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Konrad Zuse – Pionier der Computertechnik – Bedeutende Informatiker Teil 2

Konrad Zuse gemeinsam mit einem weiteren Computer-Pionier

Konrad Zuse – Pionier der Computertechnik – Bedeutende Informatiker Teil 2

Konrad Ernst Otto Zuse stellt im Bereich der Computertechnik sicherlich eine der bedeutendsten Persönlichkeiten aus Deutschland dar. Zuse ist vor allem als Techniker und Ingenieur bekannt, der sich für die praktische Umsetzung interessierte und in diesem Bereich beachtliche Leistungen vollbrachte. Für viele Beobachter gilt er sogar als Erfinder des Computers. Doch hat er sich auch mit theoretischen Aspekten der Informatik befasst. Diese fanden jedoch lange Zeit nur wenig Beachtung. In diesem Artikel stellen wir Ihnen das Leben und die Erfindungen von Konrad Zuse vor.

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Ein Überblick über das Leben von Konrad Zuse

Konrad Zuse kam am 22. Juni 1910 unter dem vollständigen Namen Konrad Ernst Otto Zuse in Deutsch-Wilmerdorf, das mittlerweile zu Berlin gehört, zur Welt. Bereits als Jugendlicher beschäftigte er sich mit verschiedenen Erfindungen. Beispielsweise entwarf er einen Automaten, der nach dem Einwurf einer Münze nicht nur eine Mandarine ausgab, sondern auch das passende Wechselgeld. Bereits mit 18 Jahren erhielt er eine Auszeichnung für einen Kran für die Verladung von Kohle, den er aus den Teilen eines Metallbaukastens zusammenstellte.

Etwas weniger zielstrebig war Zuse bei seinem Studium. Er begann zunächst ein Maschinenbau-Studium, doch wechselte er zweimal das Studienfach – zunächst zu Architektur und später zum Bauingenieurwesen. Zuse selbst bezeichnete sich später als „Bummelstudent“. Neben der Technik stellte die Kunst eine seiner weiteren Leidenschaften dar. Bereits während des Studiums arbeitete er eine Weile als Reklamezeichner und auch direkt nach dem Zweiten Weltkrieg sollte die Malerei eine wichtige Einnahmequelle für ihn darstellen.

Zuse schloss sein Studium 1935 ab und arbeitete zunächst als Statiker. Nur kurze Zeit später beschloss er jedoch, sich seinen Erfindungen zu widmen – anfangs in einer kleinen Werkstatt, die er in der Wohnung seiner Eltern eingerichtet hatte. Dort entstand die Zuse Z1 – ein mechanischer Rechenapparat, den wir später noch genauer vorstellen werden. Die Finanzierung dieser ersten Projekte erfolgte aus dem privaten Umfeld – genauso wie vielfältige unentgeltliche Arbeitsleistungen. Zuse hatte neben seiner technischen Begabung auch ein großes Talent dafür, andere Menschen für seine Projekte zu begeistern. Mit den ersten Erfolgen kam dann auch eine staatliche Unterstützung hinzu – durch die Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt. Mit diesen Mitteln gelang es ihm, 1941 die Zuse Z3 fertigzustellen – den ersten funktionsfähigen Digitalrechner der Welt.

Abbildung 1: Konrad Zuse gemeinsam mit einem weiteren Computer-Pionier – Heinz Nixdorf
Abbildung 1: Konrad Zuse gemeinsam mit einem weiteren Computer-Pionier – Heinz Nixdorf
Bildquelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Konrad_Zuse_und_Heinz_Nixdorf.JPG

1941 konnte Zuse sein erstes Ingenieursbüro eröffnen – mit erheblicher staatlicher Unterstützung. Zum Kriegsende flüchtet Zuse ins Allgäu. Dabei gelang es ihm, die Zuse Z4 – eines seiner späteren Computermodelle – mitzunehmen. Diese stellt einige Zeit später die Grundlage für das erste Computerunternehmen in Deutschland dar – die Zuse KG. Nach großen anfänglichen Erfolgen geriet das Unternehmen jedoch in wirtschaftliche Schwierigkeiten. Deshalb musste Zuse 1964 seine Anteile abgeben und arbeitete anschließend als Berater. Insgesamt baute Zuse in seinem Leben 251 Rechenmaschinen.

