113 лет со дня рождения Конрада Цузе – всемирно признанного изобретателя компьютера
О биографии Цузе написано немало. Мы не будем повторять уже написанное, а рассмотрим в деталях – как же был создан первый компьютер и что послужило для изобретателя «вдохновением».
Конрад Цузе родился 22 июня 1910 года в Берлине. Столица тогдашней Германской империи, последующих Веймарской республики, Третьего рейха, ГДР и нынешней ФРГ на протяжении большей части прошлого века играла роль одного из центров Европы. Не только политических – как колыбель трех крупнейших войн (двух мировых и одной «холодной»), – но и научных. В Берлине Планк создал квантовую физику, а Эйнштейн – общую теорию относительности. К ним можно добавить и Цузе с его первым программируемым компьютером.
В двухлетнем возрасте будущий компьютерный гений вместе с родителями переехал в городок Браунсберг в Восточной Пруссии, где потом окончил школу. Там продвинутый ученик сконструировал действующую модель сложного устройства – еще не вычислительной машины, а «всего лишь» машины для размена монет. И проектировал город будущего – на почти 40 миллионов жителей!
Потом семья перебралась в город Хойерсверда под Дрезденом, где Цузе закончил колледж. И в 1928 году вернулся в столицу, где поступил в знаменитую Берлинскую высшую техническую школу (ныне Берлинский технический университет).
Я специализировался в области машиностроения. Упражнения по технической графике отрезвили меня. Они оставляли мало свободы для творчества, все стандартизировалось и фиксировалось: толщина линий, вид мерок, даже места, где должны были располагаться мерки. Изучение архитектуры показалось для моего внутреннего художника заманчивым миражом. Перешел на факультет архитектуры — и снова разочаровался. Дорические и ионические колонны меня совершенно не заинтересовали. Может, из меня и вышел бы сносный архитектор, кто знает? Однако я снова переключился; на этот раз на том же факультете, но на другой специальности. Инженер-строитель теперь казался мне идеальным сочетанием инженера и художника. Однако я испытывал ярко выраженное отвращение к статическим расчетам, которыми мы, студенты-строители, мучились. Я восхищался профессорами, которые освоили эту арифметику, как полубоги из другого мира.
Несколько позже молодому Цузе в голову ещё придет идея, как оптимизировать работу с расчетами, но в то время его интересовали несколько другие вопросы. Например, дорожное движение. В то время в Берлине только-только появились светофоры, и на дорогах творился «полный хаос». Цузе придумал идею «зелёной волны», но…
….с помощью графиков я попытался применить эту идею к берлинскому Фридрихштадту, что мне не удалось. В пределах берлинского Фридрихштадта такая система также не может нормально функционировать. Это сегодня мы уже знаем, что «зеленые волны» можно использовать в первую очередь на магистральных дорогах, где приходится идти на компромиссы в отношении пересечения дорог.
Также Цузе увлекался и фотографией – и как искусством, и как процессом.
Я занимался всевозможными мелкими и крупными разработками — от автоспусков до полностью автоматических аппаратов, но у меня не было опыта для практической реализации этих идей. И я был очень расстроен, когда автоматические фотобудки, которые я хотел изобрести сам, были представлены под названием Photomaton. Они работали по методу, обратному моему, и предоставляли готовые изображения за восемь минут.
В 1935 году Цузе покинул свою alma mater с дипломом «гражданского инженера». Поработав какое-то время в немецком представительстве компании Ford Motor (где он занимался в основном рекламой), он перешел на работу на авиастроительный завод компании Henschel в берлинском пригороде Шенфельде. Там молодого сотрудника ждала уже «работа по специальности» – инженерно-конструкторская.
И именно там, проделывая ненавистные утомительные вычисления на бумаге, Конрад Цузе наконец задумался не о фотобудке или светофорах, а о сказочной «палочке-выручалочке», которая избавила бы его от этой бумажной рутины. О вычислительной машине.
…вскоре я бросил эту работу и устроил изобретательскую мастерскую в квартире родителей. Я хотел полностью посвятить себя компьютеру… Конечно, мои родители не были в восторге от этого проекта, но они были настолько уверены в моих способностях, что поддерживали меня, как могли. Позже мне даже разрешили использовать самую большую комнату в их квартире для установки первого, еще несколько [устройство весило полтонны] неуклюжего аппарата. Меня поддерживали и друзья с учебы. Они помогли деньгами, которые сегодня могут показаться скромными, но без которых я не смог бы получить даже необходимые материалы для работы. Первыми спонсорами стали старый школьный друг Герберт Вебер из Браунсберга и моя сестра. Конечно же, всегда помогали и родители. Те, кто не мог помочь финансово, вызвались помогать мне в мастерской [приятели Цузе вручную выпилили 20000 пластин для переключателей].
