Z3 (computer) - Z3 (computer)

Zuse Z3 -replika udstillet på Deutsches Museum i München

Den Z3 var en tysk elektromekanisk computer designet af Konrad Zuse i 1935, og afsluttet i 1941. Det var verdens første arbejdsdag programmerbare , fuldautomatisk digital computer . Z3 blev bygget med 2.600 relæer , der implementerede en 22- bit ordlængde, der fungerede med en urfrekvens på omkring 5-10  Hz . Program koden blev opbevaret på hullede film . De oprindelige værdier blev indtastet manuelt.

Z3 blev færdiggjort i Berlin i 1941. Den blev ikke betragtet som vital, så den blev aldrig sat i daglig drift. Baseret på den tyske aerodynamiske ingeniør Hans Georg Küssners arbejde (kendt for Küssner -effekten ) blev der skrevet et "Program til at beregne en kompleks matrix" til at løse problemer med vingefladder . Zuse bad den tyske regering om finansiering til at erstatte relæerne med fuldt elektroniske switches, men finansiering blev nægtet under Anden Verdenskrig, da en sådan udvikling blev anset for "ikke krigsvigtig".

Den originale Z3 blev ødelagt den 21. december 1943 under et allieret bombardement af Berlin . At Z3 oprindeligt blev kaldt V3 ( Versuchsmodell 3 eller Experimental Model 3), men blev omdøbt, så den ikke ville blive forvekslet med Tysklands V-våben . En fuldt fungerende kopi blev bygget i 1961 af Zuses firma, Zuse KG , som nu er permanent vist på Deutsches Museum i München .

Z3 blev demonstreret i 1998 for i princippet at være Turing-komplet . Men fordi den manglede betinget forgrening , opfylder Z3 kun denne definition ved spekulativt at beregne alle mulige resultater af en beregning.

Takket være denne maskine og dens forgængere er Konrad Zuse ofte blevet foreslået som computerens opfinder.

Design og udvikling

Zuse designede Z1 i 1935 til 1936 og byggede den fra 1936 til 1938. Z1 var fuldstændig mekanisk og fungerede højst et par minutter ad gangen. Helmut Schreyer rådede Zuse til at bruge en anden teknologi. Som doktorand ved Berlin Institute of Technology i 1937 arbejdede han på implementeringen af ​​boolske operationer og (i nutidens terminologi) flip-flops på basis af vakuumrør . I 1938 demonstrerede Schreyer et kredsløb på dette grundlag for et lille publikum og forklarede sin vision om en elektronisk computermaskine - men da de største operationelle elektroniske enheder indeholdt langt færre rør, blev dette betragtet som praktisk umuligt. I det år, da planen for en computer med 2.000 elektronrør blev præsenteret, blev Zuse og Schreyer, der var assistent ved Wilhelm Stäbleins  [ de ] Telekommunikationsinstitut ved det tekniske universitet i Berlin, modløse af medlemmer af instituttet, der kendte til problemerne med elektronrørteknologi. Zuse huskede senere: ”De smilede til os i 1939, da vi ville bygge elektroniske maskiner… Vi sagde: Den elektroniske maskine er fantastisk, men først skal komponenterne udvikles.” I 1940 lykkedes det Zuse og Schreyer at arrangere et møde kl. den Oberkommando der Wehrmacht (OKW) for at drøfte en mulig projekt for at udvikle en elektronisk computer, men når de estimerede en varighed på to eller tre år, blev forslaget afvist.

Zuse besluttede at implementere det næste design baseret på relæer. Realiseringen af Z2 blev hjulpet økonomisk af Kurt Pannke , der fremstillede små regnemaskiner. Z2 blev færdiggjort og præsenteret for et publikum i Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt ("tysk laboratorium for luftfart") i 1940 i Berlin-Adlershof. Zuse var heldig - denne præsentation var et af de få tilfælde, hvor Z2 faktisk virkede og kunne overbevise DVL om delvis at finansiere det næste design.

Forbedret på den grundlæggende Z2 -maskine byggede han Z3 i 1941, hvilket var et meget hemmeligt projekt fra den tyske regering. Joseph Jennissen (1905–1977), medlem af "Research-Leadership" ( Forschungsführung ) i Reich Air Ministry fungerede som regeringstilsynsførende for ordrer fra ministeriet til Zuses firma ZUSE Apparatebau . En yderligere mellemmand mellem Zuse og Reich Air Ministry var aerodynamikeren Herbert A. Wagner .

Z3 blev færdiggjort i 1941 og var hurtigere og langt mere pålidelig end Z1 og Z2. Z3 floating-point-aritmetikken blev forbedret i forhold til Z1's ved, at den implementerede undtagelseshåndtering "ved hjælp af kun få relæer", de ekstraordinære værdier (plus uendeligt, minus uendeligt og udefineret) kunne genereres og passeres gennem operationer. Z3 lagrede sit program på et eksternt bånd, og derfor var det ikke nødvendigt at foretage omladning for at ændre programmer.

Den 12. maj 1941 blev Z3 præsenteret for et publikum af forskere, herunder professorerne Alfred Teichmann og Curt Schmieden fra Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt ("German Laboratory for Aviation") i Berlin , i dag kendt som German Aerospace Center i Köln .

Zuse gik videre til Z4 -designet, som han gennemførte i en bunker i Harz -bjergene sammen med Wernher von Brauns ballistiske missiludvikling. Da anden verdenskrig sluttede, trak Zuse sig tilbage til Hinterstein i Alperne med Z4, hvor han blev i flere år.