Die wichtigsten Erfindungen von Konrad Zuse

Die Erfindungen von Zuse hatten großen Einfluss auf die Entwicklung moderner Computer. Manche Techniken – wie etwa die Handhabung von Gleitkommazahlen – kommen bis heute auf praktisch jedem digitalen Rechengerät zum Einsatz. Die folgenden Absätze stellen die wichtigsten Erfindungen von Konrad Zuse vor.

Die Z1 von Zuse – ein erster mechanischer Rechner

Das erste Rechengerät, das Konrad Zuse entwickelte, trug den Namen Z1. Die Idee zu diesem Gerät entstand bei seiner Arbeit als Statiker. Die Berechnungen, die er für diese Aufgabe durchführen musste, erschienen ihm monoton und sehr mühselig. Deshalb kam ihm die Idee, ein „mechanisches Gehirn“ zu entwickeln, das diese Aufgaben übernehmen sollte. So entstand die Z1. Dieses Gerät weist bereits viele Eigenschaften eines modernen Computers auf: Es verfügt über ein Ein- und Ausgabewerk, über ein Rechenwerk, ein Programmwerk sowie über einen Speicher. Die Programme erstelle er mittels gelochter Kinofilme.

Die Z1 funktionierte allerdings nie fehlerfrei. Der Grund hierfür waren mechanische Probleme. Die Schaltwerke verklemmten immer wieder und machten so die Berechnungen unmöglich. Dennoch entwickelte Zuse für diesen Rechner bereits viele wichtige Grundlagen, die später in der Computertechnik eine wichtige Rolle spielen sollten – wie etwa die bereits erwähnte Gleitkommaarithmetik.

Abbildung 2: Nachbau der Z1
Abbildung 2: Nachbau der Z1
Bildquelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Zuse_Z1-2.jpg

Aufgrund der Probleme mit der Mechanik übertrug Zuse die Pläne der Z1 auf einen neuen Rechner, der mit der elektromechanischen Relaistechnik arbeitete. So entstand die Z2. Diese funktionierte jedoch ebenfalls nicht fehlerfrei. Deshalb erlangte die Z2 von Konrad Zuse aus technischer Sicht nur wenig Bedeutung. Allerdings gelang es ihm anhand dieses Geräts, die Finanzierung für sein nächstes Projekt sicherzustellen.

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Z3 Zuse: der erste vollautomatische, programmierbare Rechner der Welt

Mit der Z3 gelang Zuse die Konstruktion des ersten vollautomatischen und programmierbaren Rechners der Welt. Dieser verwendete wie die Z2 die elektromechanische Relaistechnik. Es handelte sich daher nicht um einen elektronischen Rechner. Davon abgesehen hatte die Z3 jedoch bereits viele Eigenschaften eines modernen Computers: Sie nutzte das Binärsystem, sie unterstützte Fließkommazahlen und sie ließ sich frei programmieren. Sie verwendete eine Tastatur für die Eingabe und sie ließ eine Interaktion mit dem Anwender während der Ausführung der Programme zu. Selbst das Pipelining – die zusammenhängende Ausführung einer Folge von Instruktionen – war damit möglich. Das Gewicht der Z3 von Zuse betrug etwa eine Tonne und sie füllte einen gesamten Raum aus. Sie bestand aus insgesamt 2.000 Relais – 600 für die Berechnungen und 1.400 für den Speicher. Hinzu kamen rund 30.000 Kabel. Ihre Speicherkapazität betrug 64 Worte zu je 22 Bit – was übertragen 176 Byte entspricht.

Zuse 4: der erste kommerzielle Computer

1942 begann Zuse mit den Arbeiten an der Z4. Dabei handelte es sich um das Nachfolgemodell der Z3. Die technischen Neuerungen waren dabei nicht allzu umfangreich. Eine der wesentlichen Verbesserungen bestand darin, dass die Zuse 4 den Einsatz mehrerer Lochstreifenleser und -stanzer ermöglichte. Das erhöhte die Flexibilität bei der Programmierung. Eine wichtige historische Bedeutung erhielt die Z4 jedoch, da es sich hierbei um den ersten kommerziellen Computer der Welt handelte. 1949 schloss die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich einen Mietvertrag für die Z4 ab, was die ersten kommerzielle Nutzung eines Computers darstellte.

