Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Реплика Zuse Z3 на выставке в Немецком музее в Мюнхене

Z3 был немецкий электромеханический компьютер разработанный Конрада Цузе в 1935 году и завершено в 1941 году был первым в мире рабочей программируемой , полностью автоматический цифровой компьютер . [1] Z3 был построен с 2600 реле , с длиной слова 22 бита, которые работали с тактовой частотой около 5–10  Гц . [2] Программный код был сохранен на перфорированной пленке . Начальные значения вводились вручную. [3] [4] [5] : 32–37

Z3 был закончен в Берлине в 1941 году. Он не считался жизненно важным, поэтому никогда не использовался в повседневной эксплуатации. [3] [4] [6] [5] : 30, 38–39 [a] На основе работы Ханса Георга Кюсснера (см. Эффект Кюсснера ), например, была написана «Программа для вычисления сложной матрицы», которая использовалась для решить проблемы флаттера крыла . [b] Цузе обратился к правительству Германии с просьбой выделить средства на замену реле полностью электронными переключателями, но в финансировании было отказано во время Второй мировой войны, поскольку такая разработка была сочтена «не важной для войны». [11] : 148

Оригинальный Z3 был уничтожен 21 декабря 1943 года во время бомбардировки Берлина союзниками . Этот Z3 изначально назывался V3 ( Versuchsmodell 3 или Experimental Model 3), но был переименован, чтобы его не путали с немецким V-образным оружием . [12] Полностью функционирующая копия была построена в 1961 году компанией Цузе, Zuse KG , и сейчас находится в постоянной экспозиции Немецкого музея в Мюнхене . [5] : 30

Z3 был продемонстрирован в 1998 году как в принципе полный по Тьюрингу . [13] Однако из-за отсутствия условного ветвления Z3 соответствует этому определению только путем умозрительного вычисления всех возможных результатов вычисления.

Благодаря этой машине и ее предшественникам Конрада Цузе часто называют изобретателем компьютера. [14] [15] [16] [17]

Дизайн и разработка [ править ]

Цузе проектировал Z1 в 1935–1936 годах и строил его с 1936 по 1938 год. Z1 был полностью механическим и работал не более нескольких минут за раз. Хельмут Шрейер посоветовал Цузе использовать другую технологию. Будучи докторантом Берлинского технологического института в 1937 году, он работал над реализацией булевых операций и (в современной терминологии) триггеров на основе электронных ламп . В 1938 году Шрейер продемонстрировал схему на этой основе небольшой аудитории и объяснил свое видение электронной вычислительной машины - но, поскольку самые большие рабочие электронные устройства содержали гораздо меньше ламп, это считалось практически невозможным. [18]В том же году при представлении плана на компьютере с 2000 электронных ламп, Цузе и Шрайер, который был ассистентом Вильгельма Stablein в  [ де ] Институт телекоммуникаций в Техническом университете Берлина, были обескуражены членами института , которые знали о проблемах с электронно-ламповой технологией. [19] Позже Цузе вспоминал: «Они улыбались нам в 1939 году, когда мы хотели построить электронные машины ... Мы сказали: Электронная машина - это здорово, но сначала нужно разработать компоненты ». [20] В 1940 году Цузе и Шрейер удалось договориться о встрече в верховном командовании вермахта(OKW), чтобы обсудить потенциальный проект по разработке электронного компьютера, но когда они оценили продолжительность в два или три года, предложение было отклонено. [21]

Цузе решил реализовать следующую конструкцию на основе реле. В реализации Z2 финансово помог Курт Паннке , который производил небольшие вычислительные машины. Z2 был завершен и представлен публике Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt («Немецкая авиационная лаборатория») в 1940 году в Берлин-Адлерсхоф. Цузе повезло - эта презентация была одним из немногих случаев, когда Z2 действительно работал и мог убедить DVL частично профинансировать следующий дизайн. [18]

Усовершенствовав базовую машину Z2, в 1941 году он построил Z3, который был очень секретным проектом правительства Германии. [22] Йозеф Дженниссен (1905–1977), [23] член «Руководства по исследованиям» ( Forschungsführung ) министерства авиации Рейха [24] выполнял функции государственного надзирателя по приказу министерства компании ZUSE Apparatebau Цузе . [25] Еще одним посредником между Цузе и министерством авиации Рейха был аэродинамик Герберт А. Вагнер . [26]

Z3 был закончен в 1941 году и был быстрее и надежнее Z1 и Z2. Арифметика с плавающей запятой Z3 была улучшена по сравнению с Z1 в том, что в ней реализована обработка исключений «с использованием всего нескольких реле», исключительные значения (плюс бесконечность, минус бесконечность и неопределенные) могут быть сгенерированы и переданы через операции. Z3 хранил свою программу на внешней магнитной ленте, поэтому для смены программ не требовалось перепрограммировать. [27]

С 12 мая 1941 года Z3 был представлен аудитории ученых , включая профессора Альфреда Teichmann и Curt Schmieden [28] из Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt ( «Немецкая лаборатория для авиации») в Берлине , [29] сегодня известный как немецкий Aerospace Центр в Кельне .

