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计算机学习漫谈（3）-数字计算机之父
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几乎在相同时期，美国科学家乔治·斯蒂比兹（George Stibitz）与德国工程师克兰德·楚泽（Konrad Zuse）在两块不同的大路上研制出了二进制数字计算机。有趣的是，斯蒂比兹Model-K计算机和楚泽的Z-3计算机采用的元件相同，都是使用电话继电器，研制的地点都在自己的家里。唯一的区别是楚泽选择了起居室，而斯蒂比兹的发明诞生与厨房的餐桌上。
克兰德·楚泽于1910年6月22日出生于德国维尔梅斯多夫，在东普鲁士接受早期教育，1927年考入柏林工业大学，学习土木工程建筑专业。楚泽兴趣广泛，多才多艺，修理机器也是拿手活，还时常制作出一些稀奇古怪的玩艺，让班上的同学大吃一惊。但他最怕的就是繁琐而机械的数据计算。1935年，楚泽获得了土木工程学士学位，在柏林一家飞机制造厂找到了工作，主要任务恰好是他最挠头的飞机强度分析，繁琐的计算成为了他主要的职业，而辅助工具只有计算尺。于是，楚泽萌发了制造一台计算机的想法，他在这家工厂里只呆了短短的几个月，便辞职回家做起了他的“发明梦”。
在父母的帮助下，楚泽把家中的起居室隔出一间，改造成“实验室”兼“制造厂”，孤身一人开始了漫长的研制生涯。他生活在法西斯统治下的德国，无从得知美国科学家研制计算机的消息，甚至没有听说过巴贝奇和斯蒂比兹的名字，而且他也无法得到大学或政府的任何资助，只有几个朋友“赞助”了很少的一点钱。用了将近两年的时间，楚泽制造出了一台可编程数字计算机Z-1，但由于无法找到合适的零件，Z-1计算机实际上只是一台实验模型，虽然可以完成3*3矩阵运算过程，但始终未能投入实际使用。但Z-1的最大贡献是楚泽第一次采用了二进制数，在用薄钢板组装的存储器中，用一个在细孔中移动的针，指明数字“0”或“1”。由于Z-1石油纯机械制成的，性能一直不理想，到了第二年，楚泽的朋友送给他一些电话公司废弃的继电器。所谓的继电器是由铁芯上缠绕的线圈和加载小支架上的衔铁组成的可通可断的电磁铁。在某种意义上，继电器室一种开关，它只有两种状态：线圈通电后吸引衔铁，然后接通电路；线圈断电后释放衔铁，然后断开电路。只要把继电器的“接通”状态当成“1”，把“断开”状态当成“0”，这种开关就可以轻松实现二进制了。在得到了继电器之后，楚泽马上组装了电磁式计算机Z-2，这台机器已经而已正常工作了。这时，他的工作引起德国飞机实验研究所的关注，使他得到了一笔资助，研制更高一级的电磁式计算机Z-3。1941年，Z-3完成，使用了2600继电器，用穿孔纸带输入，实现了二进制数程序控制。程序控制虽然过去也有人提倡，但楚泽是把它付诸实施的第一人。Z-3能达到每秒3~4次加法的运算速度，或者在3~5秒内完成一次乘法运算。希特勒战败后，楚泽辗转流落到瑞士的一个荒凉的村庄，一度转向研究计算机软件理论，最早提出了“程序设计”的概念。后来，楚泽创办了楚泽计算机公司，到了20世纪60年代初，该公司发展成为数千名员工的企业，销售了近300台各类计算机，1966年被著名的西门子公司收购，楚泽担任了西门子公司的顾问。
