Zuse Z3
A Z3 volt a világ első működő digitális számítógép és 1941-ben épült a Konrad Zuse együttműködve Helmut Schreyer a Berlin . A Z3 -at elektromágneses relé technológiával tervezték, 600 relével az aritmetikai egységhez és 1400 relével a tárolóegységhez.
A Z1 -hez hasonlóan a Z3 a Konrad Zuse által a számítástechnikába bevezetett bináris lebegőpontos aritmetikát használta . Az ENIAC tervezésével és használatával ellentétben a Z3 tervezése nem felelt meg a nagy teljesítményű számítógép későbbi meghatározásának , és soha nem is használták így. Csak 1998 -ban derült ki, hogy pusztán elméleti szempontból ennek ellenére megvan ez a tulajdonsága az összetett kitérők ügyes felhasználásával. Németországban különösen a Z3 -at tartják a világ első funkcionális univerzális számítógépének. 1944 -ben megsemmisült egy bombázás során .
sztori
A Z3 fejlesztését megelőzte a teljesen mechanikus Z1 és a Z2 átmeneti modell kifejlesztése . A Német Légikutató Intézet megvizsgálta a Z2 -t, és 25 000 reichsmarkot adott Zuse -nak, hogy megépíthesse a Z3 -at. 1941. május 12 -én a Z3 -at végül tudósok egy csoportjának (köztük Alfred Teichmannnak és Curt Schmiedennek ) mutatták be . Amikor Zuse -t 1941 -ben röviden behívták a háborúba, azt írta egy barátjának: "Mások hátrahagyják a családot, én elhagyom a Z3 -at." ( Konrad Zuse : A Berlini Műszaki Egyetem híres öregdiákjai )
Az eredeti Z3 számológépet a második világháború idején 1944 -ben Berlinben végrehajtott bombázási támadások elpusztították. Ez tragikus pillanat volt Zuse számára, mivel már nem volt bizonyítéka arra, hogy valóban létezik működő Z3. A funkcionális másolat, amelyet 1962 -ben készített a Zuse KG kiállítási célokra, a müncheni Deutsches Museumban található. Az egykori helyszínen, a berlini Kreuzberg kerületben , a Methfesselstrasse ház romjain egy emléktábla emlékeztet Zuse munkahelyére. Mivel Konrad Zuse 100. születésnapját június 22-én, 2010, egy másolata a Z3 került kiállításra a Konrad Zuse Múzeum in Hünfeld .
technológia
jellemzők
Amellett, hogy ez volt az első teljesen működőképes programozható digitális számítógép, a Z3 számos modern számítógép funkciót tartalmazott:
- A bináris számrendszer használata
- Lebegőpontos számítás
- Bemeneti és kimeneti eszközök
- A felhasználói interakció lehetősége a számítás során
- Mikroprogramok
- Az utasítássorozatok csővezetékezése
- Különleges számértékek
- A műveletek lehetőleg párhuzamos végrehajtása
A Z1 -nek is szinte minden fent felsorolt jellemzője megvolt, de nem keltett akkora figyelmet, mert számtani egysége a mechanikai felépítés miatt nem működött túl megbízhatóan. Általában véve a Z1 és Z3 szerkezete nagyon hasonlít egymásra, ami különösen igaz a számtani egységre.
Építkezés
A Z3 abból állt
- egy relé - lebegőpontos aritmetikai egység (600 relék) összeadás, kivonás, szorzás, osztás, négyzetgyök, decimális-kettős és a kettős-decimális konverzió. A számtani egység két R1 és R2 regiszterrel rendelkezik .
- egy relé memória (1400 relé) 64 szó tárolókapacitással, egyenként 22 bit (1 előjel bit , 7 bites kitevő, 14 bites mantissa )
- Egy lyukszalag olvasó film csíkok olvasni programok (de nem adat)
- 30.000 kábel
- billentyűzet lámpamezővel a számok bevitelére és kimenetére, valamint a számítások kézi vezérlésére.
