Rückblick auf Technologie-Startups. Z3 - der erste Relaiscomputer

Ich beschloss, eine Retrospektive technologischer Startups mit einer erstaunlichen Geschichte über die Schaffung des ersten Computers im modernen Sinne des Wortes zu beginnen. Diese Geschichte mag selbst für diejenigen faszinierend erscheinen, die ein Startup-Wort als missbräuchlich betrachten.

Z3 wurde von dem jungen genialen Ingenieur Konrad Zuse zum ungünstigsten Zeitpunkt dafür konzipiert und entwickelt. Er legte den Grundstein für das erste Unternehmen in Kontinentaleuropa, das Computer auf kommerzieller Basis entwickelt und verkauft.


Deutschland, die zweite Hälfte von 30 Jahren des letzten Jahrhunderts. Adolf Hitler ist seit mehreren Jahren an der Macht. Das Land arbeitet an einem Computer. Die Entwicklung wird fortgesetzt, obwohl das erste Modell nicht sehr erfolgreich ist. Mit jedem neuen Modell wird das Gerät perfekter. Z1, Z2, schließlich erscheint im Mai 1941 die erste funktionsfähige Version - Z3. 1943 gelang es den Alliierten, die gesamte Aufstellung Z1 - Z3 zu zerstören, aber zu diesem Zeitpunkt wurde bereits daran gearbeitet, ein viel fortschrittlicheres Modell zu schaffen - Z4. Die Versammlung wird in die Geheimgänge der Minen verlegt, in denen die Entwicklung eines streng geheimen Raketenprogramms in vollem Gange ist. Egal was passiert, die Arbeit am Z4 ist in den letzten Kriegstagen buchstäblich abgeschlossen und bringt den Computer heimlich in die Schweiz ...

Es klingt sehr bedrohlich. Aber die Klischees sind sehr weit von der Wahrheit entfernt. Versuchen wir zu klären, wie der erste elektromechanische Computer tatsächlich erstellt wurde und wie er war.
Natürlich konnte das Militär überhaupt nicht auf das Militär verzichten, sie leisteten Hilfe, aber im Großen und Ganzen wurde die Entwicklung eher im Gegensatz zu und nicht dank der Uniformierten durchgeführt.

Mädchen als Motor des Fortschritts

Konrad Ernst Otto Zuse Konrad Ernst Otto Zuse wurde 1910 trotz seines soliden Namens in der Familie eines kleinen Postbeamten in Berlin geboren. Von Kindheit an war der Junge vom Design angezogen. Noch in der Schule baute er ein funktionierendes Modell eines Geldwechselautomaten zusammen und beschäftigte sich begeistert mit Stadtforschung - er schuf ein Stadtprojekt für 37 Millionen Einwohner. Schon damals entstand eine Leidenschaft für das Geschäft und eine große Anzahl davon. Es überrascht nicht, dass er als junger Mann mit einem Abschluss in Bauingenieurwesen an die Technische Universität Berlin kam. Der Lernprozess war nicht so interessant, wie es in der Kindheit schien. Besonders "bekam" Sopromat. Musste Stunden damit verbringen, über die monotonen und extrem langwierigen Berechnungen nachzudenken, während Gleichaltrige Zeit mit attraktiven Mädchen verbrachten ...


Damals, noch in Junior-Kursen, hatte er die Idee, Berechnungen zu automatisieren. Zuerst träumte er davon, einen perfekten Taschenrechner zu entwickeln, aber im letzten Jahr wollte er mehr.

Nach seinem Universitätsabschluss gelingt es Konrad 1935, Ingenieur im Luftfahrtwerk Henkel zu werden. Es scheint, dass in diesen Jahren interessanter sein könnte als die Luftfahrt? In der Praxis mussten langweilige Berechnungen jedoch noch mehr Zeit in Anspruch nehmen, und in seiner Freizeit beginnt ein junger Mann, einen detaillierten Plan für ein Gerät auszuarbeiten, das diesen Prozess erleichtern könnte.

