ИНТЕРЛЮДИЯ 6: Компьютеры Третьего рейха

ИНТЕРЛЮДИЯ 6: Компьютеры Третьего рейха

Ныне многие специалисты полагают, что Третий рейх в 1945 году подошел к пределу начно-технического развития. Чтобы двигаться дальше, его конструкторам нужно было что-то посерьезнее обыкновенного желания, классического образования и тех возможностей, которые предоставляла им существовавшая промышленность. Например, для сложных аэродинамических и баллистических расчетов требовались вычислительные машины, а их, мол, в гитлеровской Германии не было.

На самом деле подобное мнение неверно. В Германии был совершен прорыв в будущее сразу по нескольким направлениям, и разработки в самых различных сферах удачно дополняли друг друга. Ниже я расскажу о забытых компьютерах Третьего рейха.

* * *

Человек, которого немцы считают истинным изобретателем компьютера, родился в 1910 году в Берлине. Его звали Конрад Цузе.

Закончив среднюю школу, Цузе проявил незаурядные способности к изобразительному искусству и поступил в Берлинский Технический университет на факультет архитектуры и гражданского строительства, который с успехом закончил в 1935 году. В период обучения в университете Конрад сильно увлекся математикой и физикой. На лекциях он неоднократно сталкивался с необходимостью выполнять громоздкие вычисления, например, для расчета внутренних напряжений в строительных материалах при конструировании мостов и других навесных сооружений. Обычно инженеры пользовались специальными таблицами, в которые были занесены формулы для выполнения основных операций в двоичной системе исчисления. Именно тогда Цузе впервые пришло в голову решение автоматизировать данный процесс с применением несложного вычислительного устройства.

Эта идея побудила его заняться разработкой программируемой двоичной вычислительной машины «Z1», которую он начал кропотливо собирать на квартире своих родителей в Берлине в 1936 году

В то время, как за разработчиками американских вычислительных систем стояли целые университеты, министерство обороны США и мощные корпорации, Цузе работал самостоятельно, на свой страх и риск. Ему помогали лишь несколько друзей, выделивших небольшую сумму денег на его исследования.

К 1938 году «Z1» была полностью закончена. Не имея ни малейшего представления об устройстве и принципах работы других вычислительных машин, Цузе полностью и фактически на пустом месте разработал не только механику, но и математическую логику своего устройства. При этом если все существовавшие в конце 1930-х годов механические вычислительные машины были построены на основе вращающихся элементов и оперировали десятичными числами, «Z1» обрабатывала числа в двоичной системе.

Машина имела сложный набор металлических пластин, каждая из них могла перемещаться в строго определенном направлении. Смещение нескольких пластин, указывающих значения вычисляемых величин и математическую операцию, которую необходимо произвести, вызывало перемещение ряда других пластин, изменяющих регистр двоичных чисел и «запоминающих» промежуточный результат. С полученными таким образом данными впоследствии можно было выполнять другие преобразования.

Оператор мог по желанию задать несложный последовательный алгоритм вычислений, являвший собой прообраз современной компьютерной программы.

Практическая ценность этого механического устройства была достаточно низка, но зато настоящим открытием была логика аппарата, ведь по сути Цузе доказал саму возможность создания программируемых вычислительных машин, работающих с двоичным кодом.

Друг Цузе, инженер-электронщик Гельмут Шреер, по достоинству оценив эту перспективную разработку, предложил молодому изобретателю создать электронную вычислительную машину на вакуумных трубках и реле, использующую логические принципы «Z1», но позволявшую операторам выполнять математические операции и с десятичными числами. Цузе сомневался в целесообразности использования вакуумных трубок, которые позволяли достичь высокой скорости работы ЭВМ, но отличались крайне низкой надежностью. Он мечтал сделать предназначенную для продажи коммерческую модель компьютера, которая могла бы заменить настольные счетные машины, а потому должна быть легко настраиваемой и безотказной.

В 1938 году Цузе и Шреер выступили с докладом перед аудиторией Берлинского университета, изложив суть своего проекта, однако идея создания ЭВМ с использованием двух тысяч вакуумных трубок и нескольких тысяч других компонентов вызвала у слушателей недоверие и была признана неосуществимой – в те времена самые сложные электронные схемы насчитывали не более ста элементов. Шреер, несмотря на отсутствие необходимых средств и всеобщее недоверие к своей затее, все же собрал несколько логических электронных схем для разработанной Цузе машины «Z2».

