der nicht rechnen wollte Der Mann, der nicht rechnen wollte Albert Schultheiß

Der Mann, der nicht rechnen wollte Konrad Zuse (* 22.06.1910, † 18.12.1995) deutscher Bauingenieur, Erfinder und Unternehmer Wer war Konrad Zuse? Geboren in Berlin (Wilmersdorf), Vater: Postbeamter im mittleren Dienst Humanistisches Gymnasium Hosianum in Braunsberg (Ostpreußen), nach 9. Klasse Hoyerswerda, dort Abitur. Künstlerisch und technisch begabt. Studium an Technischen Hochschule Berlin-Charlottenburg : Zunächst Maschinenbau, wechselte bald zu Architektur und schließlich Bauingenieurwesen (Diplom 1935)

Der Mann, der den Computer erfand, weil er zu faul zum Rechnen war Statiker bei den Henschel-Flugzeugwerken in Schönefeld bei Berlin Kündigt nach wenigen Monaten und beginnt selbstständig am Bau eines programmierbaren Rechners zu arbeiten (Vorüberlegungen ab 1934) Motivation: „Ich war zu faul zum rechnen“

Konrad Zuse – Rechner Z1 Bau: 1936 -1938 Die Z1 wird aus ca. 30.000 Blechen aufgebaut Binäre boolesche Schaltungslogik Erster programmierbarer binärer Gleitkommarechner Speicher: 64 Worte a 22 Bits

Konrad Zuse – Rechner Z1 Warum binäre boolesche Schaltungslogik ? Gottfried Wilhelm Leibniz (* 1646, † 1716) deutscher Philosoph und Wissenschaftler, Mathematiker, Diplomat, Physiker, Historiker, Politiker, Bibliothekar und Doktor des weltlichen und des Kirchenrechts Mathematik: Dualsystem der Zahlen (urspr. Pingala) „Ohne Gott ist nichts“ Untersuchung der Sprache: Aussagenkalkül (Logik) „Denken ein Rechenvorgang“ Entwicklung einer logischen Symbolsprache: characteristica universalis

Konrad Zuse – Rechner Z1 0 X 0 = 0 0 X 1 = 0 1 X 0 = 0 1 X 1 = 1 · 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 15 21 24 27 30 28 32 36 40 25 35 45 50 42 48 54 60 49 56 63 70 64 72 80 81 90 100 Konrad Zuse – Rechner Z1 Standard 1935: Dezimalsystem Wichtigstes Rechenmaschinenproblem: Multiplikation Zwei Lehrmeinungen: 1. Wiederholte Addition -> Multiplikand wird entsprechend dem Multiplikator wiederholt in das Register der Maschine hinein addiert 2. Einmaleins-Körperverfahren: Teilprodukte des kleinen Einmaleins (Produkte zweier Zahlen von 1 bis 10 ) sind systemintern abgelegt und werden dann direkt in das Register hinein addiert 0 X 0 = 0 0 X 1 = 0 1 X 0 = 0 1 X 1 = 1 Im binären Zahlensystem wird die Multiplikation auf vier einfache Formeln reduziert: Der ganze Aufwand für die Einmalseins-Körper wurde im binären Zahlensystem überflüssig

Konrad Zuse – Rechner Z1 Multiplikation 111 * 110 (7 * 6 = 42) 1 1 1 * 1 1 0 = 1 0 1 0 1 0 1 1 1 R1 1 1 1 R2 1 0 1 0 1 HR 0 0 0 R2 1 0 1 0 1 0 R1 32 16 8 4 2 1

Konrad Zuse – Rechner Z1 Binäres Aussagenkalkül: Dualitätsprinzip „Es ist schönes Wetter“ (Prämisse A) UND „Ich habe frei“ (Prämisse B) A ^ B Sind Bedingung für die Konklusion „Ich mache einen Spaziergang“ A V B „Es ist nicht schönes Wetter“ (Prämisse A) ODER „Ich habe nicht frei“ (Prämisse B)

Konrad Zuse – Rechner Z1 „Es ist schönes Wetter“ UND „Ich habe frei“

Konrad Zuse – Rechner Z1 Erster Gleitkommarechner ? 1234,25 € = 123425 Cent 1234,25 € = 1234,2500 € X = 0,0000000000001230000022 Y = 1234555660000777,2345678000000000000000 X = 0000000000000000,0000000000001230000022 Y = 1234555660000777,2345678000000000000000 Komma mit fester Position = Festkommazahlen Bsp: Wärmeausdehnungskoeffizient e = 0,000012 Elastizitätsmodul E = 210000 N/mm²

Konrad Zuse – Rechner Z1 Erster Gleitkommarechner Zwei getrennte Rechenwerke: Mantisse Exponent Beispiel: 1234,5678 1,2345678 * 10³ Mantisse ³ Basis

Konrad Zuse – Rechner Z1 Erster Gleitkommarechner 1234567 100 123456,7 101 12345,67 102 1234,567 103 123,4567 104 12,34567 105 1,234567 106(normalisiert) 1,234567 100 (normalisiert) 12,34567 10-1 123,4567 10-2 1234,567 10-3 12345,67 10-4 123456,7 10-5 1234567 10-6