Darstellung von Zahlen

Conrad dachte über die Methode der einfachsten Implementierung von Berechnungen nach und kam auf die Idee, Operationen mit Binärzahlen durchzuführen. Zu dieser Zeit gab es geeignete und erschwingliche Komponenten, die zwei stabile Zustände lieferten - Telefonrelais. Er beschloss, sie als Grundlage zu nehmen und überlegte, wie sie mit ihrer Hilfe die einfachsten arithmetischen Operationen implementieren könnten.

Als nächstes musste festgelegt werden, wie Nummern eingegeben, dargestellt und gespeichert werden sollen. Einfach ausgedrückt, organisieren Sie "Speicher" und greifen Sie darauf zu. Die meisten der damals existierenden mechanischen Taschenrechner lieferten Dateneingaben unter Verwendung eines Zahnradsystems mit 10 Positionen.


Fortgeschrittenere lesen codierte Zahlen von Lochkarten und können bis zu 20 Zähler haben. Neue Nummern wurden durch Hinzufügen von Lochkarten eingegeben.

Um den Berechnungsbereich zu erweitern, beschloss Conrad, Operationen mit Gleitkommazahlen in binärer Darstellung durchzuführen. Er beschloss, Speicherregister zu erstellen, die aus 22 Binärbits bestehen. In jedem von ihnen waren 14 Bits für die Mantisse reserviert, 7 für den Grad und 1 für das Vorzeichen.

Es trat jedoch ein anderes Problem auf. Ja, es ist für den Rechner viel einfacher, mit Binärzahlen als mit Dezimalzahlen zu arbeiten, aber sie werden von einer Person sehr schwer wahrgenommen, insbesondere in einer Gleitkomma-Darstellung.

Um die Arbeit der Operatoren zu vereinfachen, wurde beschlossen, die Ziffern der Quelldaten im Dezimalformat einzugeben, sie dann automatisch in Binärdaten zu übersetzen und in den Speicher zu laden. Führen Sie mit dem Ergebnis den umgekehrten Vorgang durch.

Speichersystem

Das Problem der physischen Implementierung des Speichers zu lösen war nicht einfach. Elektronische Relais nahmen zu viel Platz ein und verbrauchten viel Energie. Darüber hinaus kosten die billigsten von ihnen mehr als zwei Marken, was sehr empfindlich ist. Nach langer Suche nach einer geeigneten Lösung fand Conrad eine originelle Alternative - ein mechanisches Gerät auf Basis von Metallstiften. Ein kleiner Stift könnte sich links oder rechts von der Spitze befinden und Null oder Eins speichern. Die Installation und Extraktion von Zahlen erfolgte mit Platten. Separate Speichermodule könnten zu einer Matrix zusammengesetzt werden.


Ein Fragment des "Speicher" -Geräts - alles, was vom ersten Modell nach dem Bombenangriff übrig bleibt

Conrad nannte es "Mechanical Relay Memory" und erhielt 1936 zwei Patente dafür. Ihnen zufolge könnte ein solcher Speicher erweitert werden, um Tausende von Wörtern zu speichern. Eine alternative Implementierung würde 40.000 Relais erfordern. Ein solcher Speicher könnte im Prinzip alle Arten von Daten speichern, daher nannte er es in der Anmeldung für eine Erfindung "kombinatorisch".

CPU

Das Design des Computerteils des Geräts war am schwierigsten. Conrad experimentierte lange mit verschiedenen Implementierungen. Unter den Prototypen gab es sogar Geräte mit vier stabilen Zuständen, aber am Ende gelang es ihnen, alles auf binäre Logik zu reduzieren. Es dauerte einige Zeit, um zu entscheiden, auf welcher Basis der Computer gebaut werden sollte. Verwenden Sie Telefonrelais oder ein originales mechanisches Gerät. Nach seinen Schätzungen wären mindestens tausend Relais erforderlich, um einen Computer zu bauen. Nachdem Konrad die Kosten, die Größe und den Energieverbrauch geschätzt hatte, neigte er zu einer mechanischen Version, die ihm zu dieser Zeit viel einfacher zu implementieren schien.

Wenn Sie so schlau sind, warum haben Sie die Lampen nicht benutzt?

Es war sehr schwierig, ein so komplexes mechanisches Gerät allein zusammenzubauen, und so beschloss Konrad, seinen engen Freund Helmut Schreyer für das Projekt Helmul Schreyer zu gewinnen. Er absolvierte die Universität mit einem Abschluss in Funktechnik und half der Abteilung bei der Entwicklung elektromagnetischer Relais. Seine Fähigkeiten haben sich als nützlich erwiesen!


