テクノロジースタートアップの回顧。 Z3-最初の中継コンピューター

言葉の現代的な意味で最初のコンピューターを作成したという驚くべき歴史を持つ技術系スタートアップの回顧展を開始することにしました。



Z3は、このための最も不適当な時期に、若い独創的なエンジニアKonrad Zuseによって考案され、作成されました。 彼は、商業ベースでコンピューターを開発および販売するヨーロッパ大陸で最初の会社の基礎を築きました。





ドイツ、前世紀の30年の後半。 アドルフ・ヒトラーは数年間権力を握っています。 国はコンピューターで作業しています。 最初のモデルはあまり成功していないという事実にもかかわらず、開発は継続しています。 新しいモデルごとに、デバイスはより完璧になりつつあります。 Z1、Z2、最後に、1941年5月に、最初の実行可能なバージョンが表示されます-Z3。 1943年、連合国はZ1からZ3のラインナップ全体を破壊することができましたが、この時点で、より高度なモデルであるZ4を作成するための作業がすでに進行中でした。 集会は鉱山の秘密の通路に移され、最高機密のミサイル計画の開発が本格化しています。 何があっても、Z4での作業は戦争の最後の数日間で文字通り終了し、コンピューターを密かにスイスに持ち帰ります...



非常に不吉に聞こえます。 しかし、決まり文句は真実とはかけ離れています。 最初の電気機械コンピューターが実際にどのように作成され、どのようなものであったかを明確にしてみましょう。

もちろん、軍隊は軍隊なしでは何もできませんでした。彼らはいくらかの援助をしましたが、全体として、開発は制服に似た人々のおかげではなく、むしろ反対に行われました。

進歩のエンジンとしての女の子

コンラッド・エルンスト・オットー・ズーゼコンラッド・エルンスト・オットー・ズーゼは 、堅実なフルネームにもかかわらず、1910年にベルリンの小さな郵便局員の家族で生まれました。 子供の頃から、少年はデザインに惹かれました。 まだ学校にいる間、彼はコイン交換機の実用モデルを組み立て、熱狂的に都市の研究に従事しました-彼は3700万人の住民のための都市プロジェクトを作成しました。 そのときでも、ビジネスに対する情熱とその中の大勢が生まれました。 当然のことながら、彼は若い頃、土木工学の学位を取得してベルリン工科大学に入学しました。 学習プロセスは、子供の頃のように面白くありませんでした。 特に、「プロゴット」を購入しました。 単調で非常に退屈な計算を熟読するのに何時間も費やさなければなりませんでしたが、同僚は魅力的な女の子と時間を過ごしました...









そのとき、彼はまだジュニアコースで、計算を自動化するという考えを持っていました。 最初は、完璧な電卓を作成することを夢見ていましたが、昨年はもっと欲しいと思っていました。



1935年、大学を卒業後、コンラッドはヘンケル航空工場のエンジニアになりました。 それらの年には、航空よりも面白いと思われるでしょうか？ しかし、実際には、退屈な計算にはさらに多くの時間が必要であり、自由時間に、若い男はこのプロセスを促進できるデバイスの詳細な計画を考え始めます。

数字の表現

コンラッドは、計算の最も単純な実装の方法を考えて、2進数で演算を実行するというアイデアを思いつきました。 当時、電話リレーという2つの安定した状態を提供する適切で手頃なコンポーネントがありました。 彼はそれらを基礎とすることにし、彼らの助けを借りて最も簡単な算術演算を実装する方法を考えました。



次に、数字の入力、表現、保存方法を決定する必要がありました。 簡単に言えば、「メモリ」を整理してアクセスします。 当時存在していたほとんどの機械式計算機は、10ポ​​ジションのギアシステムを使用してデータ入力を行いました。









より高度な読み取りコードは、パンチカードからコード化された番号を読み取り、最大20個のカウンターを持つことができます。 パンチカードを追加して新しい番号を入力しました。