К 1938 году машина была собрана. Она получила название Z1 – по первой букве фамилии своего создателя. Примечательно, что изначально Цузе назвал изобретение V1, то есть, ФАУ, что называется «без задней мысли» — он не знал, что спустя несколько лет так назовут известные на весь мир ракеты. Это еще сослужит службу, но позже.
Как выше мы уже отметили, вес компьютера составлял около 500 кг и занимал он самую большую комнату в родительской квартире. Для ввода данных установили клавиатуру из переделанной печатной машинки, а для вывода результатов — панель с мигающими лампочками. Машина работала на моторе от пылесоса, но у неё были почти все элементы современных компьютеров: регистры памяти, арифметико-логическое устройство, интерфейсы ввода и вывода.
У Z1 был отдельный блок памяти из 64 слов по 22 бита. Он умел работать с 22-битными числами с плавающей запятой. Машина складывала числа в течение 5 секунд, умножала — 10 секунд. Чтобы получить результат, она смещала пластины в определённом порядке. Условных переходов и циклов не было. Программы (а у компьютера была система из 9 команд) в памяти не хранились, поэтому каждый раз их вводили вручную.
Конечно, Z1 был демонстрационной моделью без возможности практического применения. Он постоянно ломался и ошибался в вычислениях. Но прототип доказал, что создать программируемую машину возможно. Сегодня копия первого в мире компьютера, воссозданная в 80-х под руководством Цузе, хранится в Немецком технологическом музее.
Тем временем политические события в Германии шли своим судьбоносным ходом. На дворе стоял конец 30-х годов. Цузе вовсю работал над Z2, когда его призвали.
…это может показаться наивным, но для всех нас стало горьким разочарованием то, что разразилась война. Политические события застали меня совершенно неподготовленным. Меня оторвали от работы и из-за краткого обучения в рейхсвере призвали в пехоту. Устройство Z2 близилось к завершению, когда меня призвали. Доктор Паннке [обратился в мою контору с просьбой об отпуске на том основании, что я должен сдать свою работу должным образом. Он написал, что я работаю над большой научной вычислительной машиной, которую также можно использовать в самолетостроении. Я передал это письмо моему капитану, который немедленно переслал его. Командир батальона, майор, вызвал меня, сначала сказал мне, что я, как совсем молодой солдат, все равно не имею права уходить, и продолжил: «Что вы имеете в виду, что ваша машина может быть использована в самолетостроении? Немецкие ВВС безупречны, на что еще рассчитывать?» – Что я должен был сказать в ответ? Отпуск не был предоставлен.
Благодаря ходатайству влиятельных инженеров и ученых, в 1940 году Цузе демобилизовался, вернулся в Берлин и стал членом гитлеровской научной элиты. Работа над созданием релейной электронной вычислительной машины возобновилась. Цузе и помогавший ему Шреер обратились за финансовой поддержкой к военному руководству, предлагая разработать современное устройство для военно-воздушных сил Германии. Такая машина могла быстро обрабатывать сложные расчеты, повышая тем самым эффективность тактической авиации. По предварительной оценке, на создание подобного аппарата потребовалось бы около двух лет. Но руководство вермахта было убеждено, что за такой срок нацистская Германия уже достигнет мирового господства. В итоге – отказ.
Зато обращение к директорам берлинского авиационного завода «Henschel», производившего тактические бомбардировщики, принесло успех. Руководство завода решило использовать компьютерные технологии в процессе создания военной техники. Цузе был предоставлен специальный отдел с лучшими инженерами-электронщиками компании. И уже в конце 1940 года Z2 была введена в эксплуатацию. Новый компьютер был оснащен цифровым процессором на основе реле и электровакуумных ламп (использование ламп – идея Шреера). Z2 автоматически высчитывал ряд параметров геометрии стабилизаторов авиационных бомб, преобразовывал их аналоговое значение в двоичную систему счисления, вычисляя необходимые данные по заранее введенным оператором формулам, и выдавал готовый результат в виде десятичных чисел. Результаты отправлялись сразу в производственный цех.