Junge Ingenieure. Conrad links, Helmut rechts

Helmut gefiel die Idee sehr, aber er fragte: „Warum nicht elektronische Lampen als Schaltelemente verwenden, die Schaltgeschwindigkeiten bieten können, die zehntausende Male schneller sind als Relais?“ Zuerst dachte Conrad, es sei ein Witz, aber nachdem er den Argumenten seines Kameraden zugehört hatte und mit ein wenig Verstand, fand er die Idee sehr interessant. Als Grundlage des Gedächtnisses wurde der Röhrentrigger bereits 1918 erfunden, musste aber 1936 noch Schaltungslösungen zur Berechnung von Rechenoperationen finden.

Die Bekannten, mit denen sie die Idee teilten, wurden in zwei Lager aufgeteilt - eine Idee schien genial, andere erklärten ihre völlige Ablehnung. Das Schlimme war, dass sich herausstellte, dass es sich bei der zweiten hauptsächlich um Spezialisten handelte, die Erfahrung mit elektronischen Röhren hatten. Ihr Hauptargument war die geringe Zuverlässigkeit der Lampen. Sie glaubten, dass ein Gerät mit mehr als 2000 Lampen ständig ausfallen würde. Andere unlösbare Probleme zu diesem Zeitpunkt waren die hohen Kosten und der Mangel an geeigneten Lampen. Egal wie erstaunlich die Möglichkeiten einer solchen Lösung technisch nicht sein würden, die Freunde selbst waren nicht in der Lage, sie zu erfüllen, aber sie wollten sie nicht vollständig aufgeben. Daher einigten sie sich darauf, mit dem Bau einer mechanischen Version zu beginnen, und Helmut wird gleichzeitig nach Schaltungslösungen für Knoten suchen, die elementare mathematische Operationen ausführen. In Zukunft wird es mit einem Prototyp eines Arbeitsgeräts an mechanischen Relais nicht schwierig sein, die Aktuatoren durch Lampen zu ersetzen.

Endlich auf den Punkt!

Grundprinzipien, die das konzipierte Gerät erfüllen muss:

• Rechenoperationen werden in einem binären System ausgeführt;
• Die Maschine arbeitet mit Gleitkommazahlen.
• Speicher und Rechner wurden in verschiedenen Blöcken zugeordnet;
• Berechnungen der Softwaresteuerung

Heute scheinen sie offensichtlich, aber nicht so vor 80 Jahren. Die meisten der ersten elektromechanischen Computer, die einige Jahre später erschienen, arbeiteten mit Dezimalzahlen mit einem festen Punkt, was den Berechnungsbereich erheblich einschränkte, obwohl ihre Bitkapazität groß war.

Nachdem er ein Jahr als Ingenieur gearbeitet hatte, wechselte Conrad 1936 in die Teilzeit und widmete seine gesamte Freizeit der Entwicklung einer programmierbaren Maschine. Die umgebaute Werkstatt des Elternhauses wurde in eine Montagehalle umgewandelt.


Helmut leistete ihm wertvolle Hilfe bei den Montagearbeiten. Ursprünglich planten Freunde, in nur sechs Wochen ein experimentelles Modell eines mechanischen Computers zusammenzubauen, aber in der Praxis benötigte die Zeit, wie es bei fast jedem Startup der Fall ist, viel mehr Zeit.

Ziel für Erfindungen der List

Zwei Jahre harter Arbeit vergingen, bis die Maschine endlich Lebenszeichen zeigte. Heute ist es kaum zu glauben, dass zwei junge Männer dieses Monster in ihrer Freizeit mit bescheidenen Mitteln aus ihren Hauptbeschäftigungen geholt haben. Hier muss man sich an das russische Sprichwort erinnern: "Die Notwendigkeit von Erfindungen ist gerissen."