計算の範囲を広げるために、コンラッドは、バイナリ表現の浮動小数点数で演算を実行することにしました。 彼は、22のバイナリビットで構成されるメモリレジスタを作成することを計画しました。 それらのそれぞれで、14ビットは仮数、7は次数、1は符号に予約されていました。



ただし、別の問題が発生しました。 はい、計算機は小数よりも2進数で操作する方がはるかに簡単ですが、特に浮動小数点表現では、人は非常に困難に感じます。



オペレータの作業を簡素化するために、ソースデータの数字を10進形式で入力し、自動的にバイナリに変換してメモリにロードすることにしました。 その結果、逆のプロセスを実行します。

メモリシステム

メモリの物理的な実装の問題を解決することは容易ではありませんでした。 電子リレーはスペースを取りすぎ、多くのエネルギーを消費しました。 さらに、最も安いものは2つ以上のブランドにかかるため、非常にデリケートなヒットになります。 適切な解決策を長い間探した後、コンラッドはオリジナルの代替案を思い付きました-金属ピンに基づく機械装置。 小さなピンを先端の左または右に配置して、0または1を記憶することができます。 番号のインストールと抽出は、プレートを使用して実行されました。 個別のメモリモジュールをマトリックスに組み立てることができます。









「メモリ」デバイスの断片-爆撃後の最初のモデルの残りすべて



コンラッドはそれを「メカニカルリレーメモリ」と呼び、1936年に2つの特許を取得しました。 彼らによると、このようなメモリは数千の単語を格納するために拡張される可能性があります。 別の実装では、40,000個のリレーが必要です。 このようなメモリは、原則として、あらゆるタイプのデータを格納できます。したがって、発明のアプリケーションでは、彼はそれを「組み合わせ」と呼びました

CPU

デバイスのコンピューティング部分の設計は最も困難でした。 コンラッドは、さまざまな実装を長い間実験しました。 プロトタイプの中には、4つの安定した状態のデバイスもありましたが、最終的にはすべてをバイナリロジックに減らすことができました。 コンピュータを構築するための基礎を決定するのに時間がかかりました。 電話リレーまたは元の機械装置を使用してください。 彼の推定によると、コンピューターを構築するには少なくとも1000のリレーが必要でした。 彼らが消費するコスト、サイズ、エネルギーを評価するために、コンラッドは機械的なバージョンに傾倒しましたが、当時は実装がはるかに簡単でした。

あなたがとても賢いなら、なぜあなたはランプを使わなかったのですか？

このような複雑な機械装置を単独で組み立てることは非常に困難であったため、コンラッドは親友のヘルムート・シュライアーをプロジェクトのヘルムル・シュライアーに引き付けることを決定し、大学を卒業して無線工学の学位を取得し、部門で電磁リレーの開発を支援しました。 彼のスキルが重宝しました！





若いエンジニア。 左がコンラッド、右がヘルムート



ヘルムートはこのアイデアを本当に気に入りましたが、「リレーよりも数万倍速いスイッチング速度を提供できるスイッチングエレメントとして電子ランプを使用しないのはなぜですか？」と最初はコンラッドは冗談だと思いましたが、脳を使って、私はこのアイデアをとても面白く感じました。 メモリの基礎であるチューブトリガーは、1918年に発明されましたが、1936年に算術演算を計算するための回路ソリューションを見つける必要がありました。



彼らがアイデアを共有した知人は2つの陣営に分けられました-1つのアイデアは独創的であると思われ、他の人は完全に拒否したと宣言しました。 悪いことは、2番目が主に電子ランプの使用経験のある専門家であることが判明したことです。 彼らの主な議論は、ランプの低い信頼性でした。 彼らは、2000個以上のランプで構成されるデバイスは常に故障すると考えていました。 その段階で解決できない他の問題は、適切なランプの高コストと希少性でした。 このような解決策がどれほど驚異的な可能性を技術的に約束していなくても、友人自身はそれを実現できませんでしたが、完全に放棄したくありませんでした。 したがって、メカニカルバージョンの構築を開始することに同意し、Helmutは、基本的な数学演算を実行するノードの回路ソリューションを同時に検索します。 将来的には、機械式リレーに動作するデバイスのプロトタイプがあれば、アクチュエータをランプに置き換えることは難しくありません。

