Konrad Zuse#
Die neuere Geschichte des Computers begann in den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts#
Von
Dipl.-Ing. Dr. Helmut Malleck
© OCG Journal / Foto: Archiv Horst Zuse
Dipl.-Ing. Dr. h.c. mult. Konrad Zuse schuf 1941 den ersten vollautomatischen programmgesteuerten Computer für Rechnungen mit binären Gleitkommazahlen und später das grundlegende Programmiersystem Plankalkül. Der große Computerpionier kam am 22. Juni 1910 in Berlin zur Welt. Ab seinem 24. Lebensjahr war Konrad Zuse von der Idee erfüllt, Rechenautomaten zu bauen. Mit nimmermüdem Erfindergeist überwand er technologische Grenzen, schlug Brücken zwischen Theorie und Praxis, war Erfinder und Unternehmer. Auch bewegten Konrad Zuse wissenschaftliche Fragen über mit Rechnern zu lösende Aufgaben, über den Rechnenden Raum und über Sich-selbst-reproduzierende-Systeme.
Konrad Zuse starb am 18. Dezember 1995. Von seinen Arbeiten gingen in den Wirren des Zweiten Weltkriegs und in den Jahren des Wiederaufbaus einige historische Dokumente verloren. Vieles ist jedoch erhalten geblieben und dokumentiert Konrad Zuses bahnbrechende Leistungen, die in der Computertechnik einen festen Platz gefunden haben. [1] [2] [3]
Bereits als Jugendlicher machte Konrad Zuse durch aus dem Rahmen fallende technisch-Schöpferische Leistungen mit seinem Stabilbaukasten auf sich aufmerksam. Unter anderem konstruierte er einen Warenautomaten mit automatischer Geldrückgabe.
Auch wurde seine vorwiegend optische Einstellung zur Umwelt deutlich, die später bei der Konstruktion seiner Rechengeräte zum Ausdruck kam und wohl auch für die Wahl seiner Studien ausschlaggebend war. Das Bauingenieur-Studium schloss Konrad Zuse 1935 an der Technischen Hochschule Berlin- Charlottenburg mit dem Ingenieurdiplom ab. Nach dem Studium arbeitete Konrad Zuse im Flugzeugbau als Statiker, beschloss jedoch sehr bald, seine aussichtsreiche Stelle bei den Henschel-Flugzeugwerken zu kündigen, um sich ganz seiner Vision, eine vollautomatische Rechenmaschine zu bauen, widmen zu können. Der Grund für diesen spontanen Entschluss war, oftmals wiederkehrende Rechnungen zu mechanisieren und somit eine Rechenhilfe für Statiker zu schaffen. Dafür wollte Konrad Zuse einen binär arbeitenden Rechner bauen, bei dem sowohl der internen Zahlendarstellung als auch den Rechenoperationen das Binärsystem zugrunde lag. Als erster Rechner wurde von Konrad Zuse 1938 die „Z1“ fertiggestellt. Die Z1 gilt als die erste frei programmierbare Rechenmaschine der Welt. Mit Lochstreifen konnten Programme in das Programmwerk eingegeben werden, welche die Nummer der auszuwählenden Speicherzelle an das Wählwerk unddie Art der durchzuführenden Rechenoperation an das Rechenwerk weitergab. Das Rechenwerk arbeitete in voll ausgebauter binärer Gleitkomma-Arithmetik, wobei in halblogarithmischer Darstellstellung Zahlen von ± 2-63 bis ± 263 mit hinreichender Genauigkeit verarbeitet werden konnten. Das Rechenwerk war aus Blechteilen aufgebaut. Das Speicherwerk konnte je Speicherzelle eine komplette Zahl aufnehmen und bestand aus zwischen Glasplatten verschiebbaren Blechen die mit Stahlstiften zusammenspielten. 64 Speicherzellen benötigten damals 0,3 m3.
Die verwendeten, mit der Laubsäge zurechtgeschnittenen Blechteile ergaben keine zufriedenstellende Zuverlässigkeit, und so baute Konrad Zuse die "Z2" als Testmaschine mit Telefonrelais im Festkommarechenwerk. Die Z2 war 1940 vorführbereit, wobei die Zuverlässigkeit der Relaistechnik überzeugte, und daher realisierte Zuse die "Z3" komplett mit Telefonrelais in Rechenwerk und Speicher. Die 1941 fertiggestellte Rechenanlage Z3 gilt heute als der erste funktionsfähige, frei programmierbare, auf dem binären Zahlensystem (Gleitkommazahlen) und der binären Schaltungstechnik basierende Rechner der Welt und hatte eine Rechengeschwindigkeit von 3 s für Multiplikation, Division bzw. Quadratwurzelziehen. Einen kurzen praktischen Einsatz fand die Z3 unter anderem für die Berechnung komplexer Matrizen zur Ermittlung der Eigenschwingungen von Flugzeugflügeln, den sog. Flatterfrequenzen. Die Z3 wurde - ebenso wie die Z1 und Z2 - im Bombenkrieg zerstört, später teilweise rekonstruiert und im Deutschen Museum in München aufgestellt.
