычислений: 5 секунд на операцию сложения, 10 секунд на операцию умножения

Память: 64 машинных слова

Вес: 1000 кг

Рис. 2.2. Воссозданная модель Z1.

Вторая мировая война сделала невозможным общение Цузе с другими энтузиастами создания вычислительной техники в Великобритании и Соединённых Штатах Америки. В 1939 году Цузе был призван на военную службу, однако сумел убедить армейских начальников в необходимости дать ему возможность продолжить свои разработки. В 1940 году он получил поддержку Исследовательского института аэродинамики (нем. Aerodynamische Versuchsanstalt ), который использовал его работу для создания управляемыхракет. Благодаря ей Цузе построил доработанную версию вычислителя - Z2 на основе телефонных реле. В машине Z2 арифметическое устройство и устройство управления были реализованы на реле, а память оставалась механической (от модели Z1).

В отличие от Z1, новая машина считывала инструкции с перфорированной 35-миллиметровой киноплёнки. Она тоже была демонстрационной моделью и не использовалась для практических целей. В этом же году Цузе организовал компанию Zuse Apparatebau для производства программируемых машин.

Технические характеристики Z2:

Частота: 5 Гц

Арифметическое устройство: с фиксированным положением запятой, длина машинного слова 16 бит

Средняя скорость вычислений: 0,8 секунды на одну операцию сложения

Количество реле в арифметическом устройстве: 600

Память: 64 машинных слова

Потребление энергии: 1000 Вт

Вес: 300 кг

Удовлетворённый функциональностью Z2, в 1941 году Цузе создал уже более совершенную модель - Z3. Модель Z3 – первая в мире двоичная электромеханическая ВМ с программным управлением. Работы по созданию машины Z3 были начаты в 1939 г., а ее монтаж был полностью завершен 5 декабря 1941 г.

12 мая 1941 года в Берлине Конрад Цузе представил собравшимся ученым работу Z3. 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.

Рис. 2.3. ВМ Z3.

Рис. 2.4. Реле Z3.

Машина Z3 предназначалась для выполнения операций сложения, вычитания, умножения, деления, извлечения квадратного корня и вспомогательных функций (в частности, двоично-десятичных преобразований чисел). Для представления чисел использовалась двоичная система с плавающей запятой. Длина числа – 22 двоичных разряда, из которых 1 разряд – знак числа, 7 разрядов – порядок или экспонента (в дополнительном коде), 14 разрядов – мантисса (в нормализованной форме). Быстродействие ВМ при выполнении сложения – 3 или 4 операции в 1 сек., а время умножения двух чисел составляло 4 – 5 сек.

Впрочем, программируемость этого двоичного вычислителя, собранного, как и предыдущая модель, на основе телефонных реле, также была ограниченной. Несмотря на то, что порядок вычислений теперь можно было определять заранее, условные переходы и циклы отсутствовали. Тем не менее, Z3 первым среди вычислительных машин Цузе получил практическое применение и использовался для проектирования крыла самолёта.

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.

Табл. 2.1. Основные характеристики Z3

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

В ходе бомбардировок Берлина в 1944 году были уничтожены все три машины, Z1, Z2 и Z3.

Z4 - вычислительная машина Конрада Цузе, создана им на основе опыта разработки первого программируемого компьютера Z3. Компания Цузе готовила Z4 для серийного производства. Z4 умел избегать вычислений неправильных чисел - это позволяло оставлять компьютер в "одиночестве" и днём, и ночью без человеческого контроля. Компьютер изобретался во время второй мировой войны, боясь, что изобретение может быть уничтожено в ходе военных действий, Конрад Цузе принимает решение разобрать и спрятать компьютер. Частично законченный Z4 был погружен на подводу и перевезён в безопасное место в баварской деревне. Именно для этого компьютера Цузе разработал первый в мире высокоуровневый язык программирования, названный им Планкалкюль (нем. Plankalkül исчисление планов ).

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. Цузе 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.

В 1946 году Цузе организовал коммерческую компанию по производству компьютеров «Инженерная служба Цузе в Хопферау» (нем. Zuse-Ingenieurbüro Hopferau ). Венчурный капитал был получен от Швейцарской высшей технической школы и компании IBM.

Рис. 2.5. Восстановленный Z4.

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.

В сентябре 1950 года Z4 был, наконец, закончен и поставлен в ETH Zürich. В то время он был единственным работающим компьютером в континентальной Европе и первым компьютером в мире, который был продан. В этом Z4 на пять месяцев опередил Марк I и на десять - UNIVAC.