Цузе перешел к дизайну Z4 , который был построен за несколько дней до окончания Второй мировой войны.

Z3 как универсальная машина Тьюринга [ править ]

На Z3 можно было создавать циклы, но не было инструкции условного перехода . Тем не менее, Z3 был полным по Тьюрингу - как реализовать универсальную машину Тьюринга на Z3, показал в 1998 году Рауль Рохас . [13] Он предположил, что программа на магнитной ленте должна быть достаточно длинной, чтобы выполнять все возможные пути через обе стороны каждой ветви. Он вычислит все возможные ответы, но ненужные результаты будут аннулированы (своего рода спекулятивное выполнение). Рохас заключает: «Таким образом, мы можем сказать, что с абстрактной теоретической точки зрения вычислительная модель Z3 эквивалентна вычислительной модели сегодняшних компьютеров. С практической точки зрения, а также с точки зрения того, как Z3 был запрограммирован на самом деле, это было не так. эквивалентно современным компьютерам ».

Однако с прагматической точки зрения Z3 представлял собой довольно практичный набор инструкций для типичных инженерных приложений 1940-х годов - Цузе был инженером-строителем, который только начал создавать свои компьютеры, чтобы облегчить свою работу по своей основной профессии.

Отношение к другой работе [ править ]

Успех Z3 Цузе часто связывают с использованием простой двоичной системы. [5] : 21 Это было изобретено примерно тремя веками ранее Готфридом Лейбницем ; Позже Буль использовал его для разработки своей булевой алгебры . Цузе был вдохновлен книгой Гильберта и Аккермана по элементарной математической логике (см. « Принципы математической логики» ). [19] В 1937 году Клод Шеннон представил идею отображения булевой алгебры на электронные реле в основополагающей работе по цифровой схеме.дизайн. Цузе, однако, не знал работы Шеннона и разработал основу самостоятельно [11] : 149 для своего первого компьютера Z1 , который он спроектировал и построил с 1935 по 1938 год.

Сотрудник Цузе, Гельмут Шрейер, построил электронную цифровую экспериментальную модель компьютера с использованием 100 электронных ламп [30] в 1942 году, но в конце войны она была потеряна.

Аналоговый компьютер был построен ракетой ученого Helmut Holzer в 1942 году в Полигоне Пенемюнде для имитации [31] [32] [33] В-2 ракетных траекторий. [34] [35]

The Tommy Flowers -Встроенного Колосс (1943) [36] и Атанасофф-ягодный Компьютер (1942) использовали термоионных клапаны (вакуумные трубки) и двоичное представление чисел. Программирование осуществлялось путем повторного подключения патч-панелей и переключателей.

ENIAC компьютер, завершен после войны, используемых вакуумных трубок для реализации переключателей и использовал десятичное представление для чисел. До 1948 года программирование осуществлялось, как и в случае с Colossus, с помощью коммутационных проводов и переключателей.

Манчестер Ребенок 1948 года вместе с Манчестер Mark 1 и EDSAC как в 1949 году были первые рабочие компьютеры в мире , которые хранятся программные инструкции и данные в том же пространстве. В этом они реализовали концепцию хранимой программы, которую часто (но ошибочно) приписывают статье 1945 года Джона фон Неймана и его коллег. [37] [38] Говорят, что фон Нейман отдал должное Алану Тьюрингу , [39] и эта концепция была упомянута ранее самим Конрадом Цузе в заявке на патент 1936 года (которая была отклонена). [40] [41]Сам Конрад Цузе вспоминал в своих мемуарах: «Во время войны в любом случае было бы едва ли возможно создать эффективные устройства для хранения программ». [42] и Фридрих Л. Бауэр писал: «Его дальновидные идеи (живые программы), которые должны были быть опубликованы только спустя годы, были направлены в правильное практическое направление, но никогда не были реализованы им». [43]

Технические характеристики [ править ]

  • Средняя скорость расчета: сложение - 0,8 секунды, умножение - 3 секунды [2]
  • Арифметическая единица: двоичное число с плавающей запятой , 22 бита, сложение, вычитание, умножение, деление, квадратный корень [2]
  • Память данных: 64 слова длиной 22 бита [2]
  • Память программ: Перфорированная целлулоидная лента [2]
  • Вход: десятичные числа с плавающей запятой [2]
  • Вывод: десятичные числа с плавающей запятой [2]
  • Ввод и вывод осуществлялись с помощью терминала со специальной клавиатурой для ввода и рядом ламп для отображения результатов [18]
  • Элементы: Около 2000 реле (1400 для памяти) [18]
  • Частота: 5-10 герц [2]
  • Потребляемая мощность: около 4000 Вт [2]
  • Вес: около 1 тонны (2200 фунтов) [2]

Современные реконструкции [ править ]

