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.
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.
Конрад Цузе родился 22 июня 1910 года в Берлине.
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.
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.
Содержание
Диаграммы из патента Цузе в мае 1936 года на двоичный переключающий элемент, использующий механизм плоских скользящих стержней. Z1 был основан на таких элементах.
Z1 содержал почти все части современного компьютера, то есть блок управления, память, микропоследовательности, плавающая точка логика и устройства ввода-вывода. Z1 можно было свободно программировать с помощью перфоленты и устройства чтения перфоленты. [6] Было четкое разделение между устройством чтения перфоленты, блоком управления для контроля всей машины и выполнением инструкций, арифметическим блоком и устройствами ввода и вывода. Блок входной ленты считывает перфорацию в 35-миллиметровой пленке. [7]
Z1 был 22-битным плавающая точка сумматор и вычитатель значений с некоторой управляющей логикой, позволяющей выполнять более сложные операции, такие как умножение (путем повторного сложения) и деление (путем повторного вычитания). Z1’s Набор инструкций было девять инструкций, и потребовалось от одной до двадцати циклов на инструкцию.
Z1 имел память на 64 слова с плавающей запятой, где каждое слово памяти могло быть прочитано и записано в блок управления. Блоки механической памяти были уникальны по своей конструкции и были запатентованы Конрадом Цузе в 1936 году. Машина была способна выполнять инструкции только при чтении из перфолента ридером, поэтому сама программа заранее не загружалась во внутреннюю память целиком.
Ввод и вывод были в виде десятичных чисел с десятичной экспонентой, а единицы имели специальный механизм для преобразования их в двоичные числа и обратно. Инструкции ввода и вывода будут читаться или записываться как числа с плавающей запятой. Программная лента представляла собой 35-миллиметровую пленку с инструкциями, закодированными в перфорированных отверстиях.
строительство
«Z1 представлял собой машину весом около 1000 кг, которая состояла примерно из 20 000 деталей. Это был программируемый компьютер, основанный на двоичных числах с плавающей запятой и двоичной системе переключения. Он полностью состоял из тонких металлических листов, которые Цузе и его друзья изготовлен с помощью лобзика «. [8] «Устройство ввода [данных] было клавиатурой . Программы Z1 (Цузе назвал их Rechenpläne, вычислительные планы) хранились на перфолентах с помощью 8-битного кода» [8]
Строительство Z1 финансировалось из частных источников. Зузе получил деньги от родителей, сестры Лизелотты, некоторых учениц братства. AV Motiv (ср. Гельмут Шрейер) и Курт Паннке (производитель вычислительных машин в Берлине).
Цузе построил Z1 в квартире своих родителей; Фактически, ему было разрешено использовать гостиную для строительства. В 1936 году Цузе оставил свою работу в авиастроении, чтобы построить Z1.
Говорят, что Цузе использовал «тонкие металлические полосы» и, возможно, «металлические цилиндры» или стеклянные пластины для создания Z1. Наверное, не было рекламы реле в нем (хотя говорят, что Z3 использовал несколько телефонных реле). Единственным электрическим блоком был электродвигатель, обеспечивающий тактовая частота из 1Гц (цикл в секунду) к машине.
«Память была сконструирована из тонких полосок металла с прорезями и маленьких контактов и оказалась быстрее, меньше и надежнее реле. Z2 использовал механическую память Z1, но использовал релейную арифметику. Z3 был экспериментально построен полностью из реле. Z4 был первой попыткой коммерческого компьютера, возвращающегося к более быстрому и экономичному механическому запоминающему устройству с металлическими полосками и релейной обработкой Z2, но война прервала разработку Z4 ». [9]
Z1 никогда не был очень надежным в работе из-за плохой синхронизации, вызванной внутренними и внешними нагрузками на механические части.
1941: Конрад Цузе и Z3
Z3 — это преемник Z1 и первый свободно программируемый компьютер, который можно было использовать в разных областях, а не только для вычислений. Многие историки считают, что Z3 — первый в мире функционирующий универсальный компьютер.