ついに、ついに！

考案されたデバイスが満たさなければならない基本原則：

• 計算操作はバイナリシステムで実行されます。
• マシンは浮動小数点数で動作します。
• メモリと計算機はさまざまなブロックに割り当てられました。
• ソフトウェア制御計算

今日、それらは明白に見えますが、80年前にはそうではありません。 数年後に登場した最初の電気機械式コンピューターのほとんどは、固定小数点付きの10進数で動作し、容量が大きいにもかかわらず、計算範囲が大幅に制限されていました。



エンジニアとしてわずか1年間働いた後、コンラッドは1936年にパートタイムに移り、プログラム可能なマシンの作成に余暇を費やしました。 改築された親の家のワークショップは、集会所に変わりました。









ヘルムートは、組み立て作業中に貴重な支援を提供しました。 当初、友人はわずか6週間で機械式コンピューターの実験モデルを組み立てることを計画していましたが、実際には、ほとんどすべてのスタートアップで行われているように、時間がかかりました。

cの発明の目標

機械がついに生命の兆候を示し始める前に、2年のハードワークが過ぎました。 今日では、2人の若い男性が自由時間に、主な職業から控えめな手段でこのモンスターを集めたとは信じられません。 ここでは、ロシアのことわざを思い出さずにはいられません。「発明の必要性はunningです」



マシンは4台の机の上に置かれ、重量はほとんど支えられませんでした-500キロ以上！ ほぼ20,000の要素で構成されていました。

この期間に開発された同様の電気機械計算機とは異なり、Z1は2進数の計算を実行しました。 さらに、数値は浮動小数点を使用した10進法で入力され、機械内では既に機械式デコーダーを使用して22ビットのバイナリに変換されていました。 データ入力はキーボードを使用して行われ、その役割は創造的に修正されたタイプライターによって演じられました。 変換後、入力値は機械的内部メモリに記録されました。 コンピューターのメモリ量は64ワードでした。 機械の心臓部は「クロックジェネレーター」でした。これは、掃除機から借りた約1 kWの容量の電気モーターで駆動されていました。 発電機の動作周波数は1 Hzで、速度は独創的なメカニズムによって安定しました。









マシンは次のように機能しました。最初に、データが復号化され、メモリにロードされました。 その後、プログラムが実行を開始しました。 それは紙のパンチテープから読み取られ、読み取られている間に実行されていました。 このアプローチでは、プログラムは排他的に線形である必要があり、分岐は提供されませんでした。 結論として、計算値は10進数に変換され、ランプディスプレイに表示されました。



彼によると 、再構築されたコンピューターの写真を個人的に撮影した ASTAPP habrowserの緊急の要請に応じて 、私は彼の見解も伝えています。 彼は、Z1のデータ出力は押しボタンであり、プログラムのソースは紙パンチテープではなく、後のモデルZ3のように35 mmフィルムであったと主張しています。 彼が正しいと思われる、私が基づいていたソースは、ランプパネルのボタンを取ることができます。 彼の写真は以下のコメントで見ることができます。

勝利ですが、それはピュロスではありませんか？

絶対に「不衛生な」条件下で組み立てられた機械は機能しましたが、計算の安定性によって区別されなかったと言うことは言うまでもありません。



コンラッドは当初、可能性を実証するためのモデルとしてそれを計画していましたが、これでも彼女はあまり適していない。 彼は最初の投資を「上げ」ようとすることでこれを確信しました。 2回続けて計算しても、毎回計算できるとはほど遠いものでした。 別の失敗の後、私はしばしばチューニングする必要がありました。 状況は、「プロセッサ」、特に家庭では非現実的な機械要素の製造に必要な精度で特に悪かった。 このような投資家モデルに興味を持つことは非常に困難でしたが、コンラッドは希望をあきらめませんでした。