Технические характеристики Z4:

Табл. 2.2. Основные характеристики Z4

Арифметическое устройство: с плавающей точкой, 32 бита, +, -, *, /, квадратный корень Средняя скорость вычисления: операция сложения 400 мс Потребление энергии: 4000 Ватт.

Масса: 1000 кг

Элементов: около 2500 реле

До 1954 года Z4 работал в Цюрихе, затем, до 1959 года - во Франции (Институт "Franco-Allemand des Recherches de St. Louis"). Подсчитано, что за пять лет работы (1950-1955) Z4 рассчитал около 100 различных проектов. Стоит отметить, что в начале 50-х годов прошлого века на территории Европы работали всего два компьютера: Z4 Конрада Цузе и МЭСМ Сергея Лебедева (СССР)5.

Цузе и его компанией были построены и другие компьютеры, название каждого из которых начиналось с заглавной буквы Z. Наиболее известны машины Z11, продававшийся предприятиям оптической промышленности и университетам, и Z22 - первый компьютер с памятью на магнитных носителях.

В настоящее время полностью функционирующая модель компьютера Z3 находится в «Немецком музее» города Мюнхена, а модель вычислителя Z1 передана в Немецкий технический музей Берлина. Сегодня в последнем открыта также специальная выставка, посвящённая Конраду Цузе и его работам. На выставке представлены двенадцать его машин, оригинальные документы по разработке языка Планкалкюль и несколько картин Цузе.

Ко́нрад Цу́зе родился в Берлине, 22 июня 1910 года, за 31 год до начала Великой Отечественной войны. Вошел в историю как создатель первого действительно работающего программируемого компьютера (1941) и первого языка программирования высокого уровня (1945).

С детских лет мальчик проявлял интерес к конструированию. Ещё в школе он спроектировал действующую модель машины по размену монет и создавал проект города на 37 миллионов жителей. А в годы студенчества к нему впервые пришла идея создания автоматического программируемого вычислителя.

В 1935 году Цузе получил образование инженера в Берлинской высшей технической школе в Шарлоттенбурге, которая сегодня носит название Берлинского технического университета. По её окончании он поступил на работу на авиационную фабрику Хейнкеля в городе Дессау, однако, проработав всего лишь год, уволился, вплотную занявшись созданием программируемой счётной машины. Поэкспериментировав с десятичной системой счисления, молодой инженер предпочёл ей двоичную. В 1938 году появилась первая действующая разработка Цузе, названная им Z1. Это был двоичный механический вычислитель с электрическим приводом и ограниченной возможностью программирования при помощи клавиатуры. Результат вычислений в десятичной системе отображался на ламповой панели. Построенный на собственные средства и деньги друзей и смонтированный на столе в гостиной родительского дома, Z1 работал ненадёжно из-за недостаточной точности выполнения составных частей. Впрочем, будучи экспериментальной моделью, ни для каких практических целей он не использовался.

Вторая мировая война сделала невозможным общение Цузе с другими энтузиастами создания вычислительной техники в Великобритании и Соединённых Штатах Америки. В 1939 году Цузе был призван на военную службу, однако сумел убедить армейских начальников в необходимости дать ему возможность продолжить свои разработки. В 1940 году он получил поддержку Исследовательского института аэродинамики (нем. Aerodynamische Versuchsanstalt), который использовал его работу для создания управляемых ракет. Благодаря ей Цузе построил доработанную версию вычислителя — Z2 на основе телефонных реле. В отличие от Z1, новая машина считывала инструкции перфорированной 35-миллиметровой киноплёнки. Она тоже была демонстрационной моделью и не использовалась для практических целей. В этом же году Цузе организовал компанию Zuse Apparatebau для производства программируемых машин.

Профессор Цузе в 1990 году у воссозданного им компьютера Z1

Удовлетворённый функциональностью Z2, в 1941 году Цузе создал уже более совершенную модель — Z3, которую сегодня многие считают первым реально действовавшим программируемым компьютером. Впрочем, программируемость этого двоичного вычислителя, собранного, как и предыдущая модель, на основе телефонных реле, также была ограниченной. Несмотря на то, что порядок вычислений теперь можно было определять заранее, условные переходы и циклы отсутствовали. Тем не менее, Z3 первым среди вычислительных машин Цузе получил практическое применение и использовался для проектирования крыла самолёта.

Все три машины, Z1, Z2 и Z3, были уничтожены в ходе бомбардировок Берлина в 1944 году. А в следующем, 1945 году, и сама созданная Цузе компания прекратила своё существование. Чуть ранее частично законченный Z4 был погружен на подводу и перевезён в безопасное место в баварской деревне. Именно для этого компьютера Цузе разработал первый в мире высокоуровневый язык программирования, названный им Планкалкюль (нем. Plankalkül исчисление планов).

