Serwis Edukacyjny
w I-LO w Tarnowie
obrazek

Materiały dla uczniów liceum

  Wyjście       Spis treści       Wstecz       Dalej  

Autor: prof. Horst Zuse
Tłumaczył: mgr Jerzy Wałaszek

©2021 mgr Jerzy Wałaszek
I LO w Tarnowie

Rozdział 6

Rozwój komputera Z4 oraz budowa tej maszyny w latach 1942 – 1945 w Berlinie

SPIS TREŚCI

Rozdział 6

W 1940 Konrad Zuse sformułował wizję, według której komputery miały być używane w celu uwolnienia umysłu człowieka od wykonywania głupich obliczeń. Aby budować komputery, 1 kwietnia 1940 roku w Berlinie Konrad Zuse założył firmę o nazwie Zuse Apparatebau. Poniżej widnieje jego znak firmowy.

Zuse Apparatebau  było małą firmą z siedzibą przy ulicy Methfesselstraße 7 i 10 w Berlin-Kreuzberg. Do 1941 Konrad Zuse upewnił się, iż podstawowe problemy budowania skomplikowanych komputerów zostały rozwiązane. Zaplanował Z4 jako prototyp komputerów dla biur technicznych i instytutów naukowych. Opierając się na swoich doświadczeniach z maszynami Z1 i Z3 oraz znając problemy rachunków inżynierskich zdał sobie sprawę, że Z4 wymagał dużo więcej pamięci niż w poprzednich modelach.

Z tego powodu porównał zalety i wady pamięci zbudowanej przy użyciu przekaźników z pamięcią skonstruowaną z cienkich metalowych pasków (jak w Z1 i Z2). Doszedł do wniosku, iż budowa pamięci z metalowych pasków była dużo mniej kosztowna od pamięci z przekaźników. Było dla niego oczywiste, iż pamięć zawierająca tysiąc 32-bitowych słów zbudowana z przekaźników byłaby zbyt duża, ponieważ potrzebowałby dla niej ponad 1000 x 32 = 32.000 przekaźników. Jego opatentowana pamięć mechaniczna (1936) pracowała bardzo niezawodnie, a dla 1000 słów nie potrzebowałby więcej niż jeden metr sześcienny przestrzeni. Konrad Zuse oszacował również koszty jednego 32-bitowego słowa swojej pamięci mechanicznej na 5 RM (Reichmarks  - Marki Rzeszy Niemieckiej), co w 1942 roku odpowiadało w przybliżeniu 2,50$ USA.

Do 1945 firma Zuse Apparatebau zatrudniała około 20 pracowników. Niestety w tym czasie zarówno budynek jak i zakład zostały całkowicie zniszczone przez naloty bombowe. Na ulicy tej do dnia dzisiejszego widać ślady po bombardowaniach. Na Fot. 43 pokazano ulicę Methfesselstraße 7 i 10, gdzie Konrad Zuse budował Z3 i zaczął konstrukcję Z4.

obrazek
Fot.43 Ulica Methfesselstraße w Berlinie (1999).
Komputery Z3 i Z4 były budowane
w domu stojącym dawniej na tej działce gruntu
(tuż na prawo od czerwonego samochodu)
obrazek
Fot. 44 Konrad Zuse (1989)
przy wejściu do domu
na ulicy Methfesselstraße 7

Komputer Z4

Celem Z4 opracowywanego w latach pomiędzy 1942 a 1945, stanowiło zbudowanie prototypu maszyny do docelowej produkcji w tysiącach sztuk. Niestety wojna zniszczyła nadzieję mojego ojca na to, iż maszyna ta wspomoże pracę inżynierów w tamtych czasach.

obrazek
Fot. 45 Urządzenie wejścia/wyjścia należące do komputera Z4.
Ten rysunek techniczny został narysowany osobiście
przez Konrada Zuse w roku 1942
obrazek
Fot. 46 Konrad Zuse przy budynku
na ulicy Oranienstraße 6
w Berlin-Kreuzberg (1989),
gdzie Z4 był prawie ukończony
w roku 1944/45

