被遺忘的“數(shù)字計(jì)算機(jī)之父”

甄良

誰(shuí)發(fā)明了世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)？

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，相信十有八九的人都會(huì)認(rèn)為是美國(guó)：1946年，美國(guó)人摩徹利和?？ㄌ鼗圃炝怂^的“世界第一臺(tái)計(jì)算機(jī)”。它叫“埃尼亞克”——一個(gè)占地170平方米、重30噸、功率174千瓦的龐然大物，雖然還不如今天的一些計(jì)算器，但它的計(jì)算速度也已經(jīng)達(dá)到了人力的20萬(wàn)倍。

然而鮮有人知的是，這臺(tái)計(jì)算機(jī)其實(shí)只能算世界第三，在此之前，還有兩個(gè)國(guó)家發(fā)明了計(jì)算機(jī)。

1940年，為破譯德國(guó)密碼，英國(guó)研制出了大型電子運(yùn)算裝置“巨人”機(jī)，它在“二戰(zhàn)”中立下了汗馬功勞。

而在英國(guó)人耿耿于懷時(shí)，其實(shí)還有更郁悶的人，這就是德國(guó)人克蘭德·楚澤。他是一位工程師，出身于土木工程建筑專業(yè)，但就是這位與計(jì)算機(jī)不搭邊的“外行”制造出了世界第一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)。

“建筑工程師”楚澤

克蘭德·楚澤于1910年6月22日生于德國(guó)維爾梅斯多夫，在東普魯士接受早期教育。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)入了一所比較開(kāi)放的學(xué)校，直到高中畢業(yè)。

1927年，楚澤考進(jìn)了柏林工業(yè)大學(xué)，學(xué)習(xí)土木工程建筑。求學(xué)期間，楚澤需要完成許多力學(xué)功課，比如橋梁、材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)等等，這些都必須由他自己動(dòng)手算出結(jié)果，然而他往往一整天都算不完一道強(qiáng)度核算題目。

一天，在疲憊不堪地完成了作業(yè)后，楚澤突然發(fā)現(xiàn)，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)器完成。

畢業(yè)后，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。煩瑣的計(jì)算現(xiàn)在變成了楚澤的主要職業(yè)，而輔助工具只有計(jì)算尺，所以他想制造一臺(tái)計(jì)算機(jī)的愿望愈發(fā)強(qiáng)烈。楚澤在這家工廠里只待了短短的幾個(gè)月，便辭職回家做他的“發(fā)明夢(mèng)”了。

楚澤從小愛(ài)好繪畫(huà)，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。修理機(jī)器的活他也很拿手，還時(shí)常動(dòng)手制作稀奇古怪的玩意兒，讓同學(xué)大吃一驚。

在黑暗中摸索

在父母的幫助下，楚澤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(kāi)始了漫長(zhǎng)的研制生涯。

楚澤生活在法西斯強(qiáng)權(quán)統(tǒng)治下的德國(guó)，且沒(méi)有相關(guān)專業(yè)背景，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(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)巴貝奇和霍列瑞斯的名字。他甚至無(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”了他很少的一點(diǎn)錢。

在黑暗中摸索幾乎用了楚澤兩年時(shí)間。他認(rèn)為，計(jì)算機(jī)最重要的部分不是計(jì)算本身，而是過(guò)程和計(jì)算結(jié)果的傳送與儲(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)備加工數(shù)以百計(jì)的金屬片，或者用手鋸在圓鋼上鋸下薄鋼板。

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。他花光了僅有的積蓄，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。

霍列瑞斯博士對(duì)計(jì)算機(jī)的未來(lái)作出了許多正確的預(yù)見(jiàn)，為穿孔卡計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，是“數(shù)據(jù)處理之父”。

程序控制第一人

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，明顯是受到了萊布尼茨（他發(fā)明并完善了二進(jìn)制）的啟發(fā)。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)的性能不理想，第二年，楚澤的朋友給了他一些廢棄的繼電器，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)器可以正常工作了。這時(shí)，楚澤的工作才引起了德國(guó)飛機(jī)實(shí)驗(yàn)研究所的關(guān)注，他終于得到了第一筆正式的資助。

1941年，第三臺(tái)電磁式計(jì)算機(jī)Z-3完成。它使用了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。在緊張研究的間隙里，他還寫出了世界上第一個(gè)下國(guó)際象棋的計(jì)算機(jī)程序。

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。一年后，在德國(guó)法西斯即將毀滅的前夕，楚澤又建造了一臺(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，龐大的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，這一成果也使楚澤躋身于計(jì)算機(jī)語(yǔ)言先驅(qū)者行列。

糧倉(cāng)成了避難所

因害怕再次被炸，楚澤帶著Z-4四處轉(zhuǎn)移，最后和它一起飛往德國(guó)南部，搬到了阿爾卑斯山區(qū)的欣特斯泰因小鎮(zhèn)，在此繼續(xù)自己的發(fā)明研究。

然而1945年，就在盟軍攻陷法西斯德國(guó)的首都柏林后不久，兩名英國(guó)情報(bào)官得到了一個(gè)驚人的消息：欣特斯泰因小鎮(zhèn)的一個(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)。他們?cè)诠フ荚撴?zhèn)的法國(guó)士兵帶領(lǐng)下，打開(kāi)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，這丑丑的機(jī)器怎么看也不像是德國(guó)的“先進(jìn)計(jì)算機(jī)”呀，充其量是某個(gè)印刷廠遺棄的排字機(jī)嘛！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)啊?！背傻腪-4因此幸免于難。

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)界才相信了德國(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)這一事實(shí)。

時(shí)光之外的數(shù)字計(jì)算機(jī)之父

隨后，楚澤創(chuàng)辦了“楚澤計(jì)算機(jī)公司”，于1958年研制出電子管通用計(jì)算機(jī)Z-22R。但這時(shí)，距離第一臺(tái)電子管通用計(jì)算機(jī) 誕生已經(jīng)過(guò)去了12年之久。但電腦史學(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)了，世界計(jì)算機(jī)的歷史將會(huì)改寫。

事實(shí)上，早在1938年，楚澤和他的朋友就已經(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)了。當(dāng)他在戰(zhàn)后聽(tīng)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)的消息時(shí)，不禁感嘆地說(shuō)：“我所能做的，僅僅是搖搖頭而已?！?/p>

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。值得欣慰的是，如今全世界都已經(jīng)承認(rèn)他是“數(shù)字計(jì)算機(jī)之父”了。

楚澤幾乎被人遺忘了幾十年。他在1941年為Z-3計(jì)算機(jī)提出了專利申請(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。