1941 gründete Konrad Zuse sein erstes Unternehmen "Zuse Ingenieurbüro und Apparatebau, Berlin". Ein erster Auftrag für einen technisch-wissenschaftlichen Rechner kam von den Henschel-Flugzeugwerken für eine sehr viel größere Maschine als die Z3 es war. Dazu wurde die "Z4" von Konrad Zuse 1942 zunächst als Weiterentwicklung der Z3 begonnen. Die Rechenanlage Z4 arbeitete imbinären Zahlensystem und mit gleitendem Komma, war in Relaistechnik realisiert, wobei allerdings für das Speicherwerk die bei Z1 und Z2 bewährte mechanische Schaltgliedtechnik beibehalten wurde. Trotz der dramatisch verlaufenden letzten Kriegsmonate in Berlin und einer Flucht durch Deutschland stellte Konrad Zuse die Z4 mit stark eingeschränktem Funktionsumfang - lediglich zum Lösen numerischer Rechenoperationen nach einem starren Programm - 1945 in Göttingen fertig.
1942 baute Konrad Zuse auch den Spezialrechner "S1" für Berechnungen bei Flächenvermessungen in der mechanischen Fertigung. Die S1 war in Relaistechnik ausgeführt, arbeitete im Binärsystem mit festem Komma und war über Schrittschalter fest programmiert. Bei der "S2", die Weiterentwicklung der S1, wurden zur Prozessautomatisierung die Positionen der Messuhren auf der zu vermessenden Fläche durch das Rechengerät schrittweise abgetastet, wobei der Schrittschalter mitlief und die abgelesenen Positionen entsprechend auf das Rechenwerk übertrug. Das Spezialgerät S2 war somit ein erster Prozessrechner der Welt, kam aber nie zu einem praktischen Einsatz.
Mit seinen Rechenautomaten wollte Konrad Zuse auch Aufgaben über das Zahlenrechnen hinaus, also allgemeine Kombinations- und Formelrechnungen aus unterschiedlichsten Fachgebieten, aus Statik, aus Lohnverrechnung und Eisenbahnsicherungstechnik bis hin zum Schachspiel lösen. Dafür baute er für das "Rechnen" mit logischen Operationen ein Versuchsmodell, bei dem das Rechenwerk aus drei Grundoperationen des Aussagenkalküls, der Konjunktion, Disjunktion und Negation bestand und mit wenigen Relais aufgebaut war. Der einfache Aufbau des Rechenwerks bedingte eine außerordentlich große Zahl einzelner Operationen, so dass das Versuchsmodell damals noch keinen praktischen Wert hatte. In den Jahren 1945/46 entstanden auch Konrad Zuses Arbeiten zum Plankalkül (Zuse bezeichnete ein Programm als Rechenplan). Der Plankalkül war eine Programmiersprache, die Konrad Zuse systematisch von ihren logischen Wurzeln her aufbaute, wohl die erste algorithmische Sprache mit bedingten Befehlen und verschiedenen Variationen der Adressumrechnung.
Über die Computerentwicklung außerhalb Deutschlands bekam Konrad Zuse erst mit Ende des Zweiten Weltkriegs Kenntnis. In vieler Hinsicht hielten seine Erfindungen einem internationalen Vergleich stand, insbesondere die 1941 fertiggestellte Z3. Dieser Vorsprung gegenüber den USA ging im Lauf der Jahre weitgehend verloren. Konrad Zuse gründete 1946 das "Zuse-Ingenieurbüro, Hopferau bei Füssen" und - ermutigt von den ersten geschäftlichen Erfolgen - 1949 in Neukirchen die "Zuse KG". Ab 1950 bekam die Zuse KG auch Aufträge aus den USA, und für Remington-Rand schuf er ein Versuchsmodell mit mechanischer Schaltgliedtechnik, bei dem einzelne aufeinanderfolgende Teiladditionen einer Multiplikation räumlich hintereinander auf viele Addierwerke verteilt werden konnten. Sieht man von ersten Ansätzen - den überlappenden Z3- Steuerzyklen - ab, so war dies die erste Pipeline- Konstruktion der Welt.
Mit der ETH Zürich entwickelte Konrad Zuse eine gedeihliche Zusammenarbeit. Die 1950 an die ETH Zürich ausgelieferte Z4-Maschine war seinerzeit die einzige betriebsfähige Rechenanlage Europas. Auf ihr wurden bis 1955 etwa 100 Problemstellungen bearbeitet. Heute steht die Z4 im Deutschen Museum in München. Erfolg hatte Konrad Zuse auch bei der Firma Leitz in Wetzlar, einem führenden deutschen optischen Industrieunternehmen, mit der Z5, dem letzten Modell der großen Relaisrechengeräte, für die Berechnung von Strahlendurchläufen in Objektiven. Auch die mitteleuropäische optische Industrie kaufte für diese Berechnungen kleinere Z5-Folgemodelle, die Z11, danach die Z22 und Z23. Weitere Aufträge für die Zuse KG kamen von der Flurbereinigung, der gerechten und wirtschaftlichen Neuverteilung von Grund und Boden in der Landwirtschaft. Dafür wurden Z11-Rechner eingesetzt, die mit einer verbesserten Relaistechnik arbeiteten, sehr betriebssicher, einfach und robust waren. Die Z11 war bei der Zuse AG der erste Rechner, der in Serienfertigung ging.
