Zuse Z3

Münih'teki Deutsches Museum'daki Zuse Z3'ün kopyası

Z3 dünyanın ilk işlevsel oldu sayısal bilgisayar tarafından 1941 yılında yaptırılmıştır Konrad Zuse ile işbirliği içerisinde Helmut Schreyer içinde Berlin . Z3, aritmetik birim için 600 röle ve depolama birimi için 1400 röle ile elektromanyetik röle teknolojisinde uygulandı .

Z1 gibi Z3 de Konrad Zuse tarafından bilgisayar teknolojisine tanıtılan ikili kayan nokta aritmetiğini kullandı . ENIAC'ın tasarımı ve kullanımının aksine , Z3'ün tasarımı daha sonraki güçlü bir bilgisayar tanımını karşılamadı ve hiçbir zaman bu şekilde kullanılmadı. Tamamen teorik bir bakış açısından, yine de karmaşık sapmaların akıllıca kullanılmasıyla bu özelliğe sahip olduğu ancak 1998'de keşfedildi. Özellikle Almanya'da Z3, dünyanın ilk işlevsel evrensel bilgisayarı olarak kabul edilir. 1944'te bir bombalı saldırıda yok edildi .

Öykü

Berlin -Kreuzberg'deki Methfesselstrasse 7'deki Zuse Z3 için Berlin anıt plaketi

Z3'ün geliştirilmesinden önce, tamamen mekanik Z1 ve geçiş modeli Z2'nin geliştirilmesi geldi . Alman Havacılık Araştırma Enstitüsü Z2 baktı ve o Z3 inşa edebileceğini o 25.000 Reichsmark'tan böylece Zuse verdi almıştı. 12 Mayıs 1941'de Z3 nihayet bir grup bilim insanına ( Alfred Teichmann ve Curt Schmieden dahil) sunuldu . Zuse 1941'de kısaca savaşa alındığında, bir arkadaşına şöyle yazdı: "Diğerleri aileyi geride bırakır, ben Z3'ü bırakırım." ( Konrad Zuse : Berlin Teknik Üniversitesi'nin ünlü mezunları )

Orijinal Z3 hesaplama makinesi, 1944'te II. Dünya Savaşı sırasında Berlin'e yapılan bombalı saldırılarda imha edildi. Artık gerçekten çalışan bir Z3 olduğuna dair hiçbir kanıtı olmadığı için Zuse için trajik bir andı. 1962 yılında Zuse KG tarafından sergi amaçlı yapılan işlevsel bir replika Münih'teki Deutsches Museum'dadır . Eski yerde, Berlin'in Kreuzberg semtindeki Methfesselstrasse'deki evin kalıntıları üzerinde, Zuse'nin iş yerinin anısına bir plaket. 22 Haziran 2010 tarihinde Konrad Zuse'nin 100. doğum beri, Z3 bir kopyası sergilendi Konrad Zuse Müzesi'nde de Hünfeld .

teknoloji

özellikler

Z3, ilk tamamen işlevsel programlanabilir dijital bilgisayar olmasının yanı sıra, modern bilgisayarların birçok özelliğini içeriyordu:

Z1 de yukarıda sayılan özelliklerin hemen hemen hepsine sahipti ancak mekanik yapısı nedeniyle aritmetik birimi çok güvenilir çalışmadığı için fazla ilgi görmedi. Genel olarak Z1 ve Z3'ün yapısı birbirine çok benzer, bu özellikle aritmetik birim için geçerlidir.

yapı

Z3, Z5, Z11 tipi bilgisayarların röleleri

Z3 şunlardan oluşuyordu:

  • toplama, çıkarma, çarpma, bölme, karekök, ondalık-çift ve çift-ondalık dönüştürme için bir röle - kayan nokta aritmetik birimi (600 röle). Aritmetik birimin iki kaydı R1 ve R2 vardır.
  • 64 word, her biri 22 bit (1 işaret biti , 7 bit üs, 14 bit mantis ) depolama kapasitesine sahip bir röle belleği (1400 röle )
  • bir delikli şerit okuyucu film programlarında okuma şeritler (ancak verileri)
  • 30.000 kablo
  • sayıların girişi ve çıkışı ve hesaplamaların manuel kontrolü için lamba alanlı bir klavye.

