Konrad Zuse zum 100. Leben, Werk, Wirkung

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1 Konrad Zuse zum 100. Leben, Werk, Wirkung Versuch einer Annäherung Hans Dieter Beims Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 1

2 Konrad Zuse - Ein Selbstportrait von 1945 (Quelle: Horst Zuse) Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 2

3 Überblick Leben Biographisches, Lebensabschnitte Werk seine wichtigsten Erfindungen und Entwicklungen Wirkung Unmittelbare und mittelbare Einflüsse auf die Informatik und die IT-Industrie Fazit Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 3

4 Leben (1) Anfang und Ende Biographie Geboren in Berlin "Kaiserreich" Frühe Kindheit vor und während des 1. Weltkriegs Mechanische / elektromechanische Rechner Gestorben in Hünfeld Das "Schengener Abkommen" tritt in Kraft Das erste "Wiki" ist online; die Programmiersprache "Java" wird angekündigt Pentium-S Prozessoren mit 133/150 MHz verfügbar Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 4

5 Leben (2) Frühe Prägungen Elternhaus Preußischer Beamtenhaushalt (Postmeister) Schulzeit Braunsberg (Ostpreußen) und Hoyerswerda Künstlerisch begabt: Zeichnungen und Karikaturen Handwerklich begabt: mechanische Konstruktionen Studium Beginnt Maschinenbau zu studieren (in Berlin, 1927) Will dann doch Architekt werden Und wird dann schließlich Bauingenieur (1934/1935) Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 5

6 Leben (3) Der Erfinder (1) " als ich 1935 beschloß, Computererfinder zu werden" oder: "Ich war zu faul zum Rechnen" Ausgangspunkt: manuelle (Statik-)Berechnungen mit Formularen automatisieren Eine Rechenmaschine zu bauen, die besser ist als die vorhandenen mechanischen Rechenmaschinen Den Begriff des Rechnens zu verallgemeinern Symbole verarbeiten Sich selbst reproduzierende Systeme Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 6

7 Leben (4) Der Erfinder (2) Kündigt 1935 seine Stelle bei Henschel Beginnt im Wohnzimmer der elterlichen Wohnung, eine 'vollautomatische Rechenmaschine' zu bauen Von 1936 bis 1938 entsteht die Z1 Ohne Kenntnis anderer Arbeiten / isoliert von anderen Pionieren dieser Tage Enwickelt im Krieg die Maschinen Z2, Z3 und Z4 sowie die Rechner S1 und S2 Erarbeitet im Krieg das Konzept einer Programmiersprache "Plankalkül" Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 7

8 Leben (5) Der Erfinder (3) Während seiner Zeit bei der Zuse KG Graphomat Z64 (1961): Lochstreifengesteuerter Zeichentisch 2 Planetengetriebe, die von Zuse konstruiert wurden Ab 1989: Bau des Helixturms: rein mechanischer Automat aus zusammengesetzten modularisierten Bauteilen durch Zahnradantrieb werden die in Magazinen deponierten Bauelemente kontinuierlich ineinander bzw. auseinander geführt, so dass diese einen röhrenförmigen Turm aufbeziehungsweise abbauen. Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 8

9 Leben (6) Der Unternehmer Zuse Ingenieurbüro und Apparatebau, Berlin In den Kriegsjahren aufgebaut Zuse-Ingenieurbüro 1946: Gründung in Hopferau im Allgäu ZUSE KG 1949: Gründung in Neukirch 1957: Verlegung des Sitzes nach Bad Hersfeld 1964: Ausscheiden als aktiver Teilhaber Nach eigener Aussage: Betriebswirtschaft, Marketing nicht sein Wunsch-Betätigungsfeld Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 9

10 Leben (7) "Wieder frei für die Wissenschaft" / Künstler Nach 1964: Arbeiten zum"plankalkül" wieder aufgenommen Forschungsarbeiten zusammen mit der GMD "Rechnender Raum" Erklärung physikalischer Probleme mit zellulären Automaten "Sich-selbst-reproduzierende Systeme" Durchführbarkeitsstudie Modell einer Fertigungsstraße Der Künstler: umfangreiches malerisches Werk Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 10

11 Werk (1) Z1 bis Z4, S1, S bis 1945 entstehen Z1 mechanischer programmgesteuerter Rechner Privat finanziert, Nachbau im Deutschen Technik Museum Berlin Z2 Weiterentwicklung der Z1 Rechenwerk mit Relais, Vollständig verloren gegangen (keine Baupläne, keine Fotos) Z3 funktionsfähiger, frei programmierbarer Rechner Relaistechnik, 1941 fertigestellt Teilweise von der DVL (Dt. Versuchsanstalt für Luftfahrt) gefördert Nachbau im Deutschen Museum München Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 11

