KONRAD ZUSE

KONRAD ZUSE
Název jeho autobiografie „Počítač – moje životní dílo“ zcela vystihuje podstatu
úsilí tohoto německého inženýra. Na rozdíl od svých amerických i britských kolegů
pracoval v takřka naprosté izolaci od vývojových trendů.
Přesto dokázal triumfovat: vyvinul první binární programovatelný počítač
(označovaný dnes jako Z3), založil první komerční firmu na výrobu počítačů v Evropě
a vypracoval systém pro programování počítačů (Plankalkül), obsahující řadu
vlastností, které jsou standardní v dnešních programovacích jazycích.
Změny vnímání světa, které způsobil v prvních desetiletích 20. století převratný
technický a vědecký vývoj (automobilového a leteckého průmyslu, jaderné fyziky
a teorie relativity, statistika a matematické modely atd.), si čím dál více vyžadovaly
dlouhé a komplikované výpočty, pro které byly k dispozici pouze mechanické
kancelářské kalkulátory, v lepším případě tabelátory s děrnými štítky, určené pro
velmi úzký okruh úloh. Že je potřeba vyvinout zařízení, jež bude schopno provádět
samočinné výpočty v řadě kroků, bylo nasnadě. Blížící se válečný konflikt (a ještě více
po jeho začátku) tuto potřebu jen umocňoval. Z tohoto důvodu není překvapivé, že
se koncept moderního programovatelného výpočetního stroje objevil v různých
obměnách takřka současně na několika místech světa – zatímco ve Spojených
státech na něm nezávisle na sobě pracovali John Vincent Atanasoff a Howard Aiken,
na druhé straně Atlantiku o něm snil matematický génius Alan Turing. Zcela
osamocen, odtržen od těchto proudů, pracoval německý inženýr Konrad Zuse, jenž
se díky své úžasné invenci a nezlomné vůli dopracoval k výsledkům, které dodnes
vzbuzují obdiv.
Narodil se v roce 1910 v Berlíně, ale dětství prožil v Braunsbergu ve východním
Prusku, kam se jeho rodiče přestěhovali v předvečer první světové války.
V Braunsbergu navštěvoval základní školu a pak i gymnázium. Na přání svého otce,
jenž chtěl mít ze svého syna univerzitního profesora, se věnoval studiu latiny
a starořečtiny, ačkoli mnohem více jej zajímalo výtvarné umění a technika. Ve své
autobiografii Počítač – moje životní dílo (Der Computer – Mein Lebenswerk, 1993)
poznamenává, že dlouho nevěděl, zda si vybrat studium malířství nebo techniky.
Nakonec si zvolil studium stavebního inženýrství na Technické univerzitě v Berlíně.
Na studia si přivydělával prodejem svých obrazů – měl od dětství výtvarný talent
a o malířství se zajímal po celý život.
Již na univerzitě, kdy se musel potýkat s množstvím výpočtů souvisejících se statikou,
se začal zabývat myšlenkou na konstrukci „algebraického stroje“, který by
umožňoval řešení zdlouhavých výpočtů automaticky. Nebyla to myšlenka nijak nová.
Stejná úvaha v devatenáctém století ovládala výstředního britského matematika
Charlese Babbagea, nemluvě o dávných snech matematiků a vynálezců, jako byli
Blaise Pascal či Wilhelm Schickard a řada dalších.
KONRAD ZUSE
První pokusy
Hned po ukončení studia v roce 1935 začal Konrad Zuse pracovat jako inženýr
v továrně na výrobu letadel Henschel- -Flugzeugwerken v Schönefeldu nedaleko
Berlína. V konstrukčních dílnách si znovu uvědomil, jaký by to byl přínos, kdyby
obrovské množství jednotvárných výpočtů, kterých je zapotřebí při projektování
statických nebo aerodynamických konstrukcí, mohl obstarat stroj. To jej motivovalo,
aby s obnovenou silou pokračoval ve svém soukromém výzkumu v oblasti výpočetní
techniky.
