Konrad Zuse

Bedeutung und Lebensweg

Konrad Ernst Otto Zuse (22. Juni 1910–18. Dezember 1995) war ein deutscher Bauingenieur, Erfinder und Unternehmer. Er entwickelte 1941 mit der Z3 den ersten funktionsfähigen Computer der Welt: einen vollautomatischen, programmgesteuerten und frei programmierbaren Rechner, der mit binärer Gleitkommarechnung arbeitete. Seine Arbeiten verbanden Mechanik, Elektrotechnik, Mathematik und frühe Informatik.

Zuse wuchs zunächst in Braunsberg und später in Hoyerswerda auf. Schon als Jugendlicher konstruierte er technische Modelle und Erfindungen. 1928 legte er das Abitur ab. An der Technischen Hochschule Berlin-Charlottenburg studierte er zunächst Maschinenbau, später Architektur und schließlich Bauingenieurwesen. 1935 schloss er sein Ingenieurstudium mit einem Diplom ab.

Zunächst arbeitete Zuse als Statiker bei den Henschel Flugzeug-Werken in Schönefeld bei Berlin. Die wiederholenden statischen Berechnungen brachten ihn dazu, Rechenvorgänge zu automatisieren. Er gab seine Stelle auf und richtete in der Wohnung seiner Eltern eine Erfinderwerkstatt ein. Dort entstand die Z1.

Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete Zuse bei Henschel an der Gleitbombe Hs 293 und entwickelte Spezialrechner zur Flügelvermessung. 1941 gründete er die „Zuse Ingenieurbüro und Apparatebau, Berlin“, das zuletzt 20 Mitarbeiter beschäftigte. Es war das einzige Unternehmen in Deutschland, das während des Kriegs Rechner entwickeln durfte. Zuse wurde zwar nie Mitglied der NSDAP, arbeitete aber ohne erkennbare Vorbehalte in der Rüstungsindustrie. Dokumente belegen eine Finanzierung seiner Computer durch Rüstungsbetriebe und NS-Institutionen mit über 250.000 Reichsmark.

Am 6. Januar 1945 heiratete Zuse Gisela Brandes; das Paar hatte fünf Kinder. Gegen Kriegsende floh die Familie über Göttingen ins Allgäu und nahm die Z4 mit. Nach starkem Wachstum seines Unternehmens musste Zuse 1964 seine Kapitalanteile wegen Überschuldung abgeben. Danach arbeitete er als Berater und widmete sich im Ruhestand besonders der Malerei im expressionistischen Stil.

Von der Z1 zur Z4

Die 1938 fertiggestellte Z1 war ein elektrisch angetriebener mechanischer Rechner. Sie arbeitete als erster Rechner mit binären Zahlen und besaß bereits ein Ein-/Ausgabewerk, ein Rechenwerk, ein Speicherwerk und ein Programmwerk. Programme wurden von gelochten Kinofilmstreifen gelesen. Wegen ungenauer mechanischer Schaltwerke klemmte die Z1 jedoch regelmäßig und arbeitete nie zuverlässig. Das Original wurde im Bombenkrieg zerstört; Zuse baute sie von 1987 bis 1989 aus dem Gedächtnis nach.

Für die Z1 entwickelte Zuse die computergerechte Gleitkommadarstellung. Sie beruht auf Mantisse und Exponent. Mit Gleitkommazahlen können Computer sehr große und sehr kleine Zahlen darstellen. Die Arbeit gilt als Grundlage für heute verbreitete Gleitkommazahlenformate, einschließlich der IEEE-754-Normierung.

Die mechanische Schaltung übertrug Zuse anschließend auf elektromechanische Relais. Den Prototyp Z2 stellte er 1939 fertig; er arbeitete zunächst nur mit Festkommazahlen. Nach einer Vorführung 1940 erklärte sich Günther Bock von der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt bereit, die Entwicklung der Z3 mitzufinanzieren.

Am 12. Mai 1941 stellte Zuse gemeinsam mit Helmut Schreyer die Z3 vor. Sie besaß einen Speicher und eine Zentralrecheneinheit aus Telefonrelais und arbeitete automatisch mit binären Gleitkommazahlen. Berechnungen konnten programmiert werden; bedingte Sprünge und Programmschleifen waren zunächst nicht vorgesehen. Die Z3 wurde praktisch für eine komplexe Matrixberechnung zur Untersuchung des Flügelflatterns eingesetzt. Sie wurde jedoch nie als „dringlich“ eingestuft und nicht in den Routinebetrieb übernommen. Das Original wurde am 21. Dezember 1943 durch einen Bombenangriff zerstört; ein funktionsfähiger Nachbau von 1962 steht im Deutschen Museum in München.

