克蘭德·楚澤 ——數(shù)字計(jì)算機(jī)之父

1945年，就在盟軍攻陷法西斯德國(guó)的首都柏林后不久，從阿爾卑斯山區(qū)偏僻小鎮(zhèn)欣特斯泰因傳來(lái)一個(gè)驚人的消息：一個(gè)糧倉(cāng)地窖里發(fā)現(xiàn)了德國(guó)研制的先進(jìn)計(jì)算機(jī)。

兩名英國(guó)情報(bào)官聞?dòng)嵈掖亿s到了欣特斯泰因。在攻占該鎮(zhèn)的法國(guó)士兵帶領(lǐng)下，打開了糧倉(cāng)地窖大門。地窖里面確實(shí)存放著一臺(tái)機(jī)器。情報(bào)官湊上前仔細(xì)打量，這機(jī)器怎么看也不像是德國(guó)的“先進(jìn)計(jì)算機(jī)”，充其量是某個(gè)印刷廠遺棄的排字機(jī)。兩人互相對(duì)視著苦笑了一陣：“德軍再傻，也不會(huì)把這么重要的設(shè)備放在交通極為不便的山區(qū)。”

過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間之后，西方計(jì)算機(jī)界終于認(rèn)識(shí)到，這臺(tái)貌不驚人的機(jī)器，的確是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)，它研制成功的時(shí)間，要比美國(guó)、英國(guó)的同類發(fā)明更早；更重大的意義還在于，它是最先采用程序控制的數(shù)字計(jì)算機(jī)。這臺(tái)機(jī)器的名稱是Z－4，它的發(fā)明人叫克蘭德·楚澤（Konrad Zuse，1910-1995），一位靠自費(fèi)起家的土木建筑工程師。

克蘭德·楚澤1910年6月22日生于德國(guó)維爾梅斯多夫，在東普魯士接受的早期教育。東普魯士的文化傳統(tǒng)相當(dāng)保守，為了獲得更好的發(fā)展，他進(jìn)入一所比較開放的學(xué)校，直到高中畢業(yè)。1927年，楚澤考進(jìn)柏林工業(yè)大學(xué)，學(xué)的是土木工程建筑專業(yè)。他從小愛好繪畫，具有非常好的美術(shù)功底，因此很快就學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)房屋結(jié)構(gòu)和外觀。多才多藝的楚澤興趣廣泛，修理機(jī)器的活也很拿手，時(shí)常動(dòng)手制作出一些稀奇古怪的玩藝，讓班上的同學(xué)大吃一驚。

求學(xué)期間，楚澤需要完成許多力學(xué)計(jì)算的功課，諸如橋梁、材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)等等，必須自己動(dòng)手根據(jù)公式算出結(jié)果，往往一整天都算不完一道強(qiáng)度核算題目。一天，在疲憊不堪完成老師布置的作業(yè)后，楚澤突然發(fā)現(xiàn)，寫在教科書里的力學(xué)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(yīng)該可以交給機(jī)器做。

1935年，楚澤獲得了土木工程學(xué)士學(xué)位，在柏林一家飛機(jī)制造廠找到了工作，主要任務(wù)恰好是他最撓頭的飛機(jī)強(qiáng)度分析，繁瑣的計(jì)算現(xiàn)在變成了他的主要職業(yè)，而輔助工具只有計(jì)算尺可用。楚澤想制造一臺(tái)計(jì)算機(jī)的愿望愈來(lái)愈強(qiáng)烈，他在這家工廠里只呆了短短的幾個(gè)月，便辭職回家做他的“發(fā)明夢(mèng)”。

在父母的幫助下，他把家中的起居室隔出一間，改造成“實(shí)驗(yàn)室”兼“制造廠”，孤身一人開始了漫長(zhǎng)的研制生涯。楚澤生活在法西斯統(tǒng)治下的德國(guó)，無(wú)從得知美國(guó)科學(xué)家研制計(jì)算機(jī)的消息，甚至沒有聽說(shuō)巴貝奇和霍列瑞斯的名字。在這一點(diǎn)上，他遠(yuǎn)沒有美國(guó)發(fā)明家幸運(yùn)，無(wú)法得到大學(xué)或政府機(jī)構(gòu)的任何資助，只有幾個(gè)朋友“贊助”了很少的一點(diǎn)錢。

幾乎用了兩年時(shí)間在黑暗中摸索，楚澤憑著頑強(qiáng)的毅力獨(dú)自?shī)^斗。他認(rèn)為，計(jì)算機(jī)最重要的部分不一定是計(jì)算本身，而是過(guò)程和計(jì)算結(jié)果的傳送和儲(chǔ)存。因此，他把研究的重點(diǎn)放在存儲(chǔ)器上，設(shè)計(jì)了一種可以存儲(chǔ)64位數(shù)的機(jī)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(jī)械運(yùn)算機(jī)構(gòu)連接起來(lái)。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(shè)備加工了數(shù)以百計(jì)的金屬片。其它的薄鋼板，只好靠手鋸在圓鋼上一片一片鋸下來(lái)。以這種簡(jiǎn)陋的條件，1938年，楚澤居然完成了一臺(tái)可編程數(shù)字計(jì)算機(jī)Z－1。他花光了僅有的幾千馬克，還是無(wú)法買到更合適的零件。因此，Z－1計(jì)算機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停m然可以完成3×3矩陣運(yùn)算過(guò)程，但始終未能投入實(shí)際使用。