Budowa Z4 zajęła ponad cztery lata i dała w wyniku dużo skromniejszy komputer niż był pierwotnie planowany. W Z4 Konrad Zuse chciał zaimplementować podprogramy. Z tego powodu zaplanował sześć czytników taśmy perforowanej oraz dwa perforatory. Jednakże brak materiałów, prawie codzienne naloty bombowe (Fot.47 i Fot.48) oraz wzrastające niedogodności życia w Berlinie (które pogarszało się z dnia na dzień) uniemożliwiły całkowite ukończenie komputera Z4.

obrazek
Fot. 47 Teren wokół Bramy
Brandenburskiej w roku 1945
obrazek
Fot. 48. Brama Brandenburska w roku 1947

Dzisiaj większość ludzi nie może sobie wyobrazić niskiej jakości życia w Niemczech w roku 1945. Ponad 800 alianckich bombowców wykonywało na Berlinem naloty bombowe dniem i nocą. W końcu Konrad Zuse uciekł w marcu 1945 roku z miasta wraz z ciężarną żoną Giselą i komputerem Z4. Sam Z4 był transportowany na wojskowej ciężarówce. Stało się tak dzięki pomyleniu komputera Z4 z rakietą V2. W tym czasie Konrad Zuse oznaczał swoje maszyny symbolami V1, V2, V3  i V4, gdzie litera "V" pochodziła od niemieckiego słowa "Versuchsmodell" oznaczającego "model próbny". W ten sposób wojskowi pomyłkowo przyjęli, iż Konrad Zuse posiadał części do rakiety V4, następczyni rakiety V2 (oczywiście ani mój ojciec, ani komputer Z4 (V4) nie mieli absolutnie nic wspólnego z tymi rakietami).

Jednakże z uwagi na tę pomyłkę mój ojciec uzyskał dostęp do ciężarówki wojskowej, której użyto do przetransportowania Z4 do miejscowości Göttingen (300 km od Berlina). W czasie tej podróży, trwającej jeden tydzień, mogli jechać tylko nocą, gdyż w ciągu dnia ciągle występowały ataki ze strony nisko lecących samolotów alianckich. Podczas dnia kryto się w prowizorycznych kryjówkach wraz z rolnikami. W Göttingen Konrad Zuse przedstawił Z4 profesorom Prandtlowi i Küssnerowi z Aerodynamsche Versuchsanstalt (z Instytutu Badań nad Aerodynamiką).

Pierwotnie zamierzano umieścić Z4 w podziemnych fabrykach w Nordhausen, gdzie produkowano seryjnie rakietę V2. Jednakże Konrad Zuse był głęboko zszokowany tym, co tam odkrył. Chociaż zdążył się już zupełnie przyzwyczaić do bombardowań w Berlinie, zobaczył teraz na własne oczy nieludzkie okrucieństwo Trzeciej Rzeszy. Dwadzieścia tysięcy więźniów z obozu koncentracyjnego pracowało w niewyobrażalnych warunkach w długich na kilometr tunelach. Po ujrzeniu tego Konrad Zuse oświadczył stanowczo: Wszędzie, tylko nie tutaj. Na szczęście była jeszcze możliwa jazda ciężarówką na południowy wschód do Hof, a następnie przez płonące Monachium do Kloster Ettal i na koniec do miejscowości Haus Ingeborg w Oberjoch (w Bawarii) leżącego w Alpach, gdzie przybyto w kwietniu 1945.

W miejscowości Haus Ingeborg, która jest około 10 km od Hindelang (Allgäu, Bawaria) Konrad Zuse spotkał po raz pierwszy i ostatni w swoim życiu Wernhera von Brauna(7) wraz z częścią jego zespołu (około 100 osób) oraz generała Dornbergera. Mojemu ojcu udało się zamienić kilka słów z Wernherem von Braunem i później twierdził, że von Braun nie przewidział, jaką rolę odegrają komputery w przyszłości. Po kilku dniach Konrad Zuse opuścił tę grupę i skierował się do wioski Hinterstein, znajdującej się około 20 km od Oberjoch, ponieważ nie chciał się w żaden sposób angażować w rakietę V2. W Hinterstein mój ojciec ukrył części komputera Z4 w stodole należącej do Hotelu Steinadler.

