上集［http://www.weibo.com/p/1001603799108023403313］说到了人类意识到所有的计算都可以通过布尔代数实现，并且可以设计出相应的开关电路。这回我们就讲讲在此基础上发展起来的计算机

在电子计算机诞生之前出现过两代过渡型的产品，它们和电子计算机的相同之处在于都采用了布尔代数的二值逻辑来控制计算机，所不同的是，这两代过渡产品分别采用了机械装置和继电器。

在第一次世界大战和第二次世界大战之间，世界科技的发展有两个中心展，欧洲大陆的德国和大西洋对岸的美国（当然美国从英国人那里得到了很大的帮助），很多技术，比如原子能技术和航空技术，双方都是在互不了解对方的情况下独自发展的，在计算机的研制上也不例外。今天，我们熟知在美国（和英国）这一边有香农、图灵和冯诺依曼等人，而对德国人在计算机技术上的成就所知甚少。其实在电子计算机出现之前，德国在计算机技术和工程上一点也不落后，甚至在一些方面还颇为领先，而这在很大程度上要感谢一件事----德国在制造飞机时遇到的大量计算问题，并且感谢一个人----力学工程师康拉德·楚泽(Konrad Zuse，1910-1995)。

在楚泽那个时代，力学和数学是不分家的（上个世纪50年代清华大学的数学和力学还是在一起，称为数力系），因此楚泽的数学基础很好。大学毕业后，他在一家飞机制造厂从事飞机的设计工作，这项工作涉及到大量繁琐的计算，而当时真正能帮上忙的工具只有计算尺。楚泽发现很多计算其实使用的公式都是相同的，比如你总是在算y＝x＊x＋alpha，只是要代入不同的数据而已，这种重复的工作似乎可以交给机器去完成。有了这个想法后，1936年，26岁的楚泽干脆辞了职回家自己去研究这种机器了。

楚泽在此之前对计算机一无所知，他不仅不了解图灵等人的工作（论文都是发表的），甚至连一百年前的巴贝奇的名字都没听说过，他完全是凭着一股热情，独自一人在父母的家里研制能够计算的机器。不过，楚泽知道布尔代数，并将它用于了计算机的设计，他想到了用二值逻辑控制机械计算机的开关，这其实比香农提出用布尔代数实现开关逻辑更早，但是他没有像香农一样上升到理论高度。1938年，在独自一人工作了两年之后，楚泽研制出第一代电动机械计算机Z1。这台计算机有今天计算机的很多组成部分，比如控制器，一个浮点运算器，程序指令和输入输出设备(35毫米打孔胶片)。更重要的是，这是全世界第一台依靠程序自动控制的计算机，在计算机发展史上是一个重大突破，在此之前，各种计算机无论结构多么复杂，无论它的动力来自于人还是电，都无法自动运行程序。不过这台计算机依然存在着明显的缺陷，由于楚泽不知道的图灵的计算机理论，因此Z1并不能实现图灵机的全部功能，比如它没有今天计算机的逻辑判断和逻辑运算功能。此外，这台计算机由电机带动庞大的机械装置，因此计算速度很慢，电机每秒钟转一下，也就是说计算速度为每秒一次。

图1.16.1 楚泽的Z1（复制品，收藏于德国技术博物馆）

在接下来的第二台计算机Z2中，楚泽用继电器取代机械实现了开关电路。要知道开关电路可是今天数字电路的基础，因此楚泽也可以说是今天数字电路设计的先驱。由于是一个人闷头工作而很少和同行交流，楚泽在很长时间里并不知道图灵的理论，他主要是靠自己对数理逻辑的理解和经验来设计计算机的。在功能上Z2比Z1没有太多改进，Z1计算不了的问题Z2照样不能算，不过由于使用了继电器取代机械的开关，Z2的速度是Z1的五倍，即每秒5次。

二战期间，为了获得经费，楚泽开始和纳粹德国政府合作，后人考虑到他当时的难处，没有深究他曾经为纳粹工作的事情。1941年，楚泽研制出了Z3，它使用了2000个继电器。这是世界上第一个功能等同于图灵机的计算机，每秒可以进行5-10次运算。有意思的是，即使在研制出Z3的时候，楚泽依然不了解图灵的理论，这件事简直让人感觉有点难以置信，但事实就是如此，否则他应该能在计算机领域走得更远。在历史上，经常有几个人会同时独自地发明一样东西，在计算机方面，楚泽和图灵也几乎是在同时分别从经验和理论出发，设计出现代计算机原型，这说明了时势造英雄。 

Z3的诞生标志着人类让机器（在程序的控制下）自动完成一系列计算的梦想变成了现实，尽管它并不快，编程也不方便，实用的意义并不大。楚泽当时还不知道，这时在大西洋对岸聚集了一批世界上最聪明的头脑，他们正在紧锣密鼓地研制一种新的计算机----电子计算机，而这种机器最终将改变人类的命运。

好了，我们已经多次提到图灵机，明天我们就来谈谈这玩意。