12 Werk (2) Z1 bis Z4, S1, S2 Z4 Weiterentwicklung der Z3 Seit 1942 entwickelt, 1945 teilweise funktionsfähig Der einzige aus der Kriegszeit erhaltene Rechner Ab 1949 restauriert Kommerzieller (!) Einsatz ab 1950 an der ETH Zürich Heute im Deutschen Museum München S1und S2 Spezialrechner Zur Auswertung von Messdaten für Flügel (f. Gleitbomben) Direkt verbunden mit Messeinrichtungen Relaistechnik, fest vorgegebene Programme Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 12

13 Werk (3) Z1 bis Z4, S1, S2 Welche Arbeiten / Entwicklungen kannte Zuse 1936? Leibniz Idee der dualen Zahlen Mechanische 4-Spezies-Rechner mit Dezimalsystem Seine Ideen / Entscheidungen Binär arbeitende Maschine Freie Programmierbarkeit (Lochstreifen mit [binärem] Programm) Binäres Gleitkommarechenwerk Dualzahlen Halb-logarithmische Darstellung (Mantisse und Exponent) Rechnerarchitektur: Steuerwerk, Rechenwerk, Speicher, Ein- / Ausgabe (Dezimal) Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 13

14 Werk (4) Z1 (1) Rein mechanisch, manuelle Taktsteuerung Speicher: 64 Worte a 22 Bits Mantisse 14 Bits Exponent + Vorzeichen 8 Bits Schaltstangen, unterschiedliche zum Speichern und Aus- /Einlesen der einzelnen Bits Gleitkommarecheneinheit Nie dokumentiert, ist Geheimnis von Konrad Zuse geblieben 2 Register Steuerwerk, Ein- und Ausgabe Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 14

15 Werk (5) Z1 (2) Programme nur als Lochstreifen Keine Vergleiche, keine bedingten Anweisungen Mechanische Konstruktion erweist sich als unzuverlässig Keine längeren Rechnungen möglich Erstellt aus handgefertigten Blechen Auch der Nachbau zeigt diese Probleme! Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 15

16 Werk (6) Z1 (3) Konrad Zuse vor dem Z1-Nachbau (Quelle: Horst Zuse) Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 16

17 Werk (7) Z3 (1) Die Ideen der Z1 mit Relaistechnik realisiert, dadurch zuverlässiger 2600 Telefonrelais insgesamt Gleitkommarechenwerk inkl. Berechnung Quadratwurzel Halt bei unzulässigen Rechenoperationen Speicher (Kapazität wie Z1) Wiederum: keine bedingten Anweisungen Die Z3 ist der erste funktionsfähige Digitalrechner weltweit! Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 17

18 Werk (8) Z3 (2) Quelle: Horst Zuse Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 18

19 Werk (8) Z3 (2) Befehlssatz: Befehle zur Steuerung der Ein- und Ausgabe Lu Ld Eingabe von Dezimalzahlen auf der Eingabeeinheit Ausgabe der Ergebnisse auf der Ausgabeeinheit Befehle mit einem Zugriff auf den Speicher Pr z Lesen von Adresse z aus dem Speicher nach Register R1 bzw. R2 Ps z Speichern in Adresse z des Speichers vom Register R1 Befehle für die arithmetische Operationen Ls1 Addition der Register R1 und R2 zu R1: R1:= R1 + R2 Ls2 Subtraktion der Register R1 und R2 zu R1: R1:= R1 - R2 Lm Multiplikation der Register R1 und R2 zu R1: R1:= R1 * R2 Li Division der Register R1 und R2 zu R1: R1:= R1 / R2 Lw Quadratwurzel aus Register R1 nach R1: R1:= Wurzel (R1) Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 19

20 Werk (9) Z3 : Patentanmeldung 1941 Patentanmeldung der Z mit einundfünfzig Einsprüchen bekannt gemacht Prüfer hat keine Bedenken gegen die Patentfähigkeit 1967 Entscheidung des Bundespatentgerichts: Eine patentwürdige Erfindung liege nicht vor "Die Neuheit und Fortschrittlichkeit des mit Hauptantrag beanspruchten Gegenstandes sind nicht zweifelhaft. Indessen kann auf ihn mangels Erfindungshöhe kein Patent erteilt werden." Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 20