Die Z3 war ursprünglich nicht als Turing-vollständiger Rechner konstruiert. Turing-vollständig bedeutet, dass ein System grundsätzlich jede berechenbare Aufgabe ausführen kann. Raúl Rojas zeigte 1998, dass die Z3 durch Tricks, etwa das Zusammenkleben des Lochstreifens zu einer Schleife, diese Eigenschaft dennoch besaß. Damit gilt sie als der erste tatsächlich gebaute Rechner mit dieser Eigenschaft.

Die fest programmierten Spezialrechner S1 (1942) und S2 (1943) dienten der Flügelvermessung der Hs 293. Zuse mechanisierte dabei das Ablesen von Messuhren; die eingesetzten Geräte gelten als erste Analog-Digital-Wandler. 1944 verwirklichte er in Warnsdorf die erste Prozesssteuerung per Computer.

Die Z4 war eine Weiterentwicklung der Z3 und ebenfalls ein elektromechanischer Relaisrechner. Sie wurde gegen Kriegsende unter der Bezeichnung V4 von Berlin nach Göttingen gebracht und später in das Allgäu gerettet. 1950 wurde sie an die ETH Zürich gebracht. Dort war sie von 1950 bis 1955 im Betrieb, der einzige funktionierende Computer in Mitteleuropa und der erste kommerzielle Computer weltweit. Sie wurde einige Monate vor der amerikanischen UNIVAC installiert. 1955 verkaufte Zuse sie an das französische Rüstungsforschungsinstitut ISL; 1960 kaufte die Zuse KG sie zurück.

Programmiersprache, Unternehmen und Theorien

Während der Arbeit an der Z4 erkannte Zuse, dass die Programmierung in Maschinensprache zu aufwändig war. Deshalb entwarf er in den Jahren 1942/46 den „Plankalkül“, eine höhere Programmiersprache. Eine höhere Programmiersprache ermöglicht es, Programme in einer für Menschen verständlicheren Form zu beschreiben, statt unmittelbar mit den Maschinenbefehlen zu arbeiten. Zuse hatte zuvor sogar erwogen, Esperanto dafür zu verwenden. Der Plankalkül konnte zunächst nicht veröffentlicht werden. Er wurde erst 1975 im Rahmen einer Dissertation von Joachim Hohmann implementiert. Die Sprache wäre universeller als die später entwickelten Sprachen Fortran, Algol und Cobol gewesen.

1949 gründete Zuse in Neukirchen die Zuse KG. Die Rechner trugen eine fortlaufende Z-Nummer. Die Z5 berechnete Leitz-Objektive. Besonders bedeutend war die Relaismaschine Z11, die an die optische Industrie, Universitäten und Flurbereinigungsbehörden verkauft wurde. Mit der Einführung der Elektronik begann eine neue Zählung: Die Z22 wurde 1955 Zuses erster Röhrencomputer; ihre Daten wurden in einem Magnetspeicher gespeichert. Zuse entwickelte außerdem den ersten Plotter, den Graphomat Z64.

1957 verlegte die Zuse KG ihren Sitz nach Bad Hersfeld. Bis 1967 baute das Unternehmen insgesamt 251 Computer. Das schnelle Wachstum, hohe Kreditzinsen, fehlende staatliche Forschungsförderung und Verzögerungen bei der Auslieferung der Z25 führten zu finanziellen Problemen. 1964 schied Zuse als aktiver Teilhaber aus; die Gesellschaft wurde zunächst von der deutschen BBC in Mannheim und Anfang 1967 von Siemens übernommen.

In den Jahren 1945/1946 entwickelte Zuse die Idee des „Rechnenden Raums“. Er stellte sich den Kosmos als gigantische Rechenmaschine vor. In seinem 1969 erschienenen Buch gleichen Titels entwickelte er eine Theorie zellulärer Automaten und wandte sie auf die Kosmologie an. Damit legte er einen Grundstein der digitalen Physik.