Z3. Он имел громадную память - 64 слова по 22 бита в каждом.

В 1946 году Цузе организовал коммерческую компанию по производству компьютеров «Инженерная служба Цузе в Хопферау» (нем. Zuse-Ingenieurbüro Hopferau). Венчурный капитал был получен от Швейцарской высшей технической школы и компании IBM.

Ещё через три года, в 1949 году, обосновавшись в городе Хюнфельде, Цузе создал компанию Zuse KG. В сентябре 1950 года Z4 был, наконец, закончен и поставлен в ETH Zürich. В то время он был единственным работающим компьютером в континентальной Европе и первым компьютером в мире, который был продан. В этом Z4 на пять месяцев опередил Марк I и на десять — UNIVAC. Цузе и его компанией были построены и другие компьютеры, название каждого из которых начиналось с заглавной буквы Z. Наиболее известны машины Z11, продававшийся предприятиям оптической промышленности и университетам, и Z22 — первый компьютер с памятью на магнитных носителях.

Устройство для считывания программ и данных с импровизированной перфоленты в роли которой выступила использованная фотопленка

Кроме вычислительных машин общего назначения, Цузе построил несколько специализированных вычислителей. Так, вычислители S1 и S2 использовались для определения точных размеров деталей в авиационной технике. Машина S2, помимо вычислителя, включала ещё и измерительные устройства для выполнения обмеров самолетов. Компьютер L1, так и оставшийся в виде экспериментального образца, предназначался Цузе для решения логических проблем.

К 1967 году фирма Zuse KG поставила 251 компьютер, на сумму около 100 миллионов дойчмарок, однако из-за финансовых проблем она была продана компании Siemens AG. Тем не менее, Цузе продолжал проводить исследования в области компьютеров и работал специалистом-консультантом Siemens AG.

Цузе считал, что устройство Вселенной похоже на сеть взаимосвязанных компьютеров. В 1969 году он издал книгу «Вычислительное пространство» (нем. Rechnender Raum), переведённую через год сотрудниками Массачусетского технологического института.

В 1987—1989 годах, несмотря на перенесённый сердечный приступ, Цузе воссоздал свой первый компьютер Z1. Законченная модель насчитывала 30 тыс. компонентов, стоила 800 тыс. немецких марок и потребовала для своей сборки труда 4 энтузиастов (включая самого Цузе). Финансирование проекта обеспечивалось компанией Siemens AG наряду с пятью другими компаниями.

В настоящее время полностью функционирующая модель компьютера Z3 находится в «Немецком музее» города Мюнхена, а модель вычислителя Z1 передана в Немецкий технический музей Берлина. Сегодня в последнем открыта также специальная выставка, посвящённая Конраду Цузе и его работам. На выставке представлены двенадцать его машин, оригинальные документы по разработке языка Планкалкюль и несколько картин Цузе.

Памятник Конраду Цузе в Хеонфельде (Саксония), где он провел свое детство.

За свой вклад и первые успехи в области автоматических вычислений, независимое предложение использования двоичной системы и арифметики с плавающей запятой, а также проектирование первого в Германии и одного из самых первых в мире программно-управляемых компьютеров в 1965 году Цузе получил мемориальную премию Гарри Гуда (англ. Harry H. Goode Memorial Award), медаль и 2000 долларов от Computer Society (англ.).

В 1985 году Цузе стал первым почётным членом немецкого «Общества информатики», а с 1987 года оно начало присваивать «Медаль Конрада Цузе», ставшую сегодня известнейшей немецкой наградой в области информатики. В 1995 году за дело всей жизни Цузе был удостоен ордена «Крест за заслуги перед Федеративной Республикой Германия». В 2003 году на канале ZDF он был назван «величайшим» из живших немцев.

Политически Цузе относил себя к социалистам. Кроме прочего, это выразилось в стремлении поставить компьютеры на службу социалистическим идеям. В рамках «эквивалентной экономики» Цузе, совместно с Арно Петерсом, работал над созданием концепта высокотехнологичной плановой экономики, базирующейся на управлении мощными современными компьютерами. В процессе разработки этого концепта Цузе ввёл термин «компьютерный социализм». Результатом этой работы была книга «Компьютерный социализм. Беседы с Конрадом Цузе» (2000), опубликованная в соавторстве.

После ухода на пенсию Цузе занялся своим любимым хобби — живописью. Цузе умер 18 декабря 1995 года в Хюнфельде (Германия), в возрасте 85 лет. Сегодня несколько городов Германии имеют улицы и здания, названные его именем.