Konrad Zuse – Rechner Z1 Erster Gleitkommarechner 1101110,0001100 20 110111,00001100 21 11011,100001100 22 1101,1100001100 23 110,11100001100 24 11,011100001100 25 1,1011100001100 26 (normalisiert)

Konrad Zuse – Rechner Z1 30.000 Bleche Der Schaltstift kann im Festblech zwei Positionen einnehmen Links: Die binäre 0 Rechts: Die binäre 1 „Steuerblech“ und „Bewegendes Blech“ bewegen den Schaltstift

Konrad Zuse – Rechner Z3 Im Jahr 1941: Erster zuverlässig funktionierender programmgesteuerter Gleitkomma-Binärrechner der Welt Elektrische Relaisschaltungen 1943 bei einem Bombenangriff in Berlin zerstört

Konrad Zuse – Speicher Z3 Wählwerk Speicherwerk:32 Speicherstellen zu je 22 bits

Konrad Zuse – Wählwerk Z3 Wählwerk: dient dazu, aus einer 6 Bitkombination auf dem Lochstreifen die 64 Adressen im Speicher ansteuern zu können (zwei Speicherschränke zu 32 Adressen) Eine Binärzahl zu 22 bits auf Adresse 2

Konrad Zuse – Rechner Z3 Wortlänge 22 bit Mantisse 15 bit Exponent 7 bit 1. bit Vorzeichen 1. bit Vorzeichen Zahlenraum: 14 bit Zahlenraum: 6 bit 11111111111111 111111 62 63 16383 63 unendlich 2 63 = 9.223.372.036.854.780.000 151.106.504.079.792.000.000.000

- 64 64 32 16 8 4 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Konrad Zuse – Rechner Z3 Negative Zahlen: Zweierkomplement binären Stellen werden negiert und zu dem Ergebnis wird der Wert 1 addiert Erstes bit: 0 positiv 1 negativ Wert - 64 64 32 16 8 4 2 1 Dezimal Bitfolge 1 1 1 = 26 Bitfolge 1 1 1 1 1 = - 26

Konrad Zuse – Rechner Z3 Wortlänge 22 bit Mantisse: 14 bit Exponent: 6 bit 11111111111111 111111 von -16383 bis 16383 von 2 -62 bis 2 62

unendlich 63 0111111 - unendlich -63 1111111 0 -64 1000000 Konrad Zuse – Rechner Z3 Exponent Sonderwerte unendlich 63 0111111 - unendlich -63 1111111 0 -64 1000000 2 63 = 9.223.372.036.854.780.000 151.106.504.079.792.000.000.000

Konrad Zuse – Rechenwerk Z3 600 Relais Addition 0,8 s Multiplikation 3s 9 Schrittschalter Taktfrequenz: 5,3 Hertz Ein Addierer für Mantisse, einer für Exponenten Alle Rechenoperationen werden durch wiederholte Addition durchgeführt

Konrad Zuse – Ein- und Ausgabeeinheit Z3 Eingabe dezimaler Gleitkommazahlen Ausgabe dezimaler Gleitkommazahlen und Anzeige über Lampen

12. Mai 1941: Methfesselstraße 7 Präsentation vor Mitarbeitern der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt

Konrad Zuse – Programmsteuerung Z3 Gesteuert mit Lochstreifen 35 mm Kinofilm Sinnvolle Befehle werden durch Lochkombinationen eingestanzt Beispiel: e = - (a x b + d) : c b, c, d in den Speicheradressen 2, 6, 10

Rechenwerk getrennt für (Mantisse und Exponent) Konrad Zuse – Rechner Z3 - Architektur Steuerwerk Lochstreifen- leser Speicher Eingabeeinheit Ausgabeeinheit Register R1 Register R2 Rechenwerk getrennt für (Mantisse und Exponent)

Konrad Zuse – Plankalkül Erste höhere Programmiersprache in der Geschichte der Menschheit Ebenso für die Behandlung von numerischen wie von logischen (kombinatorischen) Anwendungen konzipiert => künstliche Intelligenz Musterbeispiel eines kombinatorischen Problems: Schachspiel 44 Seiten des PK Datenstrukturtypen: - binären Baum Array (Feld) Liste, Liste von Wertepaaren (Darstellung von beliebigen Relationen) . (Aufbau dynamischer geometrischer Strukturen) Listenoperationen für - Bedingte Erzeugung von Unterlisten - Abfrage der Anzahl der Listenelemente - Lesen des ersten oder letzten Elements - Suche nach dem kleinsten oder größten Element - Anfügen eines Elements am Anfang oder Ende der Liste - Konkatenation (Zusammenführen) von zwei Listen unter Beibeh. der Ordnung

Konrad Zuse – Plankalkül LISP: Entwickelt am Massachusetts Institute of Technology marktreif 1959 Sprache der künstlichen Intelligenz (setq XDATA (cdr (assoc 1000 (cdr (car (cdr (assoc -3 (entget EL (list „OVERLAY"))))))))) “Lots of Irritating Superfluous Parentheses” Plankalkül (und LISP) => sehr viel höherer Abstraktionsgrad, als ihn die üblichen höheren Programmiersprachen haben, die nur die Fähigkeit der "von-Neumann-Maschine" abbilden: Mit jedem Rechenschritt den Inhalt eines einzelnen Speicherplatzes zu transformieren anstatt einer ganzen Datenstruktur.