Bilgisayar bir duvar ünitesine benziyordu ve tüm odayı dolduruyordu. Yaklaşık bir ton ağırlığındaydı.

işlevsellik

Z3 saatli bir makinedir. Zamanlama, bir zamanlama silindirini çalıştıran bir elektrik motoru tarafından yapılır. Bu, saniyede yaklaşık 5,3 kez dönen ve bir dönüş sırasında ayrı röle gruplarını kontrol eden bir tamburdur. Tamburun dönüş hızı, modern ana işlemcilerin işlem hızına karşılık gelir, bu da bu bilgisayarın 5,3 Hz hızına sahip olduğu anlamına gelir. Z3'ün ana belleği 200 bayttır. Z3, aşağıdaki makine komutlarına sahiptir :

emretmek tanım Süre (döngü)
Pr z Bellek hücresi z'yi R1 / R2 kaydına yükleyin 1
not z z bellek hücresine R1 yazın 0-1
La Toplama: R1 ← R1 + R2 3
Ls Çıkarma: R1 ← R1 - R2 4-5
lm Çarpma: R1 ← R1 × R2 16
Li Bölüm: R1 ← R1 / R2 18.
Lw Karekök: R1 ← √ (R1) 20.
lu R1 / R2'de ondalık sayıda oku 9-41
Ld İkili sayı olarak R1 çıkışı 9-41

Sayısal veriler klavye kullanılarak girilmelidir; bu, sayıların delikli bant üzerinde kodlanamayacağı anlamına gelir. Bellek erişimi (Pr ve Ps) dışındaki tüm işlemler doğrudan klavye üzerinden gerçekleştirilebilir. Delikli bant yalnızca komutlar içerebilir, her komut 8 bit ile kodlanmıştır. Delikli bant üzerindeki tam kodlama, Opcode makalesinde bulunabilir .

Z3 hiçbir atlama komutu bilmez , ancak Raúl Rojas'ın 1998'de gösterdiği gibi , sonlu hesaplama doğruluğunun ustaca kullanılması sayesinde güçlüdür . Ancak bu sonuç sadece teorik bir öneme sahiptir, çünkü atlama komutlu programların zahmetli bir şekilde dönüştürülmesi gerekir ve program çalışma süresi artar.

aritmetik birim

Z3'ün her aritmetik işlemi, iki doğal sayının toplanmasına dayanır. Bu temel toplama işlemi, XOR (XOR (x, y), TAŞIMA (x, y)) ile hesaplanır, burada TAŞIMA (x, y) taşıma işlevidir, örn. B. TAŞIMA (0011011, 1010110) = 0111100.

  • İki kayan noktalı sayı, üsler arasındaki fark hesaplanarak eklenir , ardından bir sayının mantisi buna göre eşleştirilir ve son olarak mantisler toplanır.
  • Çıkarma , ikinci mantisin ikisinin tümleyeninin kullanıldığı ve taşımanın çıkarıldığı bir toplamaya karşılık gelir.
  • Çarpma, üsleri toplamaya ve ardından mantisleri çarpmaya karşılık gelir. Mantisler, yinelemeli toplama ile çarpılır : 1011 × 0101 = 1011 + 10110 × 010 = 1011 + 101100 × 01 = 110111 + 1011000 × 0 = 110111.
  • Bölme, çarpmaya karşılık gelir, ancak üsler çıkarılır ve mantisleri bölmek için yinelemeli bir çıkarma kullanılır.
  • Kök çekme algoritması, yinelemeli bir bölümle uygulanır (bkz. patent spesifikasyonu).

Genel olarak, aritmetik birim, üslerle hesaplama işi ve mantislerle hesaplama işi olmak üzere iki bölümden oluşur. Yinelemeli yöntemler (Lm, Li, Lw, Lu, Ld) kullanan komutlar için, hesap makinesinin ayrı parçalarını kontrol etmek için bir sıralayıcı kullanılır. Bu kabaca modern mikro programlara karşılık gelir.

operasyon

Hans Georg Küssner'in bir çözümüne göre uçaklardaki kritik flutter frekanslarını hesaplamak için kullanılan Z3 için birkaç test programı ve karmaşık bir matrisin hesaplanması için bir program yazılmıştır . Ancak o zamanlar bilgisayarın kullanımı acil olarak sınıflandırılmamıştı, bu nedenle rutin operasyon hiçbir zaman gerçekleşmedi.

ENIAC ile karşılaştırma

ENIAC (ön planda Betty Snyder , arka planda Glen Beck )

In ABD ve dünyanın büyük parça, ENIAC 1944 yılında inşa, olduğu iki bilgisayar farklı özelliklere sahip ve farklı kriterler süreli bilgisayar tanımlamak için kullanılır gerçeği ile açıklanabilir ilk bilgisayar, kabul.

