Вадим Гребенников - Европейская криптология. История спецсвязи

Цузе ушёл с «Хенкеля» и полностью посвятил себя созданию нового вычислительного прибора. В 1936 году им было сделано и запатентовано механическое запоминающее устройство, основанное на двоичных элементах (подвижных металлических планках). В том же году в небольшой комнате квартиры своих родителей Цузе начал строить свой первый компьютер «V-1» (нем. Versuchsmodell — опытная модель), позже названный «Z1» — в честь конструктора.

В 1938 году «Z1» был готов. Но этот экспериментальный или демонстрационный образец не был способен решать серьезные практические задачи из-за небольшого объёма памяти и ненадёжного механического процессора. Несмотря на всё свое несовершенство, «Z1» позволил Цузе получить должность и поддержку в Германском авиационно-исследовательском институте. Используя ту же память, Конрад к апрелю 1939 года построил следующую модель компьютера «Z2», имевшую процессор на электромеханических телефонных реле (пришлось купить у телефонных компаний 600 списанных реле)

После этого успеха конструктора на год призвали в армию. Отслужив, он вернулся в институт. В то время реле были доступны Цузе в большом количестве, и он решил собрать из них серьёзную машину, с той же архитектурой, что и «Z1». Эта машина — «Z3» — была официально «сдана» 5 декабря 1941 года, и автор получил на неё патент.

«Z3» был первым универсальным свободно программируемым цифровым компьютером с идеологией, используемой и поныне. Тактовая частота составляла приблизительно 5,3 Гц. Программа набивалась на перфоленте, представлявшей собой киноплёнку, с использованием девяти 8-битных команд (введение, выведение, чтение из памяти, запись в память, квадратный корень и четыре арифметических операции).

На изготовление «Z3» пошло около 2600 реле, в том числе 1800 на память и 600 на процессор. Она выполняла 3–4 операции добавления в секунду и множила два числа за 4–5 секунд, потребляя при этом мощность приблизительно 4 кВт. По тем временам она (как и все машины Цузе) могла считаться портативной: весила около тонны, её размеры были в десятки раз меньше английских и американских аналогов. Следует отметить, что Цузе не применял в своих машинах вакуумные лампы лишь из-за недостатка свободного места и недостаточного финансирования.

Из-за небольшого объёма памяти на «Z3» однако нельзя было решать, в частности, системы линейных уравнений, а институту это было нужно (ведь шла война и объём работ существенно вырос, а сроки их выполнения, напротив, уменьшились), и Цузе решил создать более мощный компьютер. Прекрасно понимая, что главное — это большой объём оперативной памяти, он решил, что она должна иметь ёмкость хотя бы 1024 бита. Предусматривалось, что новый компьютер будет оснащён двумя перфораторами и шестью счётчиками перфоленты (в том числе для подпрограмм), а также автоматическим печатающим устройством.

К сожалению, руководство нацистской Германии не финансировало долгосрочные научные разработки. Вот почему «Z4» удалось запустить лишь под самый конец войны (на то время при бомбардировке был разрушен «Z3»). К тому же Цузе сумел построить несколько меньших специализированных компьютеров, применявшихся для расчётов разных параметров реактивных самолетов и ракет (для определения траекторий полёта ракет, для математического моделирования их систем управления и т. п.)

Из-за сложной военной обстановки «Z4» приходилось перевозить с места на место. 28 апреля 1945 года в подземном сооружении в горах Гарца Цузе продемонстрировал его ведущим немецким аэродинамикам. В конечном итоге «Z4» удалось спасти только благодаря сотрудникам Вернера фон Брауна, спрятавшим его в сарае в одном из альпийских сёл так, что американцы его не нашли.

«Z4» имел процессор из 2200 реле, механическую память из 64 32-разрядных слов (планировалась память на 500 слов), два устройства для перфорации/считывания перфоленты, десятичную клавиатуру, устройство выведения в виде электрической печатной машинки «Mercedes». Он работал на частоте 30 Гц, а весил и потреблял энергии приблизительно как «Z3». Фактически это был персональный компьютер, потому что его обслуживание было простым и, главное, он легко программировался одним человеком. Для программирования «Z4» на решение типичной задачи требовалось около трёх часов.

«Z4» намного пережил страну, для которой был создан, — претерпев после войны несколько незначительных модификаций, в 1950 году он был установлен в Высшей технической школе в Цюрихе, где проработал почти без перерывов в течение 5 лет над полностью реальными проектами (это был один из двух компьютеров, которые работали тогда в Европе, второй была советская «МЭСМ» Сергея Лебедева). Потом он был перевезён во Францию, где работал ещё приблизительно столько же. В настоящее время «Z4» можно увидеть в Мюнхенском музее «Deutsche Museum».

Таким образом, заложенных Цузе идей оказалось вполне достаточно для 10 послевоенных лет, когда технический прогресс (а особенно развитие компьютеров) никоим образом не стоял на месте.

Что касается США, то в январе 1941 года в американской газете «Des Moines Tribune» появилась заметка о том, что Джон Атанасов (John Atanasoff) и Клиффорд Берри (Clifford Berry) с Университета штата Айова построили ЭВМ «АВС» (англ. Atanasoff-Berry Computer), «которая по принципу своей работы ближе человеческому мозгу, чем любая другая». Работы финансировались экспериментальной сельскохозяйственной станцией Университета, которая планировала использовать машину для решения сельскохозяйственных задач.

На заметку обратил внимание Джон Моучли (John Mauchly), который также занимался конструированием ЭВМ. Он выехал на место работ и в июле 1941 года пять дней жил у Атанасова, наблюдая, как тот со своим помощником Берри работал над компьютером с 300 электронными лампами. Через год Моучли написал предложение по созданию быстродействующего компьютера на электронных лампах, которым впоследствии заинтересовалась Армия США с целью разработки новых баллистических таблиц, создание которых требовало огромного объёма вычислений (до 750 операций умножения для вычисления одной траектории, а на каждую из таблиц было нужно не менее 2000 операций).

В результате 9 апреля 1943 года Армия заключила с Высшим технологическим училищем Пенсильванского университета контракт на создание компьютера «ENIAC» (англ. Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный цифровой интегратор и вычислитель).

Но пока Моучли работал, в августе 1944 года была создана ЭВМ «Mark I» — машина для расчёта баллистических таблиц, которую по контракту с компанией «IBM» (англ. Іnternational Business Machines — международные рабочие машины) построил математик Говард Эйкен. Основными её элементами были зубчатые колеса (для представления чисел) и электромеханические реле (для управления процессом вычислений). Она весила 5 тонн и, будучи 17 метров в длину и 2,5 метра в высоту, занимала в Гарвардском университете площадь в несколько десятков квадратных метров.