Auch aus theoretischer Sicht erhielt die Z4 einige Bedeutung für die Informatik. Im Rahmen der Arbeiten an diesem Gerät entstand der sogenannte Plankalkül. Dabei handelte es sich in der Theorie um die erste höhere Programmiersprache der Welt. Die Implementierung erfolgte jedoch erst Jahrzehnte später, nachdem bereits andere höhere Programmiersprachen in der Praxis zum Einsatz gekommen waren.

Abbildung 4: Die Z4 – der erste kommerzielle Computer
Abbildung 4: Die Z4 – der erste kommerzielle Computer
Bildquelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zuse-Z4-Totale_deutsches-museum.jpg

War Konrad Zuse der Computererfinder?

Für viele Leser ist sicherlich die Frage interessant, ob Konrad Zuse als Computererfinder zu bezeichnen ist. Der Frage, welches der erste Computer der Welt war, haben wir bereits einen eigenen Artikel gewidmet. Dennoch wollen wir hier nochmals kurz auf dieses Problem eingehen.

Es gibt viele Aspekte, die dafür sprechen, dass die Z3 der erste Computer der Welt war. Dieses Gerät verwendete das Binärsystem, es arbeitete vollautomatisch und es war programmierbar. Gerade in Deutschland gibt es daher viele Stimmen, die sie als den ersten Computer der Welt bezeichnen. In den USA und in vielen Ländern der Welt gilt hingegen die ENIAC als erster Computer, obwohl diese erst 1946 entstand. Der Grund hierfür besteht zum einen darin, dass es sich hierbei um den ersten vollkommen elektronischen Rechner handelte, während die Z3 die elektromechanische Relaistechnik verwendete. Zum anderen war die Z3 nicht turingmächtig. Dieser Begriff beschreibt eine Serie von Eigenschaften, die der britische Mathematiker Alan Turing formulierte und die heutzutage als die grundlegenden Eigenschaften eines Computers betrachtet werden. Die ENIAC war der erste funktionierende turingmächtige Rechner. Allerdings gelang Jahrzehnte nach der Entwicklung der Z3 von Zuse – 1998 – der Beweis, dass diese eigentlich turingmächtig gewesen wäre. Dazu waren nur einige Tricks notwendig – beispielsweise das Zusammenkleben der beiden Enden eines Lochstreifens, um eine Schleife zu erzeugen. Zwar wurde die Z3 nie auf diese Weise eingesetzt und sie war hierfür auch nicht vorgesehen. Dennoch wird das Argument, dass die Z3 nicht turingmächtig gewesen sei, durch diese Erkenntnisse eingeschränkt.

Es gibt sogar einige wichtige Gründe, die gegen die ENIAC als ersten Computer sprechen. Diese arbeitete beispielsweise mit Dezimalzahlen. Alle heutigen Rechner verwenden hingegen genau wie die Z3 das Binärsystem. Außerdem unterstützte die ENIAC keine Fließkommazahlen, was bei der Z3 hingegen genau wie bei modernen Rechnern der Fall ist. Anhand dieser Überlegungen erscheint es durchaus berechtigt, Konrad Zuse als Computererfinder zu bezeichnen – auch wenn sich diese Frage nicht abschließend klären lässt.

Konrad Zuse: einer der wichtigsten Erfinder Deutschlands

Ohne Zweifel handelte es sich bei Konrad Zuse um einen der wichtigsten Erfinder des 20. Jahrhunderts – nicht nur für Deutschland, sondern weltweit. Aufgrund der Kriegssituation erhielten viele seiner Entwicklungen jedoch nicht die Aufmerksamkeit, die sie eigentlich verdient hätten. Dennoch hat Konrad Zuse einige wichtige Beiträge sowohl zur Computertechnik als auch zur theoretischen Informatik geleistet. Viele seiner Entwicklungen sind auch noch in modernen Rechnern anzutreffen.

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