長い検索の後、彼は機械式計算機の生産の引退した所有者-Kurt Pannkeで観客を獲得することができました。 Kurtは、コンピューターが完全性の限界に達したと完全に確信しており、近い将来、コンピューティング自動化の分野で新しいものを思い付くことは不可能です。 しかし、彼はワークショップを訪れ、Z1を見ることに同意しました。 そして、コンラッドはついに幸運をほほえみました。 パンク博士の訪問中、マシンは何の不具合もなく連続して複数の計算を実行できました。 医師は彼女の仕事に非常に感銘を受けたため、装置を改善するために7000のライヒスマルクを提供することに同意しました。







すぐにコンラッドは再び幸運を笑いました-友人は無料で廃止された電話機器を手伝うのを手伝い、そこから約800の中古リレーを抽出しました。 それらの半分以上は、少なくとも一見したところ、非常に機能的であるように見えました。

Z2-2歩後ろ、1歩

より深刻な潜在的投資家に実証するためには、計算の信頼性を大幅に高める必要がありました。 コンラッドは、リレー計算機を使用して、シンプルで安定した作業モデルを作成するために、1石で2羽の鳥を殺すことにしました。 友人たちは彼がリレーに基づいた基本的なコンピューティングセルの回路を開発するのを手伝い、彼は再び仕事を始めました。



電卓とメモリの半分を完全に解体し、16ワードに削減する必要がありました。 メモリとデコーダーはまだ機械式でしたが、設計は大幅に簡素化されました。 彼らの仕事の失敗ははるかに少ない頻度で発生し始めました。 また、浮動小数点の計算を一時的に中止することも決定されました。 新しいモデルでは、計算機は16ビットの数値と固定小数点で動作しました。 信頼性を高めるため、プログラムリーダーが改善されました。紙の代わりに、コンラッドは35 mmフィルムを使用しました。 掃除機からのエンジン出力は、単純化された機械が最初のオプションの3倍速く動作するのに十分でした-クロック周波数は3ヘルツに増加しました。 Z2は8つの異なる命令を実行できました。

Z3。 進歩のエンジンとしての戦争？

Z2は1939年に獲得しました。 触発されたコンラッドは、3番目のモデルの作成を開始します。このモデルは、実際のコンピューティングのツールとして既に考案されています。 しかし、人生は彼の計画を大きく調整し始めました。 ドイツは大規模な戦争に突入する準備をしており、航空機を開発するためにエンジニアが必要です。最高の軍事関係者は当時コンピューターを考えていませんでした。 コンラッドは民間服を軍服に着替えましたが、少なくとも彼は前線に送られませんでした。 彼はまだ自由時間をすべて第3モデルの作成に費やしていますが、友人が積極的に彼を助けているという事実にもかかわらず、開発と兵役を組み合わせることはますます難しくなっています。 ビジネスエンジェルから受け取ったお金は尽きており、必要な機器の検索はますます困難になっています-戦争に備えることはあまりにも多くのリソースを消費し、必要な部品を購入するためのお金さえ持っています。 これらの条件下では、軍隊からの支援を求める以外に選択肢はありませんでした。



1940年、コンラッドは空力研究所でZ2モデルのデモンストレーションを求めました。 彼がそこでスプラッシュをしたとは言えませんが、彼の計算機は誘導爆弾の作成のためのプロジェクトマネージャー、テイクマン教授を本当に気に入っていました。 教授は、空力研究の分野で計算を自動化するために、Konradを彼のプロジェクトに接続しようとしています。 並行して、コンラッドはZ3コンピューターでの作業を完了するために必要な資金と組織的支援を受けました。 同じ年に、彼はプログラム可能な機械の生産のために会社Zuse Apparatebauを組織しました。



お金に加えて、コンラッドは施設とアシスタントを受け取りました。おかげで、マシンの作成プロセスが大幅に加速され、1941年の春にZ3が稼働しました。 そのアーキテクチャはZ1モデルに非常に似ていましたが、5倍高速であると考えられ、最も重要なことは、実際の計算、特に後退翼の形状の計算に使用できるほど信頼性が高いことです。