Zuse meldete insgesamt 58 Patente an, von denen nur acht erteilt wurden. Eine besonders wichtige Anmeldung von 1941 beschrieb die Z3. Obwohl die deutschen Prüfer zunächst keine Einwände erhoben und das Patent 1952 bekanntgemacht wurde, legten Triumph und später IBM Einspruch ein. Das Bundespatentgericht entschied 1967 endgültig, dass wegen fehlender „Erfindungshöhe“ kein Patent erteilt werden könne. Die Möglichkeit, die Prozesssteuerung zu patentieren, hatte Zuse nicht erkannt.

Weitere Entwicklungen und künstlerisches Werk

1958 erhielt Zuse das Patent „Fotoelektrisch durch Gegenlicht steuerbare Beleuchtungseinrichtung“ (Registriernummer 1190413). Er beschrieb darin, wie Fotodioden Gegenverkehr erkennen und einzelne, bestimmten Straßenbereichen zugeordnete Scheinwerfer automatisch abschalten können. So sollte die Straße möglichst gut ausgeleuchtet und der Gegenverkehr möglichst wenig gestört werden. Die Idee wurde mit mehrkanaligen LED-Scheinwerfern, Kamera und Bildauswertung weiterentwickelt und war 2016 reif für die Serienproduktion.

Neben der Technik beschäftigte sich Zuse mit Kunst. Er schuf Ölgemälde, Kreidezeichnungen und Linolschnitte und signierte einige Werke mit dem Pseudonym Kuno See. Insgesamt malte er über 500 Bilder. Werke befinden sich unter anderem in der Staatlichen Graphischen Sammlung München, im Konrad-Zuse-Museum in Hünfeld und im Astronomisch-Physikalischen Kabinett in Kassel. 2010 wurden in Oberhausen mehr als 130 Werke gezeigt; 2012 waren Bilder im Rahmen der documenta 13 in Kassel ausgestellt. 1995 übergab Zuse Bill Gates auf der Cebit ein von ihm gemaltes Porträt.

Ehrungen, Erinnerung und erhaltene Rechner

Zuse erhielt zahlreiche Ehrendoktortitel und Auszeichnungen. Dazu gehörten der Werner-von-Siemens-Ring (1964), der Harry H. Goode Memorial Award (1966), die Wilhelm-Exner-Medaille (1969), das Große Verdienstkreuz der Bundesrepublik Deutschland (1973) sowie der Preis der Aachener und Münchener für Technik und angewandte Naturwissenschaften (1980). 1972 wurde er Mitglied der Leopoldina. 1985 wurde er erstes Ehrenmitglied der Gesellschaft für Informatik; seit 1987 verleiht diese die Konrad-Zuse-Medaille für Verdienste um die Informatik. 1995 ernannte Hoyerswerda ihn zum Ehrenbürger. 1998 würdigten Experten auf der Welt-Mathematikerkonferenz in Paderborn seine Beiträge zur Computerentwicklung besonders hoch.

1984 wurde das Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin gegründet. Zahlreiche Schulen, Straßen, Gebäude und Einrichtungen tragen seinen Namen. Hünfeld führt seit 2006 die Zusatzbezeichnung „Konrad-Zuse-Stadt“. 2010, zu seinem hundertsten Geburtstag, fanden in mehreren deutschen Städten Ausstellungen, Vorträge und Workshops statt. Die Deutsche Post gab am 10. Juni 2010 eine Sonderbriefmarke heraus; am selben Tag erschien eine 10-Euro-Gedenkmünze.

Im Deutschen Technikmuseum Berlin stehen die nachgebaute Z1 sowie unter anderem die Rechner Z11, Z22, Z23, Z25, Z31, Z60 und der Graphomat Z64. Das Deutsche Museum in München zeigt die Z4 im Zustand von 1950 und den funktionsfähigen Nachbau der Z3. Weitere Zuse-Rechner befinden sich unter anderem in Hünfeld, Hoyerswerda, Bonn, Bern, Paderborn, Kassel, Kiel, Bad Hersfeld, Linz und Erlangen. Die Informatik Sammlung Erlangen besitzt eine 2015 wieder in Betrieb genommene, wohl derzeit einzige lauffähige Z23.

Zu Zuses eigenen wichtigen Veröffentlichungen gehören das Buch „Rechnender Raum“ (1969) und „Der Computer – Mein Lebenswerk“ (1993). Die Forschungsliteratur behandelt unter anderem die Z1, die Z4 und ihren Einsatz an der ETH Zürich, die Geschichte der Zuse KG sowie Zuses Beiträge zur Baustatik und zur Entwicklung des Computers.