Конец их совместным исследованиям положила Вторая мировая война. Цузе был призван в армию.

Демобилизовавшись из нее спустя шесть месяцев, он вернулся в 1940 году в Берлин и продолжил работу над проектом релейной ЭВМ. Гельмут Шреер, трудившийся инженером в Берлинском университете, снова предложил ему свою помощь. В попытке раздобыть необходимые средства ученые обратились к военному руководству Германии с предложением создать для ВВС и систем ПВО вычислительную машину, которая обеспечит быстрое выполнение всех сложных расчетов и повысит эффективность использования тактической авиации. По предварительным оценкам изобретателей, такой компьютер они могли создать за два года. Однако высшие чины вермахта ответили, что Германия достигнет мирового господства гораздо раньше, а потому подобные исследования попросту не имеют смысла.

Не получив поддержки от официальных военных чинов, Цузе обратился к директорам берлинского авиационного завода «Хеншель», выпускавшего тактические бомбардировщики для люфтваффе, и те с радостью согласились использовать компьютерные технологии в процессе создания военной техники. При содействии исследовательского центра завода «Z2» была введена в эксплуатацию уже в конце 1940 года. Этот компьютер, оснащенный цифровым процессором на основе реле и вакуумных трубок, мог автоматически высчитывать ряд параметров геометрии стабилизаторов авиационных бомб, преобразовывать аналоговое значение этих параметров в двоичную систему счисления, вычислять необходимые данные по заранее введенным оператором формулам и выдавать готовый результат в виде десятичных чисел. Эти данные сразу же направлялись в производственный цех. Для этой машины Цузе придумал остроумное и дешевое средство ввода данных: он стал кодировать инструкции, пробивая отверстия в 35-миллиметровой фотопленке.

Все еще продолжая работать на заводе, в 1941 году Цузе организовал собственную коммерческую фирму, ставившую своей целью развитие компьютерных технологий. Заключив с заводом достаточно выгодный контракт, фирма под руководством самого Цузе начала разработку ЭВМ нового поколения «Z3». Эта программируемая вычислительная машина, созданная на базе электронных реле, оперировала 22-разрядными словами данных, каждое из которых могло быть помещено в память компьютера за один тактовый цикл, общий объем памяти достигал 64 слов по 22 бита. Данная машина имела вполне современный принцип адресного распределения памяти: каждое 22-разрядное слово можно было поместить в память или извлечь из нее командами. Память состояла из 1500 реле, арифметическое и контрольное устройства содержали еще 1200 реле. По размерам машина походила на достаточно большой шкаф.

Для задания сложных алгоритмов вычислений в «Z3» использовался разработанный Конрадом Цузе «набор инструкций», включавший около десяти основных и несколько десятков дополнительных команд, являвшийся по сути простейшим языком программирования.

В декабре 1941 года «Z3» была сдана в эксплуатацию производителям военных самолетов. Именно с помощью «Z3» обсчитывались аэродинамические и баллистические характеристики самолетов-снарядов «V-1».

Построив и успешно внедрив в военную промышленность «Z3», Цузе заключил контракт с Научно-исследовательским управлением ВВС Германии на проектирование «Z4». Эта машина была очень похожа на «Z3» и включала в себя все лучшие разработки Цузе, реализованные им в предыдущих проектах. Этот компьютер обладал уже 1024 регистрами памяти для хранения 22-битных слов, мощным процессором на основе реле, позволявшим с высокой скоростью выполнять преобразования двоичных чисел.

Работы над «Z4» продолжались три года, и к декабрю 1944 года этот проект был практически завершен. Однако к этому моменту ход войны изменился далеко не в пользу Германии. Во время одного из налетов советской авиации на Берлин первый экземпляр ЭВМ «Z3» был полностью уничтожен, а когда в мае 1945 года в столицу Германии вошла советская армия, Цузе был вынужден бежать вместе с уже собранным компьютером «Z4» на юг страны, спрятав его в одном из глухих уголков баварских Альп…