Z3 (bilgisayar) - Z3 (computer)

Zuse Z3 sergilenen çoğaltma Deutsches Museum in Münih

Z3 bir oldu Alman elektromekanik bilgisayar tarafından tasarlanan Konrad Zuse 1935 yılında ve 1941 yılında tamamlanan dünyanın ilk çalışma oldu programlanabilir , tam otomatik dijital bilgisayar . Z3, yaklaşık 5-10  Hz'lik bir saat frekansında çalışan 22 bitlik bir kelime uzunluğu uygulayan 2.600 röle ile inşa edilmiştir . Program kodu zımbalanmış filme kaydedildi . Başlangıç ​​değerleri manuel olarak girildi.

Z3, 1941'de Berlin'de tamamlandı. Hayati olarak kabul edilmediğinden, hiçbir zaman günlük kullanıma sokulmadı. Alman aerodinamik mühendisi Hans Georg Küssner'in ( Küssner etkisi ile bilinir) çalışmasına dayanarak, kanat çarpıntısı problemlerini çözmek için bir "Karmaşık Matris Hesaplama Programı" yazıldı ve kullanıldı . Zuse, Alman hükümetinden röleleri tamamen elektronik anahtarlarla değiştirmek için fon istedi, ancak II .

Orijinal Z3, 21 Aralık 1943'te Berlin'e yapılan bir Müttefik bombardımanı sırasında imha edildi . Bu Z3'e başlangıçta V3 ( Versuchsmodell 3 veya Experimental Model 3) adı verildi, ancak Almanya'nın V-silahlarıyla karıştırılmaması için yeniden adlandırıldı . Tam işleyen çoğaltma Zuse'nin şirketi Zuse tarafından 1961 yılında yaptırılmıştır KG sürekli uygulamalarda artık, Deutsches Museum in Münih .

Z3'ün prensipte Turing-complete olduğu 1998'de gösterildi . Ancak, koşullu dallanma içermediğinden , Z3 bu tanımı yalnızca bir hesaplamanın tüm olası sonuçlarını spekülatif olarak hesaplayarak karşılar.

Bu makine ve öncülleri sayesinde Konrad Zuse , bilgisayarın mucidi olarak sıklıkla önerilmiştir.

Tasarım ve gelişim

Zuse, Z1'i 1935'ten 1936'ya kadar tasarladı ve 1936'dan 1938'e kadar üretti. Z1 tamamen mekanikti ve bir seferde en fazla birkaç dakika çalıştı. Helmut Schreyer , Zuse'ye farklı bir teknoloji kullanmasını tavsiye etti. 1937'de Berlin Teknoloji Enstitüsü'nde doktora öğrencisi olarak, Boole operasyonlarının ve (bugünkü terminolojide) parmak arası terliklerin vakum tüpleri temelinde uygulanması üzerinde çalıştı . 1938'de Schreyer küçük bir izleyici kitlesine bu temelde bir devre gösterdi ve bir elektronik bilgi işlem makinesi vizyonunu açıkladı - ancak en büyük operasyonel elektronik cihazlar çok daha az tüp içerdiğinden bu pratik olarak mümkün görülmedi. O yıl , Berlin Teknik Üniversitesi'nde Wilhelm Stäblein'in  [ de ] Telekomünikasyon Enstitüsü'nde asistan olan Zuse ve Schreyer, 2000 elektron tüplü bir bilgisayar planını sunarken , sorunları bilen enstitü üyeleri tarafından cesareti kırıldı. elektron tüp teknolojisi ile Zuse daha sonra şunları hatırladı: “Elektronik makineler yapmak istediğimizde 1939'da bize gülümsediler… Elektronik makine harika ama önce bileşenlerin geliştirilmesi gerekiyor” dedik . Wehrmacht'a der Oberkommando (OKW) elektronik bir bilgisayar geliştirmek için potansiyel bir projeyi tartışmak için, ancak iki ya da üç yıllık bir süresi tahmini zaman, teklif reddedildi.

Zuse, rölelere dayalı bir sonraki tasarımı uygulamaya karar verdi. Z2'nin gerçekleştirilmesine finansal olarak küçük hesap makineleri üreten Kurt Pannke yardımcı oldu . Z2 tamamlandı ve 1940 yılında Berlin-Adlershof'ta Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt ("Alman Havacılık Laboratuvarı") izleyicilerine sunuldu . Zuse şanslıydı - bu sunum, Z2'nin gerçekten çalıştığı ve DVL'yi bir sonraki tasarımı kısmen finanse etmeye ikna edebileceği birkaç örnekten biriydi.