Z－1計(jì)算機(jī)最大的貢獻(xiàn)是楚澤第一次采用了二進(jìn)制數(shù)，在薄鋼板組裝的存儲(chǔ)器中，楚澤用一個(gè)在細(xì)孔中移動(dòng)的針，指明數(shù)字“0”或“1”。他的這種選擇，明顯地受到萊布尼茨著作的啟發(fā)，他后來(lái)發(fā)表的研究報(bào)告，副題就是“向萊布尼茨致敬”。這臺(tái)機(jī)器也采用了“穿孔帶”輸入程序，不過(guò)不是紙帶，而是35毫米電影膠片；數(shù)據(jù)則由一個(gè)數(shù)字鍵盤敲入，計(jì)算結(jié)果用小電燈泡顯示。

由于純機(jī)械式Z－1計(jì)算機(jī)性能不理想，第二年，楚澤的朋友給了他一些電話公司廢棄的繼電器，楚澤用它們組裝了第二臺(tái)電磁式計(jì)算機(jī)Z－2， 這臺(tái)機(jī)器已經(jīng)可以正常工作。這時(shí)，他的工作引起德國(guó)飛機(jī)實(shí)驗(yàn)研究所的關(guān)注，使他得到了一筆資助。 1941年，第三臺(tái)電磁式計(jì)算機(jī)Z－3完成，使用了2600個(gè)繼電器，用穿孔紙帶輸入，實(shí)現(xiàn)了二進(jìn)制數(shù)程序控制。程序控制思想雖然過(guò)去也有人提倡，但楚澤是把它付諸實(shí)施的第一人。Z－3能達(dá)到每秒3～4次加法的運(yùn)算速度，或者在3～5秒內(nèi)完成一次乘法運(yùn)算。1942年，在緊張研究的間隙里，他寫作了世界上第一個(gè)下國(guó)際象棋的計(jì)算機(jī)程序。

Z－3計(jì)算機(jī)正常工作了3年。1944年，美國(guó)空軍對(duì)柏林實(shí)施空襲，楚澤的住宅連同Z－3計(jì)算機(jī)一起被炸得支離破碎。在德國(guó)法西斯即將毀滅前夕，楚澤于1945年又建造了一臺(tái)比Z－3更先進(jìn)的電磁式Z－4計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)器單元也從64位擴(kuò)展到1024位，繼電器幾乎占滿了一個(gè)房間。為了使機(jī)器的效率更高，楚澤甚至設(shè)計(jì)了一種編程語(yǔ)言Plankalkuel ，這一成果使楚澤也躋身于計(jì)算機(jī)語(yǔ)言先驅(qū)者行列。

因害怕再次被炸，楚澤把Z－4搬來(lái)搬去，四處轉(zhuǎn)移，最后帶著它飛往德國(guó)南部，搬到了阿爾卑斯山區(qū)欣特斯泰因小鎮(zhèn)，于是才有了前面那一幕。

希特勒戰(zhàn)敗后，楚澤輾轉(zhuǎn)流落到瑞士一個(gè)荒涼的村莊，一度轉(zhuǎn)向研究計(jì)算機(jī)軟件理論，最早提出了“程序設(shè)計(jì)”的概念。1949年，楚澤把他的Z－4計(jì)算機(jī)安裝在瑞士蘇黎士技術(shù)學(xué)院，并且一直穩(wěn)定地運(yùn)行到1958年。這時(shí)，美、英計(jì)算機(jī)界才相信德國(guó)有位建筑工程師，比他們更早地研制出程序控制數(shù)字計(jì)算機(jī)的事實(shí)。目前，在慕尼黑一家博物館里，仍然存放著一臺(tái)Z－3原型機(jī)，只是它已經(jīng)無(wú)法正常運(yùn)作。

隨后，楚澤創(chuàng)辦了“楚澤計(jì)算機(jī)公司”，1958年研制出電子管通用計(jì)算機(jī)Z－22R，距離第一臺(tái)電子管通用計(jì)算機(jī)ENIAC誕生已經(jīng)過(guò)去了12年之久。電腦史學(xué)家認(rèn)為，如果楚澤不是生活在法西斯統(tǒng)治下的德國(guó)，他可能早就把Z型計(jì)算機(jī)系列升級(jí)為電子計(jì)算機(jī)，世界計(jì)算機(jī)的歷史將會(huì)改寫。事實(shí)上，早在1938年，楚澤和他的朋友已經(jīng)在考慮用2000個(gè)電子管和其他電子元件組裝新的計(jì)算機(jī)。當(dāng)他在戰(zhàn)后聽說(shuō)美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)早已研制出電子管計(jì)算機(jī)的消息，不禁感嘆地說(shuō)：“我所能做的，僅僅是搖搖頭而已。”

早在1938年就發(fā)明了計(jì)算機(jī)的楚澤，幾乎被人遺忘了幾十年。他在1941年為Z－3計(jì)算機(jī)提出的專利申請(qǐng)，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(rèn)為計(jì)算機(jī)發(fā)明人之一，得到了8個(gè)榮譽(yù)博士頭銜以及德國(guó)大十字勛章。后來(lái)，柏林博物館還重新建造了Z－1計(jì)算機(jī)。

20世紀(jì)60年代初，楚澤計(jì)算機(jī)公司已發(fā)展為數(shù)千員工的企業(yè)，銷售了近300臺(tái)各類計(jì)算機(jī)。1966年，他的公司被著名的西門子公司收購(gòu)，楚澤擔(dān)任了西門子公司的顧問(wèn)。

楚澤活到85歲高齡，一直與夫人居住在富爾達(dá)附近的一幢簡(jiǎn)樸住宅里，于1995年12月19日逝世。值得欣慰的是，全世界都已經(jīng)承認(rèn)他是“數(shù)字計(jì)算機(jī)之父”