A számítógép úgy nézett ki, mint egy fali egység, és betöltötte az egész szobát. Súlya körülbelül egy tonna volt.
funkcionalitást
A Z3 egy órás gép. Az időzítést egy villanymotor végzi, amely vezérli az időzítő görgőt. Ez egy dob, amely másodpercenként kb. 5,3 -szor forog, és egy forgás alatt vezérli az egyes relécsoportokat. A dob forgási sebessége megfelel a modern főprocesszorok feldolgozási sebességének , ami azt jelenti, hogy a számítógép sebessége 5,3 Hz. A Z3 fő memóriája 200 bájt. A Z3 a következő gép parancsokat :
parancs | leírás | Időtartam (ciklus) |
---|---|---|
Pr z | Töltse be a z memóriacellát az R1 / R2 regiszterbe | 1 |
Ps z | Írja R1 -et a z memóriacellába | 0-1 |
La | Kiegészítés: R1 ← R1 + R2 | 3 |
Ls | Kivonás: R1 ← R1 - R2 | 4-5 |
Lm | Szorzás: R1 ← R1 × R2 | 16 |
Li | Osztály: R1 ← R1 / R2 | 18 -án |
Lw | Négyzetgyök: R1 ← √ (R1) | 20 |
Lu | Olvassa el tizedes számban az R1 / R2 -ben | 9-41 |
Ld | R1 kimenet bináris számként | 9-41 |
A számadatokat a billentyűzet segítségével kell megadni, ami azt jelenti, hogy a lyukasztott szalagon nem lehet számokat kódolni. A memóriahozzáférés (Pr és Ps) kivételével minden művelet közvetlenül a billentyűzeten keresztül hajtható végre. A lyukasztott szalag csak parancsokat tartalmazhat, minden parancs 8 bittel kódolva. A lyukasztott szalag pontos kódolása az Opcode cikkben található .
A Z3 nem ismer ugrásparancsokat , de a véges számítási pontosság ügyes felhasználásával erőteljes , ahogy Raúl Rojas 1998 -ban megmutatta. Ennek az eredménynek azonban csak elméleti jelentősége van, mivel az ugrási utasításokat tartalmazó programokat fáradságosan át kell alakítani, és a program futási ideje nő.
Aritmetikai egység
A Z3 minden számtani művelete két természetes szám összeadásán alapul. Az összeadás ezen alapműveletét XOR (XOR (x, y), CARRY (x, y)) számítja ki, ahol a CARRY (x, y) a hordozási függvény, pl. B. CARRY (0011011, 1010110) = 0111100.
- Két lebegőpontos számot úgy adunk hozzá, hogy kiszámítjuk a kitevők közötti különbséget , majd ennek megfelelően egyeztetjük a szám mantiszáját , és végül hozzáadjuk a mantissákat.
- A kivonás egy összeadásnak felel meg, amelyben a második mantissza kettes komplementjét használják, és a hordozást kihagyják.
- A szorzás megfelel a kitevők összeadásának, majd a mantissák megszorzásának. A mantissákat megszorozzuk iteratív összeadással: 1011 × 0101 = 1011 + 10110 × 010 = 1011 + 101100 × 01 = 110111 + 1011000 × 0 = 110111.
- Az osztás szorzásnak felel meg, de a kitevőket kivonjuk, és a mantisszák felosztásához iteratív kivonást használunk.
- A gyökérhúzás algoritmusát egy iteratív felosztás valósítja meg (lásd a szabadalmi leírást).
Általánosságban elmondható, hogy a számtani egység két részből áll, egy munkából a számításhoz kitevőkkel és egy munkából a számításhoz mantissákkal. Az iteratív módszereket (Lm, Li, Lw, Lu, Ld) használó parancsokhoz a számológép egyes részeinek vezérlésére szekvenszer használható. Ez nagyjából megfelel a modern mikroprogramoknak.
művelet
A Z3 -hoz több tesztprogramot és egy komplex mátrix kiszámítására szolgáló programot írtak, amelyet Hans Georg Küssner megoldásai alapján használtak a repülőgépek kritikus lebegési frekvenciájának kiszámításához . A számítógép használatát azonban abban az időben nem minősítették sürgősnek , így a rutin működés soha nem jött létre.