В том же году Цузе начал разработку Z3 — машины, полностью построенной на реле, но с логической структурой от Z1 и Z2. Она была готова к эксплуатации в 1941 г., за 4 года до разработки американских ученых — электронного цифрового компьютера ENIAC. Отчасти к Z3 и особенно к Z4 относятся слова «машина для фюрера».
В 1942 году мы начали производство Z4, улучшенного варианта Z3. Z4 также был ориентирован на электромеханику. Арифметический блок и элементы управления были построены с реле и шаговыми переключателями. Чтобы придать устройству большую гибкость со стороны программирования, было запланировано несколько этапов расширения с несколькими сканерами и перфораторами. Работа над Z4 была сильно затруднялась бомбардировками. Пришлось трижды менять местоположение в Берлине во время войны. В одну из бомбежек я в очередной раз ходил по дому искать упавшие зажигательные бомбы и, оказавшись на лестничной площадке, услышал над собой треск. В последний момент я прыгнул под дверной косяк, и рядом рухнула лестница. Я с трудом пробирался по обломкам в подвал. Начался пожар, и мне не удалось потушить огонь в ручным распылителем. Дом сгорел.
Сам изобретатель не пострадал, но под развалинами погибли все чертежи и прототипы его вычислительных машин – Z1, Z2 и Z3. Лишь частично законченная новая модель Z4, над которой Цузе работал начиная с 1942 года, была спасена, потому что незадолго до бомбардировок он догадался переправить чертежи и «железо» в другое место. Сначала – в новое помещение на другой берлинской улице, а затем на простой подводе накрытые ветошью части новейшего компьютера увезли в тихую баварскую деревню Альгой, для военной авиации союзников никакого интереса не представлявшую. Туда же в феврале 1945-го, за считанные месяцы до падения Берлина, перебрался и сам Цузе.
В баварской глуши, где ничего не напоминало о стремительно шедшей к своему исходу войне, Конрад Цузе сделал свое второе замечательное изобретение, которое обеспечило ему заслуженное место в компьютерной истории. Он разработал – как раз специально для упомянутой модели Z4 – первый в мире высокоуровневый язык программирования – «Планкалкюль» (Plancalcul – буквально «плановое счисление»), содержавший многие стандартные детали современных машинных языков. До всем известного FORTRAN оставалось еще целое десятилетие… Кстати, на этом же языке была составлена и первая в мире шахматная компьютерная программа.
Незадолго до падения Берлина вермахт решил эвакуировать машину Z4 на запад, в Гёттинген. Конрад Цузе продолжил работу над Z4 в Гёттингене, но ему пришлось снова перевозить устройство, чтобы оно не оказалось ни у советской армии, ни у союзников. Нацисты хотели, чтобы Цузе и его Z4 перебрались в Дора-Миттельбау, концентрационный лагерь, в котором узники строили ракеты Фау. Цузе решил иначе и сбежал на юг, в небольшой немецкий городок Бад-Хинделанг почти на границе со Швейцарией. Старое название машины очень пригодилось, когда пришлось прятать незавершенную Z4. Патрули, наслышанные о Фау-1 и Фау-2, беспрепятственно пропускали груз с названием Фау-4, даже не заглядывая в кузов. Так вычислительная машина, создававшаяся «для фюрера», или, точнее, для вермахта ушла на гражданку.
Он спрятал компьютер в сарае и переждал войну, продавая гравюры из дерева местным фермерам и американским войскам, а в 1946 создал фирму Zuse-Ingenieurbüro Hopferau. Капитал был привлечен благодаря швейцарскому ETH Zurich и продаже опциона на патенты фирме IBM.
В дальнейшем под его руководством и при непосредственном участии были созданы еще три модели «линейки Z» – Z5, Z11 и Z22. В последней модели для памяти были впервые применены магнитные носители.
К 1967 году Zuse KG всего продала 251 компьютер на общую сумму около 100 миллионов марок, что тогда, в эпоху «до персоналок», можно считать успехом. Но затем наступили финансовые проблемы, и компания была продана электронному гиганту Siemens AG. Главе купленной фирмы новый владелец предложил пост специалиста-консультанта, который был с благодарностью принят.
Завершив свою бизнес-деятельность, от научной Конрад Цузе отказываться не собирался. И занимался ею до последних лет жизни, свободное время отдавая своему хобби – живописи. Сегодня несколько этих красочных завораживающих полотен можно посмотреть в экспозиции берлинского Музея немецкой техники (Deutsches Technikmuseum). Рядом с другими, гораздо более известными свершениями Конрада Цузе – дюжиной его вычислительных машин.
