Průkopníci informačního věku (5.): Konrad Zuse

Zajímá vás, kdo vyvinul první binární programovatelný počítač označovaný jako Z3? Víte, kdo založil první komerční firmu na výrobu počítačů v Evropě? Zavítejte se námi do historie!

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.

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.

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.

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. 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.

Pokračování článku naleznete na sesterském magazínu CIO Business World.