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        被遺忘的“數(shù)字計算機之父”

        2022-06-09 18:59:35甄良
        科普童話·學霸日記 2022年2期
        關鍵詞:計算機

        甄良

        誰發(fā)明了世界上第一臺計算機?

        對于這個問題,相信十有八九的人都會認為是美國:1946年,美國人摩徹利和??ㄌ鼗圃炝怂^的“世界第一臺計算機”。它叫“埃尼亞克”——一個占地170平方米、重30噸、功率174千瓦的龐然大物,雖然還不如今天的一些計算器,但它的計算速度也已經(jīng)達到了人力的20萬倍。

        然而鮮有人知的是,這臺計算機其實只能算世界第三,在此之前,還有兩個國家發(fā)明了計算機。

        1940年,為破譯德國密碼,英國研制出了大型電子運算裝置“巨人”機,它在“二戰(zhàn)”中立下了汗馬功勞。

        而在英國人耿耿于懷時,其實還有更郁悶的人,這就是德國人克蘭德·楚澤。他是一位工程師,出身于土木工程建筑專業(yè),但就是這位與計算機不搭邊的“外行”制造出了世界第一臺數(shù)字計算機。

        “建筑工程師”楚澤

        克蘭德·楚澤于1910年6月22日生于德國維爾梅斯多夫,在東普魯士接受早期教育。東普魯士的文化傳統(tǒng)相當保守,為了獲得更好的發(fā)展,他進入了一所比較開放的學校,直到高中畢業(yè)。

        1927年,楚澤考進了柏林工業(yè)大學,學習土木工程建筑。求學期間,楚澤需要完成許多力學功課,比如橋梁、材料強度設計等等,這些都必須由他自己動手算出結(jié)果,然而他往往一整天都算不完一道強度核算題目。

        一天,在疲憊不堪地完成了作業(yè)后,楚澤突然發(fā)現(xiàn),力學公式是固定不變的,他們要做的只是向這些公式中填充數(shù)據(jù)。這種單調(diào)的工作,應該可以交給機器完成。

        畢業(yè)后,楚澤獲得了土木工程學士學位,在柏林一家飛機制造廠找到了工作,主要任務恰好是他最撓頭的飛機強度分析。煩瑣的計算現(xiàn)在變成了楚澤的主要職業(yè),而輔助工具只有計算尺,所以他想制造一臺計算機的愿望愈發(fā)強烈。楚澤在這家工廠里只待了短短的幾個月,便辭職回家做他的“發(fā)明夢”了。

        楚澤從小愛好繪畫,因此很快就學會了如何設計房屋結(jié)構(gòu)和外觀。修理機器的活他也很拿手,還時常動手制作稀奇古怪的玩意兒,讓同學大吃一驚。

        在黑暗中摸索

        在父母的幫助下,楚澤把家中的起居室隔出一間,改造成“實驗室”兼“制造廠”,孤身一人開始了漫長的研制生涯。

        楚澤生活在法西斯強權(quán)統(tǒng)治下的德國,且沒有相關專業(yè)背景,無從得知美國科學家研制計算機的消息,甚至沒有聽說過巴貝奇和霍列瑞斯的名字。他甚至無法得到大學或政府機構(gòu)的任何資助,只有幾個朋友“贊助”了他很少的一點錢。

        在黑暗中摸索幾乎用了楚澤兩年時間。他認為,計算機最重要的部分不是計算本身,而是過程和計算結(jié)果的傳送與儲存。因此,他把研究的重點放在存儲器上,設計了一種可以存儲64位數(shù)的機械裝置——數(shù)千片薄鋼板用螺栓擰在一起的笨重部件,體積約1立方米——然后與機械運算機構(gòu)連接起來。

        朋友們都不太懂他想干什么,只能提供有限的幫助,例如幫他用切割設備加工數(shù)以百計的金屬片,或者用手鋸在圓鋼上鋸下薄鋼板。

        以這種簡陋的條件,1938年,楚澤居然完成了一臺可編程數(shù)字計算機Z-1。他花光了僅有的積蓄,還是無法買到更合適的零件。因此,Z-1計算機實際上是一臺實驗模型,雖然可以完成3×3矩陣運算過程,但始終未能投入實際使用。

        霍列瑞斯博士對計算機的未來作出了許多正確的預見,為穿孔卡計算機的發(fā)展奠定了基礎,是“數(shù)據(jù)處理之父”。

        程序控制第一人

        在薄鋼板組裝的存儲器中,楚澤用一個在細孔中移動的針指明數(shù)字“0”或“1”。他的這種選擇,明顯是受到了萊布尼茨(他發(fā)明并完善了二進制)的啟發(fā)。這臺機器也采用了“穿孔帶”輸入程序,不過不是紙帶,而是35毫米電影膠片。數(shù)據(jù)則由一個數(shù)字鍵盤敲入,計算結(jié)果用小電燈泡顯示。