与楚泽相比，斯蒂比兹的Model-K计算机研制过程就幸运多了。1937年，斯蒂比兹在著名的贝尔实验室从事研究工作，承担电话继电器磁路问题的课题。有一天下班回家，紧张忙碌的工作使得斯蒂比兹即便坐在厨房里喝茶，耳边仍然想着继电器“咔哒咔哒”的开关声音。他端起茶杯，突然停在了嘴边，灵感用上心头。“继电器-开关，开关-继电器，这不就是我早想寻找的计算机元件吗？”想到这里，斯蒂比兹再也坐不住了，他兴冲冲返回实验室，找到几只继电器和其他元件，一路小跑回厨房，把这些东西摊在餐桌上，随手画起了电路图。以继电器为核心的狐妖结构很快装备完毕，还缺少一些“设备”。于是，他从餐桌下翻出一只空铁皮罐头盒，剪下两片铁皮作为“输入设备”；又找到几只手电筒灯泡充当“输出设备”。当他把所有的元件都固定在一块三夹板上时，这台计算机的装备过程就大功告成了。他的夫人给这个看起来像某中学生完成的科技小制作的“伟大发明”起了有趣的名字Model-K，其中的“K”就是取自于“Kitchen table”。斯蒂比兹发明的Model-K计算机完成了两位二进制加法运算，但他自己并没有意识到，他已经跨入了一个时代--不仅实现了从机械式计算机向电磁式计算机的飞跃，而且制造出了一台正在的数字计算机。
但斯蒂比兹的这件“小”发明并没有引起别人多大的兴趣，尤其是大名鼎鼎的贝尔实验室的科学家们。直到有一天，贝尔实验室数学研究室主任向他询问：“你的K型计算机能不能帮我们解决复杂计算的难题？”斯蒂比兹肯定的点点头，正式研制数字计算机的项目因此获得了新的转机。1938年9月，命名为M-1的数字计算机研制工程正式启动；一年之后，即1939年9月，斯蒂比兹交出了满意的机器，1940年1月8日，M-1开始运行，标志着美国的第一台数字计算机诞生了。M-1电磁式数字计算机只是用了440个继电器和10个闸刀开关，就完全解决了复数的加、减、乘、除四则运算，一次复数乘法约需30~45秒钟；计算同样的题目，人工手摇计算机需要15分钟。从1940年到1949年，斯蒂比兹接着主持了M-1、M-3、M-4、M-5型电磁式计算机的研制，以满足美国在第二次世界大战和战后恢复建设中对计算机的需求。1949年，贝尔实验室最后一台M型计算机M-6投入使用，用继电器来组装计算机从此成为了历史。
为了表彰斯蒂比兹的功绩，1997年，美国计算机博物馆以他的名字设立了一个著名的奖项--斯蒂比兹计算机先驱奖，颁发给那些健在的计算机时代先驱。
楚泽和斯蒂比兹在不同地点，不同环境下把人类带入了数字计算机时代。让我们在此对两位先驱致敬！
https://blog.sciencenet.cn/blog-489092-390323.html
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克兰德·楚泽于1910年6月22日出生于德国维尔梅斯多夫，在东普鲁士接受早期教育，1927年考入柏林工业大学，学习土木工程建筑专业。楚泽兴趣广泛，多才多艺，修理机器也是拿手活，还时常制作出一些稀奇古怪的玩艺，让班上的同学大吃一惊。但他最怕的就是繁琐而机械的数据计算。1935年，楚泽获得了土木工程学士学位，在柏林一家飞机制造厂找到了工作，主要任务恰好是他最挠头的飞机强度分析，繁琐的计算成为了他主要的职业，而辅助工具只有计算尺。于是，楚泽萌发了制造一台计算机的想法，他在这家工厂里只呆了短短的几个月，便辞职回家做起了他的“发明梦”。
在父母的帮助下，楚泽把家中的起居室隔出一间，改造成“实验室”兼“制造厂”，孤身一人开始了漫长的研制生涯。他生活在法西斯统治下的德国，无从得知美国科学家研制计算机的消息，甚至没有听说过巴贝奇和斯蒂比兹的名字，而且他也无法得到大学或政府的任何资助，只有几个朋友“赞助”了很少的一点钱。用了将近两年的时间，楚泽制造出了一台可编程数字计算机Z-1，但由于无法找到合适的零件，Z-1计算机实际上只是一台实验模型，虽然可以完成3*3矩阵运算过程，但始终未能投入实际使用。但Z-1的最大贡献是楚泽第一次采用了二进制数，在用薄钢板组装的存储器中，用一个在细孔中移动的针，指明数字“0”或“1”。由于Z-1石油纯机械制成的，性能一直不理想，到了第二年，楚泽的朋友送给他一些电话公司废弃的继电器。