Конрад Цузе

У 30-х роках Цузе займався проектуванням літаків у компанії Henschel-Werke і йому доводилося виконувати величезні обсяги обчислень для визначення оптимальної конструкції крил. У той час існували тільки механічні калькулятори з десятковою системою числення, і Цузе зацікавила проблема автоматизації всього процесу обчислень, тому що він змушений був виконувати безліч одноманітних рутинних розрахунків за заданою схемою.

У 1934 р. Цузе придумав модель автоматичного калькулятора, що складалася з пристрою керування, обчислювального пристрою і пам'яті яка цілком збігалася з архітектурою сучасних комп'ютерів. В ті роки Цузе прийшов до висновку, що майбутні комп'ютери будуть засновані на шести принципах:

• двійкова система числення;
• використання пристроїв, що працюють за принципом «так/ні» (логічні 1 і 0);
• цілком автоматизований процес роботи обчислювача;
• програмне керування процесом обчислень;
• підтримка арифметики з рухомою комою;
• використання пам'яті великої ємності.

Цузе виявився абсолютно правий. Він першим у світі сказав, що обробка даних починається з біта (біт він називав так/ні-статусом, а формули двійкової алгебри — умовними судженнями), першим увів термін «машинне слово» (word), першим поєднав в обчислювачі арифметичні і логічні операції, відзначивши, що «елементарна операція комп'ютера — перевірка двох двійкових чисел на рівність. Результатом буде теж двійкове число з двома можливими значеннями (дорівнює, не дорівнює)». При цьому Цузе не мав ніякого уявлення не тільки про аналогічні дослідження колег у США й Англії, але навіть про механічний обчислювач Чарльза Бебіджа, створений у XIX столітті.

У 1936 р. Цузе запатентував ідею механічної пам'яті. Рік по тому він створив працюючу пам'ять для збереження 12 двійкових чисел по 24 біти й активно зайнявся створенням першої версії свого обчислювача, який він спочатку назвав Versuchsmodell-1 (V-1), але ця абревіатура збіглася з назвою німецьких ракет V1, і тоді він перейменував свій витвір у Z1. Арифметичний модуль міг працювати з числами з рухомою комою (фактично вони складалися з двох чисел: одне являло собою 16-розрядну мантису, інше — 7-розрядну експоненту), здійснював перетворення двійкових чисел у десяткові й навпаки та підтримував введення і виведення даних. Пристрій введення програми за допомогою перфорованої стрічки зробив Гельмут Шраєр, друг Цузе, що раніше працював кіномеханіком. Результати розрахунків показувалися за допомогою електричних ламп. Z1 було завершено у 1938 р., але він працював нестабільно через ненадійну механічну пам'ять.

Працями Цузе зацікавився керівник Інституту аеродинамічних досліджень Третього Райху. Інститут узявся фінансувати роботи над наступною моделлю обчислювача Z2. Як надійнішу елементну базу, Конрад вибрав електромагнітні телефонні реле, єдині в той час пристрої, придатні для створення комп'ютера. Релейний Z2 був побудований у квітні 1939 р. і успішно запрацював, але Цузе призвали в армію, і хоча в нього були дуже впливові друзі, він відслужив рік, перш ніж повернувся в інститут. Там він приступив до проектування потужнішої моделі — Z3, потім його знову покликали на фронт, але невдовзі він повернувся в інститут остаточно.

Цузе закінчив Z3 5 грудня 1941 р. Введення програми, що являла собою послідовність досить потужних логічних команд, як і раніше, відбувалося з перфорованої кінострічки. Пам'ять Z3 дозволяла зберігати 64 слова (14 біт на мантису, 7 біт на експоненту і 1 біт на знак) і складалася з 1400 реле. Для арифметичного обчислювача треба було 600 реле, і ще 400 реле застосовувалося в пристрої керування. Z3 виконував не тільки 4 арифметичні операції, але й обчислення квадратного кореня, множення на −1, 0,1, 0,5, 2 і 10. Швидкість роботи Z3 приблизно дорівнювала швидкості роботи американського комп'ютера Harvard Mark I, створеного наприкінці 40-х років. Z3 виконував 3-4 операції додавання в секунду і множив два числа за 4-5 секунд, дозволяючи при цьому обробляти числа з рухомою комою ефективніше, ніж Mark I.