        由于純機械式Z-1計算機的性能不理想,第二年,楚澤的朋友給了他一些廢棄的繼電器,楚澤用它們組裝了第二臺電磁式計算機Z-2,這臺機器可以正常工作了。這時,楚澤的工作才引起了德國飛機實驗研究所的關注,他終于得到了第一筆正式的資助。

        1941年,第三臺電磁式計算機Z-3完成。它使用了2600個繼電器,用穿孔紙帶輸入,實現(xiàn)了二進制數(shù)程序控制。程序控制思想雖然過去也有人提倡,但楚澤是把它付諸實施的第一人。Z-3能達到每秒3~4次加法的運算速度,或者在3~5秒內(nèi)完成一次乘法運算。在緊張研究的間隙里,他還寫出了世界上第一個下國際象棋的計算機程序。

        1944年,美國空軍對柏林實施空襲,楚澤的住宅連同Z-3計算機一起被炸得支離破碎。一年后,在德國法西斯即將毀滅的前夕,楚澤又建造了一臺比Z-3更先進的電磁式Z-4計算機,存儲器單元也從64位擴展到1024位,龐大的繼電器幾乎占滿了一個房間。為了使機器的效率更高,楚澤甚至設計了一種編程語言Plankalkuel,這一成果也使楚澤躋身于計算機語言先驅(qū)者行列。

        糧倉成了避難所

        因害怕再次被炸,楚澤帶著Z-4四處轉(zhuǎn)移,最后和它一起飛往德國南部,搬到了阿爾卑斯山區(qū)的欣特斯泰因小鎮(zhèn),在此繼續(xù)自己的發(fā)明研究。

        然而1945年,就在盟軍攻陷法西斯德國的首都柏林后不久,兩名英國情報官得到了一個驚人的消息:欣特斯泰因小鎮(zhèn)的一個糧倉地窖里發(fā)現(xiàn)了德國研制的先進計算機。他們在攻占該鎮(zhèn)的法國士兵帶領下,打開了糧倉地窖大門。

        地窖里面確實存放著一臺機器。情報官湊上前仔細打量,這丑丑的機器怎么看也不像是德國的“先進計算機”呀,充其量是某個印刷廠遺棄的排字機嘛!兩人互相對視著苦笑了一陣:“德軍再傻,也不會把這么重要的設備放在交通極為不便的山區(qū)啊。”楚澤的Z-4因此幸免于難。

        希特勒戰(zhàn)敗后,楚澤輾轉(zhuǎn)流落到瑞士一個荒涼的村莊,一度轉(zhuǎn)向研究計算機軟件理論,最早提出了“程序設計”的概念。1949年,楚澤把他的Z-4計算機安裝在瑞士蘇黎士技術學院,并且一直穩(wěn)定地運行到1958年。這時,美、英計算機界才相信了德國有位建筑工程師,比他們更早地研制出程序控制數(shù)字計算機這一事實。

        時光之外的數(shù)字計算機之父

        隨后,楚澤創(chuàng)辦了“楚澤計算機公司”,于1958年研制出電子管通用計算機Z-22R。但這時,距離第一臺電子管通用計算機 誕生已經(jīng)過去了12年之久。但電腦史學家認為,如果楚澤不是生活在法西斯統(tǒng)治下的德國,他可能早就把Z型計算機系列升級為電子計算機了,世界計算機的歷史將會改寫。

        事實上,早在1938年,楚澤和他的朋友就已經(jīng)在考慮用2000個電子管和其他電子元件組裝新的計算機了。當他在戰(zhàn)后聽說美國賓夕法尼亞大學早已研制出電子管計算機的消息時,不禁感嘆地說:“我所能做的,僅僅是搖搖頭而已?!?/p>

        楚澤活到85歲高齡,一直與夫人居住在富爾達附近的一幢簡樸住宅里。值得欣慰的是,如今全世界都已經(jīng)承認他是“數(shù)字計算機之父”了。

        楚澤幾乎被人遺忘了幾十年。他在1941年為Z-3計算機提出了專利申請,到了1967年,法官仍然拒絕受理,理由是“缺乏創(chuàng)造性”。直到1962年,他才被確認為計算機發(fā)明人之一,得到了8個榮譽博士頭銜以及德國大十字勛章。

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