Temel Z2 makinesini geliştirerek 1941'de Alman hükümetinin çok gizli bir projesi olan Z3'ü yaptı. Joseph Jennissen (1905–1977), Reich Hava Bakanlığı'ndaki "Araştırma-Liderliği" ( Forschungsführung ) üyesi, bakanlığın Zuse'nin şirketi ZUSE Apparatebau'ya verdiği emirler için bir hükümet süpervizörü olarak görev yaptı . Zuse ve Reich Hava Bakanlığı arasındaki bir başka aracı da aerodinamikçi Herbert A. Wagner'di .

Z3, 1941'de tamamlandı ve Z1 ve Z2'den daha hızlı ve çok daha güvenilirdi. Z3 kayan nokta aritmetiği , "sadece birkaç röle kullanarak" istisna işleme uyguladığı için Z1'inkine göre geliştirildi, istisnai değerler (artı sonsuz, eksi sonsuz ve tanımsız) oluşturulabilir ve işlemlerden geçirilebilir. Z3, programını harici bir teybe kaydetti, böylece programları değiştirmek için yeniden kablolamaya gerek kalmadı.

Mayıs 1941'de 12 günü Z3 profesör Alfred Teichmann ve Curt Schmieden dahil bilim adamlarının bir kitleye sunuldu Luftfahrt für Deutsche Versuchsanstalt içinde ( "Alman Havacılık Laboratuvarı") Berlin olarak bilinen bugün Alman Uzay Merkezi içinde Köln .

Zuse , Wernher von Braun'un balistik füze geliştirmesinin yanında Harz dağlarında bir sığınakta tamamladığı Z4 tasarımına geçti . İkinci Dünya Savaşı sona erdiğinde Zuse , Z4 ile Alpler'deki Hinterstein'a çekildi ve burada birkaç yıl kaldı.

Evrensel bir Turing makinesi olarak Z3

Z3'te döngüler oluşturmak mümkündü, ancak koşullu dal talimatı yoktu . Bununla birlikte, Z3 Turing-tamamlandı - Z3'te evrensel bir Turing makinesinin nasıl uygulanacağı 1998'de Raúl Rojas tarafından gösterildi . Bant programının, her dalın her iki tarafından mümkün olan her yolu yürütmek için yeterince uzun olması gerektiğini önerdi. Tüm olası yanıtları hesaplayacaktı, ancak gereksiz sonuçlar iptal edilecekti (bir tür spekülatif yürütme ). Rojas şu sonuca varıyor: "Bu nedenle, soyut bir teorik perspektiften, Z3'ün hesaplama modelinin günümüz bilgisayarlarının hesaplama modeline eşdeğer olduğunu söyleyebiliriz. Pratik bir bakış açısından ve Z3'ün gerçekten programlanma şekline göre, öyle değildi. modern bilgisayarlara eşdeğer."

Bu görünen sınırlama, Z3'ün 1940'ların tipik mühendislik uygulamaları için pratik bir talimat seti sağladığı gerçeğini yalanlıyor . Mevcut donanım kısıtlamalarını göz önünde bulundurarak, Zuse'nin o zamanki ana hedefi, bir inşaat mühendisi olarak işini kolaylaştırmak için çalışabilir bir cihaza sahip olmaktı .

Diğer işlerle ilişkisi

Zuse'nin Z3'ünün başarısı, genellikle basit ikili sistemi kullanmasına bağlanıyor. Bu kabaca üç yüzyıl önce Gottfried Leibniz tarafından icat edildi ; Boole daha sonra Boole cebirini geliştirmek için kullandı . Zuse, Hilbert ve Ackermann'ın temel matematiksel mantık İlkeleri Matematiksel Mantığın İlkeleri adlı kitabından esinlenmiştir . 1937 yılında, Claude Shannon tanıtılan bir ufuklar iş elektronik röleler üzerine Boolean matematiği haritalama fikrini dijital devre tasarımı. Ancak Zuse, Shannon'ın çalışmalarından haberdar değildi ve 1935'ten 1938'e kadar tasarlayıp inşa ettiği ilk bilgisayarı Z1 için bağımsız olarak zemin hazırladı .