Konrad Zuse – Plankalkül Beispiel: Relationale Datenspeicherung Die Strukturobjekte des PK können jede beliebige Semantik annehmen. Zuse nennt beispielhaft: - Personen Alter Geschlecht Ehestand andere Personaldaten die Felder des Schachbretts - die Schachfiguren, einschließlich der Definition ihrer Zugmöglichkeiten - die Kanten eines Graphen oder was immer sonst die Anwendung erfordert

Konrad Zuse – Plankalkül Alle Operationen auf benutzerdefinierten Typen sind Ausdrücke der Aussagenlogik oder der Prädikatenlogik Aussagenlogik: „Heute ist schönes Wetter und ich habe frei.“ Elementaraussagen: 1. „Heute ist schönes Wetter“ =>wahr/falsch 2. „Ich habe frei.“ =>wahr/falsch Prädikatenlogik: „……ist schönes Wetter.“ „……habe frei“ Zuordnung eines Objekts zum Prädikat: „Jeden Tag ist schönes Wetter.“ =>wahr/falsch „Strafgefangene habe(n) frei“ =>wahr/falsch

Konrad Zuse – Zuse KG Z5: 1952 Auftrag von Ernst Leitz, Berechnung optischer Systeme Relaistechnik, 1500 R. Rechenwerk, 700 R. Speicher, 50 Hz. Z11: erster Serienrechner 48 Stück, Vermessungsämter, Opt. Industrie Relaistechnik, 1111 R. Rechenwerk, 654 R. Speicher, 10-20Hz Z22: 1957 50 Stück, Hochschulen Röhrentechnik, Magnettrommelspeicher,140 Hz Z64 (Graphomat): 1961, 98 Stück, Zeichengenauigkeit 1/20 mm,  zwei Planetengetriebe: digitale Signale => analoge x- und y-Bewegungen. Z23: 1961, 56 Stück Transistortechnik, Magnettrommelspeicher,140 Hz, Kunden: Hochschulen Z25: 1963, Transistortechnik Größere Panne Spezielle Löttechnik erforderlich 8 Wochen Produktionsstopp, Nachbesserungen, Millionenverluste Z31: 1963 Transistortechnik „Kleiner Tischrechner“ für Kaufleute Überfrachtet mit Funktionen, zu teuer, nur 6 Stück werden verkauft

Konrad Zuse – Rechnender Raum Heinz Zemanek: Idee 1945 in Hinterstein: Kosmos als gigantische Rechenmaschine 1969: Theoretische Arbeit „Rechnender Raum“ Theorie des Kosmos als zellulären Automaten Physikalische Kleinstteile sind Bits, die sich durch den Raum rechnen => Digitalisierung des Weltalls Kosmos: 1041 Elementarlängen (10-13 cm) => 10 000 000 000 Lichtjahre 10123 Elementarkuben Je Elementarkubus 1 bit Informationsgehalt 210123 Zustände Zahl der Zeittakte = räumliche Ausdehnung = 1041 => 21082 verschiedene unabhängige Abläufe sind möglich Heinz Zemanek: „Geschichten der Informatik“ Der Physiker reagiert darauf mit seinem umfassenden Wissen von den Elementarteilchen. Aber seine Architektur der Elementarteilchen ist weder elegant noch überzeugend. Heinz Zemanek: „Ich glaube, dass Konrad Zuses Rechnender Raum eines Tages als Pionierwerk betrachtet werden wird“.

Die Konrad Zuse-Forschung 88.000 Seiten Manuskripte, Typoskripte und Notizen Überwiegend Stenogramme Verschiedene Überlegungen zur Rechnerentwicklung, zu den Rechenplänen und zu den Beschreibungen der Rechenmaschinen. Stichpunkte zu arithmetischen Operationen, zu Gleichungen höheren Grades, zur Schaltalgebra und zur Schaltgliedtechnik. Vorarbeiten zum Plankalkül.

Die Konrad Zuse-Forschung 2500 Schaltpläne und Zeichnungen in den Formaten DIN A1 und DIN A 0

Die Konrad Zuse-Forschung Künstlerischer Nachlass: Insgesamt rund 500 Ölgemälde. Davon rund 250 Gemälde, Zeichnungen und Graphiken nach München, die der Staatlichen Graphischen Sammlung in München übergeben wurden.

Die Konrad Zuse-Forschung Erschließung (Transkriptionen der Stenogramme) und Digitalisierung des gesamten Nachlasses, sowie Bereitstellung im Internet. Projekt unter Raul Rojas und Wilhelm Füßl