Z3, ilk dijital bilgisayar ve aynı zamanda ilk ikili, programlanabilir ve güçlü Turing idi . Ancak, tüpleri kullanan ENIAC'ın aksine elektronik değildi ( Helmut Schreyer'in elektronik halef modeli için yaptığı bir fon başvurusu , savaş çabası için gerekli olmadığı gerekçesiyle Reich hükümeti tarafından reddedildi); Ayrıca Turing gücü ancak tasarımcının öngörmediği bir hile sayesinde mümkün olur. ENIAC, tarihteki beşinci dijital bilgisayardı ve aynı anda elektronik, programlanabilir ve güçlü kriterlerini karşılayan ilk bilgisayardı. Ondalık sistemle çalıştı, yani Z3 ve tüm modern bilgisayarlar gibi ikili bir bilgisayar değildi. Almanya'da, daha yaşlı olması ve günümüzde tüm bilgisayarların hala çalıştığı ikili çalışma modu nedeniyle, bu unvan genellikle Z3'e atanır, ancak donanım tasarımının yönü daha az önemlidir.

ENIAC'ın tarihsel tercihi, İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra ABD'de bir bombalamada tahrip olan Z3'ten çok daha fazla ilgi görmesi gerçeğinden de kaynaklanabilir .

bilgisayar modeli ülke Kurulum kayan nokta
aritmetiği		 İkili elektronik olarak programlanabilir güçlü turing
Zuse Z3 Almanya Mayıs 1941 Evet Evet numara Evet, delikli bant kullanarak Evet, pratik kullanım olmadan
Atanasoff-Berry bilgisayar Amerika Birleşik Devletleri 1941 Yazı numara Evet Evet numara numara
dev Birleşik Krallık 1943 numara Evet Evet Kısmen yeniden kablolama ile numara
Mark I. Amerika Birleşik Devletleri 1944 numara numara numara Evet, delikli bant kullanarak Evet
Zuse Z4 Almanya Mart 1945 Evet Evet numara Evet, delikli bant kullanarak Evet, pratik kullanım olmadan
1950 civarında Evet Evet numara Evet, delikli bant kullanarak Evet
ENIAC Amerika Birleşik Devletleri 1946 numara numara Evet Kısmen yeniden kablolama ile Evet
1948 numara numara Evet Evet, bir direnç matrisi kullanarak Evet

Diğer Zuse bilgisayarları (seçim)

Modern rölelere sahip Z3 replikası (Horst Zuse 2010, Konrad-Zuse-Museum Hünfeld )

Edebiyat

İnternet linkleri

Commons : Zuse Z3  - resim, video ve ses dosyaları koleksiyonu

Bireysel kanıt

  1. ↑ Zuse 2010 s. 55.
  2. ↑ 70 yıl önce: Amerika ilk elektronik evrensel bilgisayar ENIAC'ı tanıdı , Heise 14 Şubat 2016'da çevrimiçi
  3. ↑ konrad-zuse.net
  4. ↑ a b c d e Kristina R. Zerges, Stefanie Terp: Konrad Zuse . Bilgisayarın babası. Ed.: Berlin Teknik Üniversitesi'nin basın ve enformasyon bölümü (= Berlin Teknik Üniversitesi'nin  ünlü mezunları ). omnisatz GmbH, Berlin.
  5. ^ Konrad Zuse tarafından hazırlanan Z3 ve Z4. İçinde: Alman Müzesi. Erişim tarihi: 6 Ağustos 2020 .
  6. ↑ Pierre Kurby: 70 yıllık Z3: Jeopardy'yi kazanmak için kaç tane Zuse Z3 bilgisayarına ihtiyacınız var? İçinde: e-recht24.de. 12 Mayıs 2011, 8 Ocak 2018'de erişildi .
  7. ^ Raúl Rojas: Konrad Zuse'nin Mirası: Z1 ve Z3'ün Mimarisi . In: IEEE Annals of the History of Computing, Cilt 19, No. 2, 1997 . S. 5–16 (İngilizce, ed-thelen.org [PDF; 11 Ekim 2018'de erişildi]).
  8. ^ Raúl Rojas : Zuse'un Z3'ü nasıl evrensel bir bilgisayar yapılır . In: Annals of the History of Computing . kaset 20 , hayır. 3 . IEEE, 1998, ISSN  1058-6180 , DOI : 10,1109 / 85,707574 ( PDF Tarama , PDF , HTML ( Memento 3 Ağustos 2014 yılında Internet Archive )).
  9. ↑ Hans Dieter Hellige (Ed.): Bilgisayar Bilimi Öyküleri. Vizyonlar, paradigmalar, ana motifler. Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-00217-0 .
  10. ↑ Zuse 2010 s. 57.
  11. ↑ Hans-Willy Hohn : Araştırmada bilişsel yapılar ve kontrol sorunları. Nükleer fizik ve bilgisayar bilimi karşılaştırması (=  Max Planck Sosyal Araştırmalar Enstitüsü'nün yazıları, Köln . Cilt 36 ). Frankfurt am Main / New York 1998, ISBN 3-593-36102-7 , s. 148 ( Çevrimiçi [PDF; 1.3 MB ]).