所谓的继电器是由铁芯上缠绕的线圈和加载小支架上的衔铁组成的可通可断的电磁铁。在某种意义上，继电器室一种开关，它只有两种状态：线圈通电后吸引衔铁，然后接通电路；线圈断电后释放衔铁，然后断开电路。只要把继电器的“接通”状态当成“1”，把“断开”状态当成“0”，这种开关就可以轻松实现二进制了。在得到了继电器之后，楚泽马上组装了电磁式计算机Z-2，这台机器已经而已正常工作了。这时，他的工作引起德国飞机实验研究所的关注，使他得到了一笔资助，研制更高一级的电磁式计算机Z-3。1941年，Z-3完成，使用了2600继电器，用穿孔纸带输入，实现了二进制数程序控制。程序控制虽然过去也有人提倡，但楚泽是把它付诸实施的第一人。Z-3能达到每秒3~4次加法的运算速度，或者在3~5秒内完成一次乘法运算。希特勒战败后，楚泽辗转流落到瑞士的一个荒凉的村庄，一度转向研究计算机软件理论，最早提出了“程序设计”的概念。后来，楚泽创办了楚泽计算机公司，到了20世纪60年代初，该公司发展成为数千名员工的企业，销售了近300台各类计算机，1966年被著名的西门子公司收购，楚泽担任了西门子公司的顾问。
与楚泽相比，斯蒂比兹的Model-K计算机研制过程就幸运多了。1937年，斯蒂比兹在著名的贝尔实验室从事研究工作，承担电话继电器磁路问题的课题。有一天下班回家，紧张忙碌的工作使得斯蒂比兹即便坐在厨房里喝茶，耳边仍然想着继电器“咔哒咔哒”的开关声音。他端起茶杯，突然停在了嘴边，灵感用上心头。“继电器-开关，开关-继电器，这不就是我早想寻找的计算机元件吗？”想到这里，斯蒂比兹再也坐不住了，他兴冲冲返回实验室，找到几只继电器和其他元件，一路小跑回厨房，把这些东西摊在餐桌上，随手画起了电路图。以继电器为核心的狐妖结构很快装备完毕，还缺少一些“设备”。于是，他从餐桌下翻出一只空铁皮罐头盒，剪下两片铁皮作为“输入设备”；又找到几只手电筒灯泡充当“输出设备”。当他把所有的元件都固定在一块三夹板上时，这台计算机的装备过程就大功告成了。他的夫人给这个看起来像某中学生完成的科技小制作的“伟大发明”起了有趣的名字Model-K，其中的“K”就是取自于“Kitchen table”。斯蒂比兹发明的Model-K计算机完成了两位二进制加法运算，但他自己并没有意识到，他已经跨入了一个时代--不仅实现了从机械式计算机向电磁式计算机的飞跃，而且制造出了一台正在的数字计算机。
但斯蒂比兹的这件“小”发明并没有引起别人多大的兴趣，尤其是大名鼎鼎的贝尔实验室的科学家们。直到有一天，贝尔实验室数学研究室主任向他询问：“你的K型计算机能不能帮我们解决复杂计算的难题？”斯蒂比兹肯定的点点头，正式研制数字计算机的项目因此获得了新的转机。1938年9月，命名为M-1的数字计算机研制工程正式启动；一年之后，即1939年9月，斯蒂比兹交出了满意的机器，1940年1月8日，M-1开始运行，标志着美国的第一台数字计算机诞生了。M-1电磁式数字计算机只是用了440个继电器和10个闸刀开关，就完全解决了复数的加、减、乘、除四则运算，一次复数乘法约需30~45秒钟；计算同样的题目，人工手摇计算机需要15分钟。从1940年到1949年，斯蒂比兹接着主持了M-1、M-3、M-4、M-5型电磁式计算机的研制，以满足美国在第二次世界大战和战后恢复建设中对计算机的需求。1949年，贝尔实验室最后一台M型计算机M-6投入使用，用继电器来组装计算机从此成为了历史。
为了表彰斯蒂比兹的功绩，1997年，美国计算机博物馆以他的名字设立了一个著名的奖项--斯蒂比兹计算机先驱奖，颁发给那些健在的计算机时代先驱。
楚泽和斯蒂比兹在不同地点，不同环境下把人类带入了数字计算机时代。让我们在此对两位先驱致敬！
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