(7)Wernher von Braun był kierownikiem zespołu naukowców odpowiedzialnych za projekt i konstrukcję rakiety V2 w tajnym ośrodku rakietowym Peenemünde, położonym na północnym wschodzie Niemiec (Generał Dornberger był dowódcą w Peenemünde). Po wojnie Wernher von Braun przeniósł się do USA, gdzie mógł kontynuować pracę nad rakietami. Wernher von Braun angażował się później w projekty satelitów oraz pomagał zaprojektować rakietę dla misji księżycowych Apollo.

obrazek
Fot.50. Hotel Steinadler w Hinterstein (Allgäu)
obrazek
Fot.51. Stodoła, w której był ukryty Z4
od 1945 do 1946.
Ciekawostką jest fakt,
iż Z4 był jedynym komputerem
w Niemczech
(i prawdopodobnie w Europie)
aż do roku 1951!

Sytuacja w rejonie Hinterstein była skomplikowana. Na przykład mieszkało tam ponad 1200 uciekinierów, 200 żołnierzy, itd.. Konrad Zuse wraz z żoną znaleźli pokój w Domu Tannheimer. Od 1945 aż do 1947 niemożliwe było odrestaurowanie uszkodzonego Z4, który w tym czasie stanowił jedyny komputer w Niemczech (a być może także w Europie)!

Konrad Zuse z desperacją dążył do wznowienia prac nad Z4, lecz pierwszym problemem było przetrwanie lat po wojnie. Aby zdobyć nieco żywności, wyrabiał drzeworyty i sprzedawał je rolnikom oraz żołnierzom amerykańskim. Fotografia 53 pokazuje drzeworyt wykonany przez Konrada Zuse, obrazujący wioskę Hinterstein. Komputer Z4 ukryty został w pobliżu kościoła.

obrazek
Fot.52. Mała wioska Hinterstein (1985)
obrazek
Fot. 53. Drzeworyt przedstawiający
Hinterstein wykonany
przez Konrada Zuse (1946)
obrazek
Fot. 54. Dom Tannheimer w Hinterstein,
gdzie Konrad Zuse wraz z rodziną
znalazł pokój na pierwszym piętrze
(cztery okna na frontowym rogu budynku)
obrazek
Fot. 55. Drzeworyt Domu Tannheimer
wykonany przez Konrada Zuse (1945)
obrazek
Fot. 56. Kolorowy drzeworyt (60cm x 80cm)
wodospadu Zipfelsfälle w Hinterstein
wykonany przez Konrada Zuse.
Użył trzech oddzielnych płyt drewnianych,
po jednej dla koloru żółtego,
niebieskiego i czerwonego
(zielony powstał z żółtego i niebieskiego).
Każda z drewnianych płyt
była dociśnięta w to samo miejsce
na papierze, aby utworzyć końcowy obrazek
obrazek
Fot. 57. Drzeworyt Konrada Zuse,
który pokazuje chatę Roßhütte
oraz górę Erzberg niedaleko Hinterstein
w czasie zimy w latach 1945/46
obrazek
Fot. 58. Drzeworyt przedstawiający
kościół w wiosce Hinterstein w roku 1946

W okresie od 1945 do1947 nie można było w żaden sposób odrestaurować uszkodzonego Z4. Konrad Zuse wykorzystywał nawet puszki po konserwach otrzymane od aliantów do naprawy elementów mechanicznej pamięci komputera Z4.