操作に費やされたサイクル数



Z3は2400個のリレーで構成されていました。 そのうち600人はコンピューティングモジュールで働き、残りは64ワードのメモリの役割を果たしました。 オーバーフローからの結果の保護が導入され、計算結果がパンチテープに出力されました



Z3は、完全に電磁リレーで組み立てられた最初のコンピューティングデバイスでした。 ただし、 最初のコンピューターのタイトルをめぐる紛争はまだ進行中です。 実際のところ、Z3はプログラムに従って動作しましたが、サイクルまたは条件付き遷移をサポートしていませんでした。 1944年の夏に発売されたMARK-I Harvardには分岐機能がありましたが、非常に限られていました。 同時に、データ入力などの操作の一部がその中で機械的に実行されました。

Z4戦争と奇跡的な救い

Z3の作業を終えたコンラッドは、1941年に次世代のコンピューターであるZ4を作成するための秘密のプロジェクトに既に参加しています。



並行して、Zuseは専門の計算機の開発に従事し、1942年にS1モデルを委託しました。 後に働いた彼女のフォロワーS2は、おそらく世界初の産業用コンピューターです。 彼は数十個のセンサーからデータを自動的に収集し、それらに対して複雑な計算を実行しました。 空力モデルの構築に使用されます。





1943年以来、ベルリンは同盟国によって攻撃され始めました。 開発は、場所から場所へ機器を常に輸送しなければならなかったという事実によって複雑になり始めました。 技術専門家と助手が軍隊に徴兵され、正面に投げ込まれました。 次の空襲の結果、Z3と、その時点までに残っていたZ2とZ1のすべてが破壊されました。 終戦の数か月前の終わりに、コンラッドは助手のペアとともに最も信頼できる場所に配置されました。廃坑のバンカーで、ドイツの極秘ミサイル計画が開発されていました。



そこで働くための条件はひどいものでしたが、さらに彼は捕虜の扱いに衝撃を受け、未熟練労働者の役割を果たしました。

戦争の最後の日、混乱を利用して、コンラッドは妊娠中の妻と一緒に馬車でベルリンから逃げました。 未完成のZ4モデルの破片が入った箱は、持ち物の山の下に隠されていました。









そこで彼は、バイエルンの小さな村ヒンターシュタインにいることに気づき、未完成の子孫は納屋の奥の隅にあり、ウッドパイルの後ろに隠れています。 これらは非常に困難な時代でした。 最初に、コンラッドは木製の記念彫刻を作り、それをアメリカ兵に売ることでパンを手に入れました。



小さな発言。 当初、コンラッドのコンピューティングデバイスはV1、V2、V3、V4と呼ばれていました。 Vは実験モデルのVersuchsmodellから来ました。 しかし、彼が少し働いた鉱山で開発されたミサイルのモデルを持っていたのはまさにこれらの名前でした。 戦争の直後、彼は姓の最初の文字から始めて、行全体の名前を変更しました。 これには、道徳的および倫理的な考慮事項とビジネス戦略が役割を果たしました。 コンラッドは、子孫に再び戦争を思い出させたくありませんでした。

Z4が灰から上昇する不死鳥のように

徐々に生活は改善し始めましたが、ドイツは数年間、独自の開発に従事することを禁じられていました。 幸いなことに、私たちはなんとか海外に移動した友人との関係を回復することができました。



1946年、Zuseはスイス高等技術学校とIBMからベンチャーキャピタルを誘致することができました。 彼はなんとかスイスに移り、 Zuse-IngenieurbüroHopferauのHopferauで商用コンピューター会社Zuse Engineeringを組織し、Z4の作業を続けています。