Elektronische Rechenmaschinen hatten sich bereits Mitte der 1950er-Jahre am Markt durchgesetzt. Parallel arbeitende mechanische und elektromechanische Konstruktionen konnten keinen Geschwindigkeitszuwachs mehr erbringen. Mit den schnellen elektronischen Bauteilen kamen immer schnellere und leistungsfähigere Geräte - Großrechenanlagen - auf den Markt. Für den deutschen Unternehmer Konrad Zuse waren der Technologiewechsel, ebenso wie das Anspringen eines weltweiten Computermarktes, große Herausforderungen.
Die Z22 war bei der Zuse AG das erste ab 1957 lieferbare elektronische Gerät, eine Langwortmaschine mit analytischem Code zur beliebigen Kombination von Mikrobefehlen, mit einem Schnellspeicher in Röhren- und Ferritkerntechnik sowie mit magnetischem Trommelspeicher. Wegen ihrer sehr flexiblen Programmiermöglichkeiten fand die Z22 vor allem in deutschen Hochschulen und Universitäten Eingang.
In der zweiten Hälfte der 1950er-Jahre musste die Röhrentechnik dem Transistor weichen. Dieser Schritt wurde bei der Zuse AG als Hardware- Weiterentwicklung der Z22 mit der Z23 vollzogen, wobei die Kompatibilität der Software nur sehr bedingt gelang. Parallel zur Z23 entstanden die eher für kommerzielle Zwecke gedachte Z31 sowie die Z25, eine Kurzwortmaschine, die mit mehreren Millionen Schaltungen ein noch schnelleres Arbeiten als die Z23 ermöglichte. Z11, Z22, Z23 und Z64 brachten der Zuse KG geschäftliche Erfolge und ein erhebliches Wachstum. Die Software bereitete jedoch der Zuse KG – ebenso wie der gesamten damaligen Computerindustrie - immer größere Sorgen. Die Software-Entwicklungskosten stiegen unaufhaltsam, insbesondere für Betriebssysteme sowie für die den Kundenwünschen angepassten Anwenderprogramme,und konnten aus den Verkaufserlösen nicht mehr aufgebracht werden. Dazu kamen Fertigungsprobleme bei der Z25 und die verzögerte Auslieferung einer Jahresproduktion. Das überstieg die Kräfte der Zuse KG und führte 1964 zur Übernahme durch Rheinstahl, dann Brown Boveri & Cie. AG und schließlich 1967 durch die Siemens AG. Konrad Zuse wandte sich in der Folge der Wissenschaft zu, wurde vielfach öffentlich geehrt und ausgezeichnet. Der Verleihung der Würde eines Dr.-Ing. e.h. durch die Technische Universität Berlin sollten Ehrendoktorate der Universitäten Hamburg und Dresden und noch weitere folgen. Als besondere Auszeichnungen empfand Konrad Zuse die Verleihung des Werner-von-Siemens- Rings, des Harry Goode Memorial Award in Las Vegas, USA, und der Wilhelm-Exner-Medaille der Technischen Universität Wien.
Das Andenken an Konrad Zuse pflegt die 1988 gegründete Konrad-Zuse-Gesellschaft. Diese gemeinnützige Gesellschaft will jungen Menschen das Lebenswerk des genialen Erfinders nahe bringen und für eine Berufswahl in der Informatik gewinnen. Die Konrad-Zuse-Gesellschaft veranstaltete im September 2001 auf der Jahrestagung der Gesellschaft für Informatik und der OCG in Wien ein Konrad-Zuse-Symposium.
Konrad Zuse war mit seinen Unternehmen, Computern und Ideen zu Computern um viele Jahre voraus. Bei der Lektüre seiner Lebenserinnerungen4 können Sie, liebe Leserin und lieber Leser, noch vieles mehr über den großen Computerpionier Dipl.-Ing. Dr. h.c. mult. Konrad Zuse erfahren. Seine Darstellungen zu der von ihm erlebten Zeitgeschichte sind ebenso berührend wie die Offenheit, mit der er seine Mühen als Erfinder darlegt.
[1]] Zuse, K.: Der Computer - Mein Lebenswerk. Springer-Verlag Berlin, 3. Auflage, 1984 (Nachdruck 1993)
[2] Wertvolle Hinweise kamen von den Herren Prof. Dr.-Ing. Roland Vollmar und Dr.-Ing. habil. Horst Zuse. Vielen Dank dafür
[3] Weitere Quellen waren: http://www.zib.de/zuse, http://irb.cs.tu-berlin.de/~zuse/Konrad_Zuse, http://www.dhm.de/lemo/html/biografien/ZuseKonrad, https://gi.de/persoenlichkeiten/konrad-zuse