ENIAC
В 1946 году исследователи Экерт и Мочли изобрели первый полностью электронный компьютер ENIAC — Electronic Numerical Integrator and Computer (электронный цифровой интегратор и компьютер). Он использовался армией США для расчета баллистических таблиц. ENIAC владел основными математическими операциями и мог вычислять квадратные корни.
Самая первая игра в мире на компьютер
Программисты из Массачусетского технологического института разработали первую игру в 1962 году. Мартин Грец и Стив Рассел создали ее после нескольких часов работы. В первую очередь прорабатывалась сама программа, а потом целый месяц пытались ее реализовать. Это называлось Spacewar. Он был основан на битве двух космических кораблей, стреляющих друг в друга специальными ракетами. Игра создавалась на базе процессора, выполнявшего сто тысяч операций в секунду, ее оперативная память составляла девять КБ.
Стоит немного рассказать о смысле игры: нужно было показать карту на дисплее: звездное небо с боевыми кораблями. Игроки управляли ими с помощью джойстиков и клавиатуры. Было ограниченное количество ракет для попадания, уйти от врага можно было двумя способами: обогнуть звезды или совершить гиперштурм, при этом корабль исчезал с поля боя всего на секунду и внезапно появлялся в другом месте.
Несмотря на то, что «Война в небе» стала первой коммерческой игрой, создатели не получали от нее никаких доходов, хотя в узких кругах программистов разработчики получили свою славу и почет. Созданные позже похожие игры уже начали пользоваться спросом и приносить разработчикам неплохой доход.
Современные исследования показали, что компьютерные игры, если их правильно выбрать и использовать, могут положительно повлиять на развитие ребенка. С их помощью можно тренировать внимание, координацию движений, мышление.
Самый первый персональный компьютер в мире
Впервые термин «персональный компьютер» был применен к творению итальянского инженера Пьера Джорджио Перотто под названием Programma 101. Выпустила его фирма Olivetti.
Programma 101
Стоило устройство 3200 долларов и разошлось тиражом около 44 000 экземпляров. Десять штук купило NASA, чтобы использовать для расчетов посадки Apollo 11 на Луну в 1969 году. Сеть ABC (American Broadcasting Company) использовала Programma 101 для прогнозирования президентских выборов 1968 года. Американские военные использовали его для планирования своих операций во время войны во Вьетнаме. Он также закупался для школ, больниц и правительственных учреждениях и отмечал начало эпохи быстрого развития и продаж ПК.
Основные характеристики Z2
12 мая 1941 года в Берлине Цузе представил собравшимся ученым знаменитый компьютер 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.
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.
Первая советская модель
К середине ХХ века СССР был измождён Второй мировой войной, но отставать от Запада он не хотел. Советскими учёными и инженерами велись работы над отечественной ЭВМ. За 5 послевоенных лет удалось разработать и запустить устройство с названием «Малая электронная счётная машина» (МЭСМ). Аппарат уместился на площади 60 м². Он состоял из 6 тыс. ламп и потреблял мощность 25 кВт. Фото первого компьютера СССР удивило Западную Европу, так как таких машин там ещё не было.
Рис. 7 Малая электронная счётная машина» (МЭСМ)
МЭСМ выполняла около 3 тыс. вычислительных операций в секунду. Изначально советская ЭВМ поступила в распоряжение учёных для исчисления сложных задач. Через пару лет МЭСМ перевели в статус учебного пособия. А в 1959 году машину демонтировали. Дело в том, что уже в 1952 году советские учёные выпустили более совершенную модель компьютера — Большая электронная счетная машина (БЭСМ). В новой версии увеличили количество ламп до 12 тыс. Как следствие, выросло число операций, до 10 тыс. за 1 секунду.
Как выглядели первые компьютеры?
«МАРК 1» был в длину 17 метров, высотой более 2 метров. Машина имела стальной каркас, вес компьютера составлял 4,5 тонны. Общая протяженность проводов превышала 750 км. ЭНИАК весил свыше 27 тонн, потреблял в среднем 170 кВт электроэнергии.
МАРК-1
Первый настольный ПК выглядел менее устрашающе и спокойно помещался на рабочем столе. Programma 101 был разработан итальянцем Пьером Джорджио Перотто, использовался для расчетов посадки Apollo 11 на Луну.
Programma-101