Összehasonlítás az ENIAC -szal
Az USA -ban és a világ nagy részein az 1944 -ben épült ENIAC -t tekintik az első számítógépnek, ami azzal magyarázható, hogy a két számítógép különböző tulajdonságokkal rendelkezik, és különböző kritériumokat használnak a számítógép kifejezés meghatározására.
A Z3 volt az első digitális számítógép és egyben az első bináris, programozható és nagy teljesítményű Turing . A csöveket használó ENIAC -szal ellentétben azonban nem elektronikus ( Helmut Schreyer elektronikus utódmodellre vonatkozó finanszírozási kérelmét a Reich -kormány elutasította, mivel nem nélkülözhetetlen a háborús erőfeszítésekhez); Ezenkívül a Turing -erő csak a tervező által előre nem látható trükknek köszönhetően válik lehetővé. Az ENIAC volt az ötödik digitális számítógép a történelemben, és az első, amely egyszerre teljesítette az elektronikus, programozható és nagy teljesítményű kritériumokat. A tizedesrendszerrel működött, ami azt jelenti, hogy nem olyan bináris számítógép volt, mint a Z3, és mint minden modern számítógép. Németországban magasabb kora és bináris működési módja miatt, amellyel minden számítógép ma is működik, ezt a címet általában a Z3 -hoz rendelik, míg a hardvertervezés szempontjait kevésbé.
Az ENIAC történelmi preferenciája annak is köszönhető, hogy a második világháború után sokkal nagyobb figyelmet kapott az USA -ban, mint a légitámadás során megsemmisült Z3.
Számítógépes modell | ország | Telepítés | Lebegőpontos aritmetika |
Bináris | Elektronikusan | Programozható | Mighty Turing |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Zuse Z3 | Németország | 1941. május | Igen | Igen | nem | Igen, lyukasztószalag használatával | Igen, gyakorlati használat nélkül |
Atanasoff-Berry számítógép | Egyesült Államok | 1941 nyara | nem | Igen | Igen | nem | nem |
Kolosszus | Egyesült Királyság | 1943 | nem | Igen | Igen | Részben újrahuzalozással | nem |
Márk I. | Egyesült Államok | 1944 | nem | nem | nem | Igen, lyukasztószalag használatával | Igen |
Zuse Z4 | Németország | 1945. március | Igen | Igen | nem | Igen, lyukasztószalag használatával | Igen, gyakorlati használat nélkül |
1950 körül | Igen | Igen | nem | Igen, lyukasztószalag használatával | Igen | ||
ENIAC | Egyesült Államok | 1946 | nem | nem | Igen | Részben újrahuzalozással | Igen |
1948 | nem | nem | Igen | Igen, ellenállás mátrix használatával | Igen |
Egyéb Zuse számítógépek (választék)
irodalom
- Jürgen Alex, Hermann Flessner , Wilhelm Mons, Horst Zuse : Konrad Zuse: A számítógép atyja . Parzeller, Fulda 2000, ISBN 3-7900-0317-4 .
- Jürgen Alex: Konrad Zuse módjai és aberrációi. In: A tudomány spektruma. 1/1997, ISSN 0170-2971 . (A Scientific American német kiadása )
- Jürgen Alex: A matematikai logika elemi tételeinek hatásáról Alfred Tarski -ban Konrad Zuse három számítógépes koncepciójára. Értekezés TU Chemnitz 2006. online (PDF; 22,1 MB)
- Jürgen Alex: A számítógép létrehozásáról - Alfred Tarskitól Konrad Zuse -ig. Alfred Tarski matematikai logikai elemi állításainak hatásáról Konrad Zuse három számítógépes koncepciójának fejlődésére. VDI Verlag, Düsseldorf 2007, ISBN 978-3-18-150051-4 , ISSN 0082-2361 . online (PDF; 22,3 MB)
- Raúl Rojas (szerk.): Konrad Zuse számológépei . Springer, Berlin 1998, ISBN 3-540-63461-4 .