Niestety, w Hinterstein nigdzie nie można było znaleźć miejsca do ustawienia Z4. Dlatego w 1947 Konrad Zuse z żoną i synkiem (tzn. ze mną Horstem) przenieśli się do Hopferau (w Bawarii), które leży około 30 km na północ od wioski Hinterstein. Do roku 1948 Z4 został ponownie zmontowany w dawnym składzie mąki w Hopferau. Można było wykonać kilka obliczeń, lecz prąd elektryczny włączano wtedy tylko na kilka godzin dziennie, a w sumie i tak było go zbyt mało jak na pobór mocy Z4.

W 1948 Eduard Stiefel z ETH-Zürich chciał założyć nowy instytut dla Matematyki Stosowanej. Deklarowanym celem Stiefela było rozwinięcie metod analizy numerycznej. W związku z tym poszukiwał on sposobu uzyskania dostępu do mocy obliczeniowej przewyższającej poziom osiągalny przez proste kalkulatory biurkowe.

W pracy [ZUSE47] Konrad Zuse napisał następujące zdanie, związane z komputerami w przyszłości:

Die in diesem Zusammenhang auftretenden Probleme sind so umfangreich, daß eine Generation von Wissenschaftlern, Technikern und Wirtschaftlern erforderlich sein wird, um sie erschöpfend zu bearbeiten.

Tłumaczenie: Problemy w tej całej dziedzinie są tak rozległe, iż będzie potrzeba pokolenia naukowców, inżynierów i ekonomistów, aby je opracować w stopniu zadawalającym.

Przez "problemy" mój ojciec rozumiał wprowadzenie komputerów do nauki i przemysłu. Planował budowę komputerów logistycznych. Komputery te byłyby rozbudowanymi komputerami algebraicznymi, podobnie jak Z4, aby rozwiązywać problemy inżynierskie. Problemy takie formułowano by w języku Plankalkül, który dzisiaj jest traktowany jako pierwszy na świecie język programowania. Już w 1943 napisał, że problemy komputerów algebraicznych zostały rozwiązane.

Stiefel szybko zorientował się, że dostępne w handlu maszyny na karty perforowane nie nadawały się do prac matematycznych, a rozpoczęte właśnie w USA i także w Anglii projekty komputerów elektronicznych nie wypełnią tej luki jeszcze przez kilka nadchodzących lat. Zdecydował więc, że instytut ETH zbuduje swój własny elektroniczny komputer. W tym celu oddelegował dwóch asystentów - Heinza Rutishausera i Ambrosa Speisera - do odwiedzenia USA. Zadaniem ich było przestudiowanie bieżącego stanu wiedzy na temat komputeryzacji w Ameryce, aby później, po powrocie, mogli rozpocząć odpowiedni projekt w ETH.

Rutishauser i Speiser spędzili większość roku 1949 na Uniwersytecie Havard z Howardem Aikenem oraz w Princeton z Johnem von Neumannem, odwiedzili też wiele innych instalacji komputerowych, łącznie z komputerem ENIAC w Aberdeen i MARK II w Dahlgren. W roku 1949 Stiefel został poinformowany o istnieniu Z4 i powiedziano mu, że maszyna ta być może jest na sprzedaż. Do dzisiaj nie wiadomo dokładnie od kogo dowiedział się o komputerze Z4 w Hopferau.

Warsztat Konrada Zuse w Hopferau w 1947
Fot.59. Warsztat Konrada Zuse
w Hopferau (Allgäu) w 1947,
gdzie zainstalował Z4.
Komputer Z4 był ustawiony
po prawej stronie warsztatu
Urządzenia wejścia/wyjścia w Z4
Fot. 60. Urządzenia wejścia/wyjścia
komputera Z4 oraz Planfertigungsteil
(moduł tworzenia programu)
w Hopferau
Prof. Eduard Stiefel
Fot. 61. Prof. Eduard Stiefel z ETH-Zürich,
który zakupił Z4 za 50,000 DM
i przewiózł go z Hopferau
do Zurychu w 1949

Prof. Stiefel zbadał komputer Z4 w Hopferau w roku 1949. Konrad Zuse wyjaśnił mu parametry maszyny, które były bardzo przekonywujące. Stiefel następnie zadał Konradowi Zuse do rozwiązania równanie różniczkowe. Mój ojciec ułożył program dla Z4, wykonał taśmę perforowaną i Z4 rozpoczął pracę. Wynik był prawidłowy. W ten sposób, pomimo faktu, iż Z4 ledwie działał, Stiefel zdecydował, iż pomysł przeniesienia go do instytutu ETH w Zurychu powinien być bezwzględnie bardzo dokładnie rozważony.