V té době se v Německu rozšířilo využití amerických děrnoštítkových tabulátorů od
firmy IBM, s jejichž konstrukcí začal Herman Hollerith. Tyto přístroje, využívané
především k vyhodnocování statistických dat, Zuse znal. Jeho záměrem však nebylo
vylepšení tabelátoru. Chtěl sestrojit zcela nový přístroj, jehož možnosti by byly
univerzálnější. Aby mohlo takové zařízení provádět početní operace a současně
pracovat s daty, dospěl v úvahách k teoretickému konceptu, založenému na
základních předpokladech, které ve svých pamětech shrnul do dvou základních
bodů:
1. vytvoření programu,
2. využití dvojkové (binární číselné) soustavy.
Protože v zaměstnání nenašel pro svůj záměr pochopení, začal mladý inženýr
pracovat na projektu výpočetního zařízení v berlínském bytě svých rodičů. Prototyp
prvního stroje, původně označovaný V1 (později bylo označení změněno na Z1),
sestavoval v obývacím pokoji, přičemž jednotlivé součástky vyráběl s pomocí
několika kolegů ve volném čase v dílně závodu Henschel.
Z1 byl v podstatě mechanický programovatelný počítač, jehož paměť využívala
posuvných mechanických prvků, zpracovaných s vysokou přesností. Jediným
elektrickým prvkem byl elektromotor. Pozoruhodné je, že Zuse dospěl k řešení, které
bylo obdobné tomu, jaké zvolil Charles Babbage při konstrukci svého analytického
stroje, aniž dílo britského matematika znal. (S Babbagovými projekty se seznámil až
po válce, kdy s překvapením konstatoval, že využil snad všechny principy, které
britský matematik vyzkoušel v prototypech svých „výpočetních mašin“.) Stejně tak,
tedy nezávisle na díle irského matematika Georgea Booleho, dospěl k vytvoření
matematické logiky založené na dvojkové soustavě, která byla využitelná pro jeho
zařízení. Že tento systém matematické logiky, známý jako Booleova algebra, je
zpracován, se dozvěděl až od jednoho svého spolupracovníka.
KONRAD ZUSE
I když se Zuse domníval, že konstrukce stroje bude otázkou několika týdnů, práce si
nakonec vyžádala dva roky. Slavnostní prezentace „zet jedničky“ se ovšem nekonala,
neboť mladý vynálezce nebyl s výsledkem spokojen. Příčinou byla aritmetická
jednotka přístroje, která se ustavičně zasekávala, což způsobovalo nespolehlivost
celého zařízení.
Zuse tedy přístroj rozebral, aby mohl využít součástky ke konstrukci zdokonalené
verze, označované později jako Z2. Tento přístroj disponoval vylepšenou
mechanickou pamětí, ale pro vlastní výpočty již používal obvody na bázi telefonních
elektromagnetických relé (což bylo v podstatě obdobné řešení, k jakému o pár let
později dospěl Howard Aiken ve Spojených státech amerických). Přesto stále
nesplňoval to, co od něj Zuse očekával. V té době, na počátku války, navíc získal
cenného spolupracovníka v osobě Helmuta Schreyera. Schreyer, který byl elektrický
inženýr, byl Zuseho prací nadšen a navrhl řadu vylepšení, které mohly vylepšit
funkčnost přístroje. (V již zmíněné autobiografii Zuse dokonce popisuje, že Schreyer
přišel již v předvečer války s myšlenkou použití elektronek, tedy ještě dříve, než
tento koncept navrhl Američan John W. Mauchy.) Aby se vymanili z pouhého
domácího hračičkářství, založili Zuse a Schreyer v roce 1940 společnost Zuse
Apparatebau, jejímž záměrem byl vývoj a produkce výpočetních strojů pro vědecké
účely.