Одночасно Цузе займався проектуванням механічних пристроїв дистанційного керування бомбами для підвищення точності влучення в ціль. Для створення моделі потрібно було здійснити дуже великі обчислення, і він спочатку зробив спеціалізований комп'ютер, що виконував фіксовану послідовність операцій. Потім він вирішив також автоматизувати роботу оператора, що займався введенням даних, і першим у світі зробив те, що сьогодні називається аналогово-цифровим перетворювачем.

Через невеликий обсяг пам'яті на Z3 не можна було вирішувати, зокрема, системи лінійних рівнянь, а інституту це було потрібно. У 1941 р. Цузе вирішив розробити потужнішу модель — Z4. Він розумів усі мінуси своєї машини і хотів створити повноцінний комп'ютер, якому, за оцінками самого Цузе, була потрібна місткість пам'яті щонайменше 8 тисяч слів. Але німецьке керівництво відповіло йому, що Німеччина настільки близька до перемоги, що комп'ютери їй не потрібні. Під час війни всі практичні роботи в цій сфері цілковито припинили.

По завершенні війни Цузе ненадовго арештували, але він завжди заперечував, що виконував якісь секретні роботи для уряду. Після війни Цузе тимчасово залишався не при справах. Z3 було знищено, Z4 не завершено, закордонні комп'ютери Mark-I і ENIAC ще не працювали, і він зайнявся теоретичними дослідженнями. Йому допомагав математик Герр Ломаєр. Цузе спробував автоматизувати гру в шахи, описати правила гри термінами логічних обчислень. Відразу виникли проблеми, добре відомі сьогодні фахівцям зі штучного інтелекту, — не було придатного інструментарію для роботи зі складними структурами даних.

У 1945 р. Цузе створив першу в світі символічну мову Plankalkül (терміна «алгоритмічна мова» ще не існувало) і техніку трансляції адрес; крім того, у нього народилися ідеї використання підпрограм із параметрами. Водночас Цузе придумав назву своєму пристрою — логічна обчислювальна машина.

На початку 50-х років економіка Німеччини пішла на підйом. Цузе організував фірму Zuse KG, побудував машину Z11 і використовував її для розв'язання задач перепланування земель, проектування оптичних приладів. Уже тоді виникли проблеми зі створенням добрих програм. Потім Цузе побудував Z22, що підтримувала загальні алгоритми обчислень, могла працювати з довільними структурами даних, мала достатній обсяг пам'яті і була популярна в багатьох німецьких інженерів і вчених. Цузе думав, що в нього з'являться замовлення на розрахунки від малих і середніх компаній, але вони тоді не надто мали потребу в таких послугах, і Zuse KG виявилася збитковою. Державне фінансування робіт у комп'ютерній сфері почалося пізніше. Цузе продовжував експериментувати з різними обчислювальними пристроями, зробив автоматичну малювальну дошку — перший прообраз сучасних CAD.

У 1964 р. він запропонував автоматичну систему керування великими ткацькими верстатами.

З 1966 р. Цузе почав працювати в компанії Siemens AG.

Одним зі своїх найвидатніших досягнень Цузе вважав створення мови Plankalkül, яка не була прив'язана до архітектури і наборів команд конкретного комп'ютера, на відміну від перших мов асемблера.

Конрад Цузе помер у віці 85 років. Сьогодні роботи Цузе відомі в усьому світі. Він вплинув на розвиток європейських комп'ютерних технологій. Його праці використовували при створенні нових комп'ютерів і особливо при розробці перших алгоритмічних мов програмування. Конрад Цузе одержав безліч нагород і призів та заслужив міжнародне визнання.

На його честь названо астероїд 21664 Конрадцузе.