Stiefel napisał list do Rutishausera i Speisera, którzy w tym czasie przebywali w Havard. Chociaż Aiken odwodził Speisera i Rutishausera od maszyny na przekaźnikach (proponował budowę i używanie maszyn elektronicznych) Rutishauser i Speiser odpisali Stiefelowi, iż pomysł przejęcia Z4 nie powinien być stanowczo odrzucony. Stiefel również przekonał prezesa ETH, Hansa Pallmanna, aby zebrał dostępne fundusze na wynajęcie Z4. Stiefelowi musimy więc przypisać zasługę podjęcia mądrej decyzji [SPEI98], ponieważ istniało dosyć zastrzeżeń, aby wzbraniał się przed podjęciem tego kroku. Zastrzeżenia te obejmowały między innymi:

Ambros Speiser, który był naukowcem pracującym w Zurychu w 1950 roku na komputerze Z4, powiedział w czasie wywiadu Horstowi Zuze w roku 1998 [ZUSE98]:

Profesor Stiefel nie chciał budować komputerów, chciał je używać w prosty sposób przy skomplikowanych obliczeniach numerycznych.

Z tego powodu prędkość komputera nie była najważniejszym kryterium. Wśród wielu różnych aspektów to prostota programowania była dla Stiefela bardzo istotna. Dołączony do komputera moduł tworzenia programu (Planfertigungsteil) przekonał go do zaakceptowania Z4, ponieważ już po trzech godzinach naukowcy wiedzieli jak wprowadzać programy. Również zaawansowana jednostka arytmetyczna ze zdolnością obsługi sytuacji wyjątkowych była idealnym warunkiem początkowym dla obliczeń, które chciał wykonywać Stiefel.

W roku 1948 przedstawiciele IBM odwiedzili Konrada Zuse w Hopferau. Jednakże bardziej interesowały ich patenty mojego ojca niż jego pomysły na przyszłość. IBM nie chciał zagwarantować mojemu ojcu, iż będzie mógł w przyszłości zajmować się komputerami. Z tego powodu pomiędzy Konradem Zuse a IBM został zawarty kontrakt obejmujący jedynie niewielką liczbę opcji.

Na początek:  podrozdziału   strony 

Życie i Praca Konrada Zuse

Autor Horst Zuse

Schaperstraße 21
10719 Berlin, Germany
Tel./fax: +49-30-881-59-88
E-mail: horst.zuse@t-online.de

Tekst, fotografie oraz inne obrazki pojawiające się w artykule "Życie i Praca Konrada Zuse" są prywatną własnością Horsta Zuse i ich nieupoważniona reprodukcja lub imitacja w całości lub w części jest jawnie zabroniona. Historia życia i twórczości Konrada Zuse została umieszczona w Serwisie Edukacyjnym Nauczycieli I-LO w Tarnowie za pisemną zgodą syna wynalazcy, prof. dr inż. Horsta Zuse


Zespół Przedmiotowy
Chemii-Fizyki-Informatyki

w I Liceum Ogólnokształcącym
im. Kazimierza Brodzińskiego
w Tarnowie
ul. Piłsudskiego 4
©2021 mgr Jerzy Wałaszek

Materiały tylko do użytku dydaktycznego. Ich kopiowanie i powielanie jest dozwolone
pod warunkiem podania źródła oraz niepobierania za to pieniędzy.

Pytania proszę przesyłać na adres email: i-lo@eduinf.waw.pl

Serwis wykorzystuje pliki cookies. Jeśli nie chcesz ich otrzymywać, zablokuj je w swojej przeglądarce.
Informacje dodatkowe.