Die Maschine befand sich auf vier zusammengeschobenen Schreibtischen, die ihr Gewicht kaum trugen - mehr als fünfhundert Kilogramm! Es bestand aus fast 20.000 Elementen.
Im Gegensatz zu ähnlichen elektromechanischen Rechenmaschinen, die in dieser Zeit entwickelt wurden, führte Z1 Berechnungen mit Binärzahlen durch. Darüber hinaus wurden die Zahlen mit einem Gleitkomma in das Dezimalsystem eingegeben und bereits in der Maschine mit einem mechanischen Decoder in 22-Bit-Binärwerte umgewandelt. Die Dateneingabe erfolgte über die Tastatur, deren Rolle eine kreativ modifizierte Schreibmaschine spielte. Nach der Konvertierung wurden die Eingabewerte im mechanischen internen Speicher aufgezeichnet. Der Maschinenspeicher betrug 64 Wörter. Das Herzstück der Maschine war ein „Uhrengenerator“, der von einem Elektromotor mit einer Leistung von ca. 1 kW angetrieben wurde, der von einem Staubsauger ausgeliehen wurde. Die Betriebsfrequenz des Generators betrug 1 Hz und die Geschwindigkeit wurde durch einen ausgeklügelten Mechanismus stabilisiert.


Die Maschine funktionierte folgendermaßen: Zuerst wurden die Daten entschlüsselt und in den Speicher geladen. Dann begann das Programm zu laufen. Es wurde von gestanztem Papierband gelesen und während es gelesen wurde, wurde es ausgeführt. Bei diesem Ansatz sollte das Programm ausschließlich linear sein, es wurde keine Verzweigung bereitgestellt. Abschließend wurde der berechnete Wert in eine Dezimalzahl umgewandelt und auf einer Lampenanzeige angezeigt.

Auf dringende Anfrage des ASTAPP- Habrowsers , der ihm zufolge persönlich Fotos von den rekonstruierten Computern gemacht hat, informiere ich ihn auch über seinen Standpunkt. Er behauptet, dass die Datenausgabe in Z1 ein Druckknopf war und die Quelle des Programms kein Lochstreifen war, sondern ein 35-mm-Film, wie im späteren Modell Z3. Es ist wahrscheinlich, dass er Recht hat. Die Quellen, auf denen ich basierte, könnten die Tasten für das Lampenpanel übernehmen. Sie können seine Fotos in den Kommentaren unten sehen.

Sieg, aber ist es nicht Pyrrhos?

Die unter absolut „unhygienischen“ Bedingungen montierte Maschine funktionierte, aber zu sagen, dass sie sich nicht durch die Stabilität der Berechnungen auszeichnete, bedeutete nichts.

Conrad plante es ursprünglich als Modell, um Möglichkeiten aufzuzeigen, aber selbst dafür war sie nicht allzu geeignet. Davon war er überzeugt, als er versuchte, die erste Investition zu „erhöhen“. Selbst zweimal hintereinander war eine erfolgreiche Berechnung nicht jedes Mal möglich. Nach einem weiteren Fehler musste ich mich oft mit der Neukonfiguration befassen. Besonders schlimm war die Situation mit dem „Prozessor“, dessen erforderliche Genauigkeit bei der Herstellung mechanischer Elemente zu Hause unrealistisch war. Es war äußerst schwierig, ein solches Investorenmodell zu interessieren, aber Conrad gab die Hoffnung nicht auf.

Nach langer Suche gelang es ihm, ein Publikum mit dem pensionierten Besitzer der Produktion von mechanischen Taschenrechnern - Kurt Pannke - zu gewinnen, der ihn eher aus Langeweile herausholte. Kurt war völlig zuversichtlich, dass Computer die Grenze ihrer Perfektion erreicht hatten, und in naher Zukunft würde es nicht möglich sein, etwas Neues auf dem Gebiet der Computerautomatisierung zu entwickeln. Er erklärte sich jedoch bereit, den Workshop zu besuchen und sich Z1 anzusehen. Und dann lächelte Konrad endlich Glück. Während des Besuchs von Dr. Panke gelang es der Maschine, mehrere Berechnungen hintereinander ohne einen einzigen Fehler durchzuführen. Der Arzt war von ihrer Arbeit so beeindruckt, dass er sich bereit erklärte, siebentausend Reichsmark für die Verbesserung des Apparats bereitzustellen.