Funkční programovatelný počítač
Že vývoj počítače Konrada Zuseho probíhal v krajně neutěšené době, není jistě třeba
zdůrazňovat. Ještě před tím, než byl zcela dokončen zkušební model Z2, nacistické
Německo napadlo Polsko a v rozhárané Evropě vypukla druhá světová válka. Když
devětadvacetiletý Zuse obdržel povolávací rozkaz, zdálo se, že několikaleté úsilí,
jehož výsledkem měl být funkční počítač, bude zmařeno. Nakonec jej zachránila
odvaha jeho nadřízeného, který napsal na vojenské velitelství dopis s prosbou, aby
tento mladý vynálezce dostal dovolenou na dokončení práce, jež bude velmi
přínosná pro letecký průmysl. Velící důstojník údajně prohlásil: „Nechápu, s čím by
tenhle vynálezce ještě mohl přijít. Německé letectvo je přece nejlepší na světě.“
Nicméně díky tomuto dopisu a zřejmě i intervenci vlivných přátel Helmuta Schreyera
(jenž byl členem NSDAP) byl Zuse o šest měsíců později osvobozen od vojenské
povinnosti. Mohl pracovat nadále jako inženýr v leteckém průmyslu, a co víc,
o konstrukci počítače projevila zájem i německá vláda. Celý projekt sice podléhal
utajení, ale vedení německého letectva mu nepřisuzovalo takřka žádný strategický
význam, zvláště na počátku čtyřicátých let. To však Zusemu a Schreyerovi
vyhovovalo, neboť měli volné ruce a mohli se plně soustředit na konstrukci modelu
Z3.
KONRAD ZUSE
Druhou stranou mince byla skutečnost, že nikdo neschválil použití elektronek, jež
navrhoval Helmut Schreyer. Důvod odmítnutí tohoto konceptu byl prostý: nikdo
nevěřil tomu, že by zařízení obsahující dva tisíce křehkých elektronek bylo
provozuschopné a využitelné.
„Zet trojka“ byla dokončena v polovině května 1941 a jednalo se zřejmě o první zcela
funkční programovatelný počítač. Zařízení, vyplňující takřka půlku místnosti,
obsahovalo 2 400 elektromagnetických relé, přičemž 1 800 relé bylo určeno pro
paměť a 600 relé pro aritmetickou jednotku. V paměti mohlo být 64 slov dlouhých
22 bitů. Přístroj, pracující ve dvojkové soustavě a s čísly s plovoucí desetinnou
čárkou, prováděl matematické operace v překvapivé rychlosti; programy byly do Z3
načítány z děrovaného filmu – díky této inovaci nebylo nutné při výměně programu
znovu ručně přenastavovat propojovací pole.
Když Konrad Zuse se svými spolupracovníky předvedl možnosti počítacího stroje
vědcům z Německého výzkumného ústavu letectva (Deutsche Versuchsanstalt für
Luftfahrt), dočkal se konečně uznání – leč pouze od vědců, vedení Luftwafe
nepochopilo, jaký potenciál by mohl počítač představovat. Z tohoto důvodu byl
Helmut Schreyer z vývoje výpočetního stroje odvolán, aby se mohl věnovat práci,
která byla podle nadřízených pro vojenské účely důležitější. „Zet trojka“ našla využití
při konstrukční práci v leteckém průmyslu pro statickou analýzu vibrací křídel
letadel. Počítač byl zničen při spojeneckém bombardování Berlína v roce 1944.
Na základě konceptu Z3 sestrojil Zuse jednodušší verze počítačů S1 a S2, které byly
využívány pro balistické výpočty navádění raket V1, jimiž nacisté ke konci války
ostřelovali Londýn. Podle Zuseho knihy pamětí tyto stroje skončily v roce 1945
v rukou sovětské armády, která ale patrně neodhalila, k čemu ve skutečnosti
sloužily.