- Karl-Heinz Czauderna: Konrad Zuse, az út a számítógépéhez Z3. Oldenbourg, München / Bécs 1979 (a Society for Mathematics and Data Processing jelentéseinek 120. kiadása, Bonn), ISBN 3-486-23141-3 .
- Hasso Spode : A számítógép-Kreuzberg találmánya, in: Geschichtslandschaft Berlin , 5. kötet, Nicolai, Berlin 1994, ISBN 3-87584-474-2 .
- Raúl Rojas : Konrad Zuse öröksége: A Z1 és Z3 architektúrája . In: IEEE Annals of the History of Computing . szalag 19 , nem. 2 , 1997, ISSN 1058-6180 , p. 5–16 ( ed-thelen.org [PDF; 312 kB ]).
- Konrad Zuse: A számítógép - életművem . 5., változatlan. Kiadás. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-12095-4 (Zuse 100 éve).
web Linkek
- A Konrad Zuse Internet Archívum (szinte minden Zuse által közzétett dokumentumot és szabadalmat, valamint Java kisalkalmazásokat és fényképeket tartalmaz)
- A Z3 összeadó interaktív szimulációja
- Zuse információs oldala Horst Zuse (bevezetés és a Z sorozat részletes áttekintése)
- A számítógép Z3
- Konrad Zuse Múzeum
Egyéni bizonyíték
- ↑ Zuse 2010 55. o.
- ↑ 70 évvel ezelőtt: America megismeri az első elektronikus számítógép az ENIAC univerzális , Heise Online on február 14, 2016
- ↑ konrad-zuse.net
- ↑ a b c d e Kristina R. Zerges, Stefanie Terp: Konrad Zuse . A számítógép apja. Szerk .: A Berlini Műszaki Egyetem sajtó- és információs osztálya (= a Berlini Műszaki Egyetem híres öregdiákjai ). omnisatz GmbH, Berlin.
- ^ Konrad Zuse Z3 és Z4. In: Német Múzeum. Letöltve: 2020. augusztus 6 .
- ↑ Pierre Kurby: A Z3 70 éve: Hány Zuse Z3 számítógépre van szüksége a Jeopardy megnyeréséhez? In: e-recht24.de. 2011. május 12., hozzáférés 2018. január 8 .
- ^ Raúl Rojas: Konrad Zuse öröksége: A Z1 és Z3 architektúrája . In: IEEE Annals of the History of Computing, Vol. 19, No. 2, 1997 . S. 5–16 (angol, ed-thelen.org [PDF; hozzáférés: 2018. október 11.]).
- ^ Raúl Rojas : Hogyan lehet a Zuse Z3 -at univerzális számítógéppé tenni ? In: Annals of the History of Computing . szalag 20 , nem. 3 . IEEE, 1998, ISSN 1058-6180 , doi : 10.1109 / 85.707574 ( PDF szkennelés , PDF , HTML ( Memento 2014. augusztus 3-tól az Internet Archívumban )).
- ↑ Hans Dieter Hellige (szerk.): A számítástechnika történetei. Látomások, paradigmák, vezérmotívumok. Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-00217-0 .
- ↑ Zuse 2010 57. o.
- ↑ Hans-Willy Hohn : Kognitív struktúrák és kontrollproblémák a kutatásban. Nukleáris fizika és informatika összehasonlításban (= a kölni Max Planck Institute for Social Research írásai . Kötet 36 ). Frankfurt am Main / New York 1998, ISBN 3-593-36102-7 , pp. 148 ( Online [PDF; 1.3 MB ]).