Bald lächelte Konrad wieder glücklich - Freunde halfen bei der Beschaffung stillgelegter Telefonanlagen, aus denen er etwa 800 gebrauchte Relais extrahierte. Mehr als die Hälfte von ihnen schien zumindest auf den ersten Blick recht funktionell zu sein .

Z2 - zwei Schritte zurück, einer vorwärts

Um ernsthafteren potenziellen Investoren zu demonstrieren, musste die Zuverlässigkeit der Berechnungen erheblich erhöht werden. Conrad beschließt, zwei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen - um mithilfe eines Relaisrechners ein vereinfachtes, aber stabiles Arbeitsmodell zu erstellen. Freunde halfen ihm, Schaltkreise elementarer Rechenzellen auf der Basis von Relais zu entwickeln, und er machte sich wieder an die Arbeit.

Ich musste den Taschenrechner und die Hälfte des Speichers komplett zerlegen und auf 16 Wörter reduzieren. Speicher und Decoder waren noch mechanisch, aber ihr Design wurde stark vereinfacht. Fehler in ihrer Arbeit traten viel seltener auf. Es wurde auch beschlossen, Gleitkommaberechnungen vorübergehend aufzugeben. Im neuen Modell arbeitete der Rechner mit 16-Bit-Zahlen und einem festen Punkt. Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, wurde der Programmleser verbessert - anstelle von Papier verwendete Conrad einen 35-mm-Film. Die Motorleistung des Staubsaugers reichte aus, damit die vereinfachte Maschine dreimal schneller als die erste Option arbeitete - die Taktfrequenz stieg auf drei Hertz. Z2 konnte 8 verschiedene Anweisungen ausführen.

Z3. Krieg als Motor des Fortschritts?

Z2 im Jahr 1939 verdient. Der inspirierte Conrad beginnt mit der Erstellung eines dritten Modells, das bereits als Werkzeug für echtes Computing konzipiert ist. Das Leben begann jedoch, seine Pläne erheblich anzupassen. Deutschland bereitet sich auf einen großen Krieg vor und braucht Ingenieure, um Flugzeuge zu entwickeln. Die höchsten Militärbeamten haben damals nicht an Computer gedacht. Conrad zog Zivilkleidung in eine Militäruniform um, wurde aber zumindest nicht an die Front geschickt. Seine ganze Freizeit widmet er immer noch der Schaffung des dritten Modells, aber trotz der Tatsache, dass Freunde ihm aktiv helfen, wird es immer schwieriger, Entwicklung mit Militärdienst zu verbinden. Das Geld, das ein Business Angel erhält, geht zur Neige, die Suche nach der notwendigen Ausrüstung wird immer schwieriger - die Vorbereitung auf den Krieg verbraucht zu viele Ressourcen und selbst die Mittel zum Kauf der notwendigen Komponenten werden immer schwieriger. Unter diesen Bedingungen blieb keine andere Wahl, als das Militär um Unterstützung zu bitten.

1940 suchte Conrad am Aerodynamics Research Institute eine Demonstration seines Z2-Modells. Man kann nicht sagen, dass er dort für Furore gesorgt hat, aber sein Rechner mochte den Projektmanager für die Herstellung von geführten Bomben, Professor Teichmann, sehr. Der Professor möchte Konrad mit seinem Projekt verbinden, um Berechnungen im Bereich der aerodynamischen Forschung zu automatisieren. Parallel dazu erhielt Conrad die Finanzierung und organisatorische Unterstützung, die für die Fertigstellung der Arbeiten am Z3-Computer erforderlich sind. Im selben Jahr organisierte er die Firma Zuse Apparatebau zur Herstellung programmierbarer Maschinen.

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1946 IBM. , « » Zuse-Ingenieurbüro Hopferau Z4.

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1948 Eduard Stiefel ETH-Zürich, , . , . Z4 32 , 24 .

100 000 , ETH. , 160 .

Z4 60 000 , . , Zuse KG Z4. EHT , Mercedes , . 1950 . , , . , . 40 . « », . 2500 , 4 .

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Wenn es die Zeit erlaubt, wieder der nächste Artikel über Computer-Startups aus den späten achtziger und späten neunziger Jahren, aber aus persönlicher Erfahrung.

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