Z3 som en universel Turing -maskine

Det var muligt at konstruere sløjfer på Z3, men der var ingen betinget greninstruktion . Ikke desto mindre var Z3 Turing-komplet -hvordan man implementerer en universel Turing-maskine på Z3 blev vist i 1998 af Raúl Rojas . Han foreslog, at båndprogrammet skulle være langt nok til at udføre alle mulige veje gennem begge sider af hver gren. Det ville beregne alle mulige svar, men de unødvendige resultater ville blive annulleret (en slags spekulativ udførelse ). Rojas slutter: "Vi kan derfor sige, at fra et abstrakt teoretisk perspektiv er Z3s computermodel ækvivalent med computermodellen for nutidens computere. Fra et praktisk perspektiv, og på den måde Z3 virkelig var programmeret, var det ikke svarende til moderne computere. "

Denne tilsyneladende begrænsning understøtter det faktum, at Z3 leverede et praktisk instruktionssæt til de typiske tekniske applikationer i 1940'erne. I betragtning af de eksisterende hardwarebegrænsninger var Zuses hovedmål dengang at have en brugbar enhed til at lette sit arbejde som civilingeniør .

Forhold til andet arbejde

Succesen for Zuses Z3 tilskrives ofte brugen af ​​det enkle binære system. Dette blev opfundet cirka tre århundreder tidligere af Gottfried Leibniz ; Boole brugte det senere til at udvikle sin boolske algebra . Zuse blev inspireret af Hilberts og Ackermanns bog om elementær matematisk logik Principper for matematisk logik . I 1937 introducerede Claude Shannon ideen om at kortlægge boolsk algebra på elektroniske relæer i et skelsættende arbejde med design af digitale kredsløb . Zuse kendte imidlertid ikke til Shannons arbejde og udviklede grundarbejdet uafhængigt af sin første computer Z1 , som han designede og byggede fra 1935 til 1938.

Zuses kollega Helmut Schreyer byggede en elektronisk digital eksperimentel model af en computer ved hjælp af 100 vakuumrør i 1942, men den gik tabt i slutningen af ​​krigen.

En analog computer blev bygget af raketforsker Helmut Hölzer i 1942 på Peenemünde Army Research Center for at simulere V-2 raketbaner.

Den Tommy Flowers -bygget Colossus (1943) og Atanasoff-Berry Computer (1942) anvendes Termioniske ventiler (vakuum rør) og binær repræsentation af tal. Programmeringen var ved hjælp af gen-tilslutning af patchpaneler og indstilling af kontakter.

Den ENIAC computer, der blev afsluttet efter krigen, brugte vakuumrør at gennemføre afbrydere og brugt decimal repræsentation for tal. Indtil 1948 var programmeringen, som med Colossus, af patchledninger og switches.

Den Manchester Baby fra 1948 sammen med Manchester Mark 1 og EDSAC begge af 1949 var verdens tidligste arbejder computere, lagrede programinstruktioner og data i det samme rum. I dette implementerede de konceptet med lagret program, som ofte (men fejlagtigt) tilskrives et papir fra 1945 af John von Neumann og kolleger. Von Neumann siges at have givet æren til Alan Turing , og konceptet var faktisk blevet nævnt tidligere af Konrad Zuse selv i en patentansøgning fra 1936 (der blev afvist). Konrad Zuse huskede selv i sine erindringer: "Under krigen havde det knap nok været muligt at bygge effektive lagrede programenheder alligevel." og Friedrich L. Bauer skrev: "Hans visionære ideer (live -programmer), der først skulle udgives år efterfølgende, havde som mål den rigtige praktiske retning, men blev aldrig implementeret af ham."

specifikationer

  • Gennemsnitlig beregningshastighed: tilføjelse - 0,8 sekunder, multiplikation - 3 sekunder
  • Aritmetisk enhed: Binært flydende punkt , 22-bit, add, subtraher, multiplicér, divider, kvadratrod
  • Datahukommelse: 64 ord med en længde på 22 bit
  • Programhukommelse: Stanset celluloidbånd
  • Input: Decimal flydende tal
  • Output: Decimal flydende tal
  • Input og Output blev lettere af en terminal med et specielt tastatur til input og en række lamper for at vise resultater
  • Elementer: Omkring 2.000 relæer (1.400 for hukommelsen)
  • Frekvens: 5-10 hertz
  • Strømforbrug: Cirka 4.000 watt
  • Vægt: Cirka 1 ton (2.200 lb)

Moderne rekonstruktioner

Z3 -rekonstruktion i 2010 af Horst Zuse

En moderne rekonstruktion instrueret af Raúl Rojas og Horst Zuse startede i 1997 og sluttede i 2003. Det er nu i Konrad Zuse Museum i Hünfeld, Tyskland. Hukommelsen blev halveret til 32 ord. Strømforbruget er omkring 400 W, og vægten er omkring 30 kg (66 lb).

I 2008 startede Horst Zuse selv en rekonstruktion af Z3. Det blev præsenteret i 2010 i Konrad Zuse -museet i Hünfeld.

Se også

Noter

Referencer

Yderligere læsning

  • B. Jack Copeland, red. (2006). Colossus: The Secrets of Bletchley Parks Codebreaking Computers . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-284055-4.
  • R. Rojas; F. Darius; C. Göktekin & G. Heyne (2005). "Genopbygningen af ​​Konrad Zuses Z3". IEEE Annals of the History of Computing . 27 (3): 23–32. doi : 10.1109/mahc.2005.48 . S2CID  16288658 .

eksterne links