21 Werk (10) Z4 Weiterentwicklung der Z3, für kommerziellen Einsatz vorgesehen Elektromechanisch: 2200 Relais, 21 Schrittschalter Lt. A. Speiser (ETHZ) Speicher mit mechanischen Stellgliedern (!) für 64 Zahlen Programmierung mit 2 Lochstreifen, die umgeschaltet werden können Bedingte Sprünge (später ergänzt, Anforderung ETHZ) Zusätzliche Eigenschaften des Rechenwerks Verarbeitung von Sonderwerten: Null, Unendlich, Unbestimmt Vergleichsoperationen Multiplikation mit Konstanten Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 21

22 Werk (11) Über die Hardware hinaus (1) Plankalkül ( ) Sollte " die rechnerischen und logischen Zusammenhänge einer Rechenvorschrift voll explizit und unzweideutig darstellen." Zweidimensionale Notation Ansonsten alle Eigenschaften einer modernen imperativen Programmiersprache Mit Definition: 60 Seiten Schachprogramme beschrieben! Es gibt beispielhafte Implementierungen (ZIB/FU Berlin) Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 22

23 Werk (12) Über die Hardware hinaus (2) Der rechnende Raum Erklärung physikalischer Phänome mit Hilfe von Automaten Zelluläre Automaten Ähnlicher Ansatz in neuerer Zeit von Wolfram ("A new kind of science") Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 23

24 Wirkung (1) ZUSE KG (1) 1949 gegründet (Zuse + 2 weitere Teilhaber) Z4 als erster kommerzieller Erfolg Instandsetzung und Vermietung an die ETHZ Z als Weiterentwicklung der Z4 Auftrag in Höhe von DM von der Fa. Leitz Wetzlar Z11 ab 1955 in Serie gefertigter Relaisrechner (95 Ex.) Z22 ab 1958 in Serie gefertigter Rechner in Röhrentechnik (56 Ex. der Serie Z22-1) Auch an verschiedene Universitäten ausgeliefert "Rechenzentren" Der Z22-Entwickler wechselte zu Nixdorf und entwarf dort kleinere Systeme, was der ZUSE KG wirtschaftlich nie gelang Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 24

25 Wirkung (2) ZUSE KG (2) Spezialentwicklungen wie Z25: Kurzwortmaschine (Vorläufer des RISC-Ansatzes) Z64: hochpräziser automatischer Zeichentisch Zu spät neue Hardware-Entwicklungen (Transistortechnik, IC) berücksichtigt Konzentration auf Hardware, Bedeutung der Software- Entwicklung zu spät erkannt 1964 Übernahme durch BBC Einige Jahre später durch Siemens übernommen Insgesamt 251 Rechner im Wert von 102 Millionen DM produziert Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 25

26 Wirkung (3) IT-Industrie ZUSE KG als typisches Beispiel für den Versuch, in Deutschland (BRD) eine eigenständige IT-Industrie zu etablieren; Konkurrenten z.b. Nixdorf SEL AEG Telefunken BBC Nachweis, dass programmgesteuerte, automatische Rechenanlagen wirtschaftlich sinnvoll sind Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 26

27 Wirkung (3) Informatik Früher Nutzen für die numerische Mathematik Z4 an der ETHZ (Stiefel et al.) Indirekter Nutzen für die Entstehung der Informatik als eigenständige Disziplin Durch die praktische Umsetzung (Systeme der ZUSE KG) Ausbreitung der Einsatzgebiete von Rechenanlagen "Pionier" Plankalkül: Durch Kriegs-/Nachkriegszeit Einsatz und Weiterentwicklung verhindert Zwar seiner Zeit weit voraus, aber bei Wiederaufnahme der Arbeiten in den 70/80er-Jahren durch andere Entwicklungen überholt Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 27

28 Fazit Ein Visionär Erschafft innerhalb von 10 Jahren unter extrem ungünstigen Umständen (kaum Vorkenntnisse, kein Austausch mit anderen Entwicklungen, Ressourcenknappheit) einsetzbare programmgesteuerte digitale Rechner Ein Pionier Baut die ZUSE KG auf als einen Teil der frühen deutschen Computerindustrie Ein Vorbild "Mensch, werde wesentlich!" (Leitsatz von K. Zuse) Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 28

29 Quellen Zusammenstellung in Kürze auf meiner Webseite lionel.kr.hs-niederrhein.de/~beims Wichtige Einzelquellen: Autobiographie von Konrad Zuse: "Der Computer mein Lebenswerk" Veröffentlichungen des ZIB Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin im Konrad-Zuse-Internet-Archiv ( Veröffentlichungen von Horst Zuse Zuse zum 100., Vortrag HN , Seite 29