それまでに、Z4はもはや最先端の​​デバイスではなくなりました。 最初のアメリカの真空管コンピューターが登場しました。 Z4はその前身よりも1桁速く、構造的には非常に似ていました。 しかし、パフォーマンスが低下したため、Z4には大きな利点がありました。Z4はよりシンプルで信頼性が高く、ヨーロッパ大陸で唯一の計算機であり、困難な時期の複製と商用利用に適していました。



1948年、コンラッドはETH-ZürichのEduard Stiefel教授Eduard Stiefelに車を見せました。彼は車を調べた結果、科学計算に非常に適しているとわかりました。 プラグは、プログラミングの容易さ、計算の優れた精度、例外の正しい処理に衝撃を受けました。 Z4は、前任者のように24桁ではなく、32桁の単語で動作しました。



コンラッドは、コンピューターをETHに適した商用バージョンに改良するために100,000ドイツマークを受け取りました。 これは多額でしたが、ドイツでは平均給与は160点でした。



改良されたZ4モデルの作成には60,000のドイツマルクがかかり、残りは彼自身のビジネスの開発に投資しました。 コンラッドは成功に勇気づけられて、自身の会社Zuse KGを設立し、Z4の改良版の開発を開始しました。 EHTの要求により、条件付き遷移の可能性、メルセデスタイプライターまたはパンチテープでの結果の印刷、パンチテープでの結果の記録などの改善が追加されました。 改良されたモデルは1950年にリリースされ、ループとブランチを整理できました。 プログラムはパンチテープから読み取られ、すぐに段階的に実行されましたが、次の命令をスキップして、マシンにインストールされている別のパンチテープリーダーへの移行を追加する機能が追加されました。 これにより、条件付きジャンプを開始したり、リーダーのテープがループした場合にルーチンを実行したりすることができました。 コンピューターのクロック速度が40 Hzに増加しました。 メモリは、最初のモデルと同様に、コンラッドが以前に特許を取得した「機械式リレー」で収集されました。これにより、使用されるリレーの数を2500に削減し、それに応じて4 kWに相当する機械のコストとエネルギー消費を削減することができました。



コンラッドはビジネスを成功させ、数十台のZ4シリーズのコンピューターが販売され、稼働しました。彼らは非常に信頼性が高かったため、一晩中無人で働いていました。同社は、コンピューター技術の発展に大きく貢献した、ダイナミックで新しい、時には革命的なモデルを開発していました。しかし、これはまったく異なる話です。

歴史を作った

ドイツ人は彼らの物語を高く評価しています。明確なデモンストレーションモデルZ2を除く 3つのオプションはすべて慎重に復元されました。これは主に個人のお金のために典型的なもので、現在ドイツの博物館で展示されています。

















ソビエト連邦では、コンピューター開発の分野でこれほどの成果はありませんでした。この業界の開発は目立った遅れで始まりましたが、すぐに「西側のパートナー」に追いつき、ある時点で画期的な開発を行い、興味深いソリューションと作成履歴を備えた単純なモデルを作成しました。しかし、古いコンピューター技術に特化したかなりのサイズの唯一の既知のコレクションは、モスクワの工科博物館です。 「精神的な絆」にあまりにも多くのスペースを捧げている国は、実際、科学技術におけるその業績の歴史に無関心であると私には不公平に思えます。ソ連は統一戦争として生きていませんでした！

今日、わが国には「インターネットを使わずに開発する」などの億万長者がたくさんいますが、サンクトペテルブルクでミニコンピューターのコレクションを非常に困難でお金のために集めた愛好家は、その展示に適した部屋を見つけることができません。粉々になったコピー！私たちの王国では何かが間違っています。





記事を最後まで読むことができたので、調査に参加してください。その結果は私にとって非常に興味深いものです。主なテーマは、全体主義国家が科学技術の特定の方向に突破口を開くだけでなく、その地位を最高レベルで着実に維持できるかどうかです。



時間が許せば、次の記事もまた、80年代後半から90年代後半のコンピュータースタートアップについてですが、個人的な経験からです。



シリーズの次の記事：テクノロジースタートアップの回顧。90年代以前のように