Zuse'nin iş arkadaşı Helmut Schreyer, 1942'de 100 vakumlu tüp kullanan bir bilgisayarın elektronik dijital deneysel modelini yaptı, ancak savaşın sonunda kaybedildi.

1942'de roket bilimcisi Helmut Hölzer tarafından Peenemünde Ordu Araştırma Merkezi'nde V-2 roket yörüngelerini simüle etmek için bir analog bilgisayar inşa edildi .

Tommy Çiçekler -dahili Colossus'un (1943) ve unvanlı Berry Bilgisayar (1942) kullanılan termiyonik vanaları (vakum tüpleri) ve sayı ikili gösterimi. Programlama, patch panellerin yeniden takılması ve anahtarların ayarlanması yoluyla yapıldı.

ENIAC savaşı, kullanılan sonra tamamlanan bilgisayar, vakum tüpleri numaraları için anahtarları ve kullanılan ondalık gösterimi uygulamaktır. 1948'e kadar programlama, Colossus'ta olduğu gibi, yama kabloları ve anahtarlarla yapıldı.

Manchester Bebek ile birlikte 1948 Manchester Mark 1 ve EDSAC 1949 her ikisi de aynı uzayda programı talimatları ve verileri saklanan o dünyanın en eski çalışma bilgisayarlar vardı. Bunda , John von Neumann ve meslektaşları tarafından 1945 tarihli bir makaleye atfedilen sıklıkla (ama hatalı bir şekilde) depolanmış program kavramını uyguladılar . Von Neumann'ın Alan Turing'e gereken krediyi verdiği söyleniyor ve konsept aslında daha önce Konrad Zuse tarafından 1936 patent başvurusunda (reddedildi) belirtilmişti. Konrad Zuse, anılarında şunları hatırladı: "Savaş sırasında verimli depolanmış program aygıtları oluşturmak zaten pek mümkün olmazdı." ve Friedrich L. Bauer şunları yazdı: "Yıllar sonra yayınlanacak olan vizyoner fikirleri (canlı programlar) doğru pratik yönü hedefliyordu, ancak asla onun tarafından uygulanmadı."

Özellikler

  • Ortalama hesaplama hızı: toplama – 0,8 saniye, çarpma – 3 saniye
  • Aritmetik birim: İkili kayan nokta , 22 bit, toplama, çıkarma, çarpma, bölme, karekök
  • Veri belleği: 22 bit uzunluğunda 64 kelime
  • Program belleği: Delikli selüloit bant
  • Girdi: Ondalık kayan noktalı sayılar
  • Çıktı: Ondalık kayan noktalı sayılar
  • Giriş ve Çıkış, giriş için özel bir klavye ve sonuçları göstermek için bir sıra lamba ile bir terminal tarafından kolaylaştırıldı
  • Öğeler: Yaklaşık 2.000 röle (bellek için 1.400)
  • Frekans: 5-10 hertz
  • Güç tüketimi: Yaklaşık 4.000 watt
  • Ağırlık: Yaklaşık 1 ton (2.200 lb)

Modern rekonstrüksiyonlar

Horst Zuse tarafından 2010 yılında Z3 rekonstrüksiyonu

Raúl Rojas ve Horst Zuse tarafından yönetilen modern bir rekonstrüksiyon 1997'de başladı ve 2003'te tamamlandı. Şu anda Almanya, Hünfeld'deki Konrad Zuse Müzesi'nde. Hafıza 32 kelimeye yarıya indirildi. Güç tüketimi yaklaşık 400 W ve ağırlık yaklaşık 30 kilogramdır (66 lb).

2008'de Horst Zuse, Z3'ün yeniden inşasına başladı. 2010 yılında Hünfeld'deki Konrad Zuse Müzesi'nde sergilendi.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

daha fazla okuma

  • B. Jack Copeland, ed. (2006). Colossus: Bletchley Park'ın Codebreaking Bilgisayarlarının Sırları . Oxford Üniversitesi Yayınları. ISBN'si 978-0-19-284055-4.
  • R. Rojas; F. Darius; C. Göktekin ve G. Heyne (2005). "Konrad Zuse'un Z3'ünün yeniden inşası". IEEE Annals of the History of Computing . 27 (3): 23–32. doi : 10.1109/mahc.2005.48 . S2CID  16288658 .

Dış bağlantılar