I když sutiny ze zničeného hlavního města Třetí říše navždy pohřbily „zet trojku“,
myšlenka žila dále. A co víc, o dvacet let později vznikla v Zuseho firmě přesná
replika počítače Z3, která je v současnosti uložena v Deutsche Museum v Mnichově.
Od roku 1942 neúnavný německý inženýr pracoval jednak na konceptu vyspělého
programovacího jazyka pod označením Plankalkül (viz rámeček), jednak na dalším
vývojovém stupni svého počítacího stroje Z4. Ten disponoval jak mechanickou
pamětí s takřka dvacateronásobnou kapacitou, než jakou měl jeho předchůdce, tak
i vylepšenou schopností programovatelnosti. Práci na tomto modelu ovšem
komplikoval vývoj války. Poté, co byl počítač v polovině roku 1944 téměř
zkompletován, musel být kvůli hrozbě bombardování neustále převážen z místa na
místo.
KONRAD ZUSE
Těsně před koncem války jej Zuse předvedl několika vědcům v univerzitním městě
Göttingen, kolébce kvantové mechaniky. Ale i odtud byl na příkaz vedení Luftwafe
odvezen společně s projekty „tajných zbraní“ do Bavorska. Části rozebrané „zet
čtyřky“ Zuse společně se svou manželkou nakonec ukryl ve stodole v alpském
městečku Hinterstein, čímž je zachránil před americkou posádkou, jejímž úkolem
bylo počítač vypátrat.
Společnost Zuse KG
Bezprostředně po válce žil německý inženýr se svou manželkou a právě narozeným
synem v Hintersteinu. Aby obstaral pro rodinu alespoň skromné jídlo, vyráběl
a prodával dřevoryty, v nichž zobrazoval okolní krajinu. Tyto dřevoryty znovu
upomínají na jeho nesporný výtvarný talent. Pokus obnovit společnost Zuse
Apparatebau společně s Helmutem Schreyerem ztroskotal. Důvodem bylo, že na
území Německa v té době nesměly vznikat společnosti na výrobu elektrických
přístrojů. Zatímco Schreyer krátce nato odcestoval do Brazílie, kde se stal
profesorem na univerzitě v Sao Paulu, Zuse zůstal v Německu s nadějí, že pro své
počítače v budoucnosti najde podporu.
Krátce nato jej v Hintersteinu navštívil Eduard Stiefer, profesor matematiky na
Technické univerzitě v Curychu, který se zajímal o výpočetní techniku. Možnosti „zet
čtyřky“ ho nadchly a nabídl Zusemu, že stroj odkoupí pro svou univerzitu.
Částka, kterou obdržel za model Z4, umožnila Konradu Zuseovi založit v Neukirchenu
společnost Zuse KG. V budově bývalé pošty zkompletoval se svými spolupracovníky
nejen „zet čtyřku“, která později sloužila pro vědecké výpočty na zmíněné curyšské
Technické univerzitě, ale později i elektronkový model počítače Z22. Ačkoli situace
v poválečném Německu nebyla pro rodící se počítačový byznys nijak příznivá
(německé společnosti, které se ve válkou zničené zemi pomalu vzpamatovávaly,
neměly kapitál na nákup tak drahých zařízení), společnosti Zuse KG se přesto
podařilo i v této době prodat několik počítačů postavených na základě Z4,
k objednavatelům patřily jednak firmy na výrobu optických přístrojů, jednak
univerzity. Situace se změnila ve druhé polovině padesátých let, kdy Zuse KG velmi
dobře prosperovala. O několik let později však už nebyla schopna konkurovat větším
firmám, zvláště úspěšné americké společnosti IBM. Z tohoto důvodu se nakonec
Konrad Zuse rozhodl pro prodej firmy, kterou nejprve získala společnost Rheinstahl,
než se v roce 1969 stala součástí průmyslového konglomerátu Siemens AG.
A Konrad Zuse? Věnoval se publikační a přednáškové činnosti a vedle počítačů, měl
konečně i čas na svou druhou vášeň, jíž bylo malířství.