Реконструкция Z3 в 2010 году Хорстом Цузе

Современная реконструкция под руководством Рауля Рохаса и Хорста Цузе началась в 1997 году и завершилась в 2003 году. Сейчас она находится в музее Конрада Цузе в Хюнфельде, Германия. [44] [45] Память уменьшена вдвое до 32 слов. Потребляемая мощность составляет около 400 Вт, а вес - около 30 кг (66 фунтов). [46]

В 2008 году Хорст Цузе сам начал реконструкцию Z3. [47] Он был представлен в 2010 году в музее Конрада Цузе в Хюнфельде. [48] [49]

См. Также [ править ]

  • История вычислительной техники

Примечания [ править ]

  1. ^ Он может решать такие проблемы, как системы линейных уравнений и их определители, квадратные уравнения и собственные значения (для флаттера крыльев ). [7] [8] [9]
  2. ↑ Оригинальное название программы на немецком языке: «Programm für die Berechnung einer komplexen Matrix». [10]

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Пионер компьютеров заново, 50 лет спустя" . Нью-Йорк Таймс . 20 апреля 1994 года Архивировано из оригинала на 4 ноября 2016 года.
  2. ^ a b c d e f g h i j Морелли, Марчелло (2001). Dalle calcolatrici ai computer degli anni Cinquanta . FrancoAngeli. п. 177. ISBN. 9788846428790. Дата обращения 5 августа 2014 .
  3. ^ a b Вайс, Э. (лето 1996 г.). "Некролог Конрада Зузе". IEEE Annals of the History of Computing . 18 (2): 3–4. DOI : 10,1109 / mahc.1996.489747 . ISSN 1058-6180 . 
  4. ^ a b Борхерс, Детлеф (12 мая 2016 г.). "Vor 75 Jahren: Computer Z3 wird vorgeführt" [75 лет назад: продемонстрирован компьютер Z3]. heise online (на немецком языке). Перевод Google . Проверено 13 мая 2018 .
  5. ^ a b c d Ceruzzi, Пол (1983). «2. Компьютеры в Германии» . Счетчики: предыстория цифрового компьютера, от реле до концепции сохраненной программы, 1935–1945 . Гринвуд Пресс. ISBN 0-313-23382-9. Проверено 3 ноября 2018 .
  6. Перейти ↑ Zuse, Konrad (2013-03-09). Компьютер - моя жизнь . Springer Science & Business Media. п. 64. ISBN 9783662029312.
  7. ^ Слейтер, Роберт (1989). Портреты в кремнии . MIT Press. С. 46–47. ISBN 9780262691314.
  8. ^ Шиндлер, Макс Дж. (1990). Компьютерный дизайн программного обеспечения: создание качественного программного обеспечения с помощью CASE . Вайли. п. 419. ISBN 9780471506508.
  9. ^ Цузе, Konrad (1987-10-02). «Мой первый компьютер и первые мысли об обработке данных» . history.computer.org . Пионеры компьютеров - Конрад Зузе. Поиск 1941 года ; [ "Компьютерный дизайн-прошлое, настоящее, будущее," разговор в Лунд / Швеция, 2 октября 1987, ранее неопубликованными.] Проверено 2018-05-14 .
  10. ^ Ганс Дитер Хеллиге, изд. (2004). Geschichten der Informatik. Visionen, Paradigmen, Leitmotive (на немецком языке). Берлин: Springer. ISBN 978-3-540-00217-8.
  11. ^ а б Ханс-Вилли Хон (1998). Kognitive Strukturen und Steuerungsprobleme der Forschung. Kernphysik und Informatik im Vergleich (на немецком языке). Schriften des Max-Planck-Instituts für Gesellschaftsforschung Köln. ISBN 978-3-593-36102-4.
  12. ^ "Z3 Computer (1938–1941)" . www.computermuseum.li . Архивировано из оригинала на 2008-06-17.
  13. ^ a b Рохас Р. (5 сентября 1997 г.). «Как сделать Z3 Цузе универсальным компьютером» (PDF) . IEEE Annals of the History of Computing (опубликовано июль – сентябрь 1998 г.). 20 (3): 51–54. DOI : 10.1109 / 85.707574 .
  14. ^ "Конрад Цузе Биография" . RTD Net . Конрад Цузе с разных сторон был удостоен звания «Изобретатель компьютера».
  15. ^ "Конрад Цузе" . Немецкий путь . Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin (ZIB), основанный в 1986 году, является рабочим памятником немецкому изобретателю компьютера.
  16. ↑ Ульрике фон Лещински (27.06.2010). «Z как Цузе: немецкий изобретатель компьютера» . Монстры и критики . Архивировано из оригинала на 2013-05-22. он (Цузе) построил первый в мире компьютер в Берлине
  17. ^ Мэри Беллис (2017-07-31). «Конрад Цузе и изобретение современного компьютера» . Цузе получил полуофициальное звание «изобретателя современного компьютера» за серию автоматических калькуляторов, которые он изобрел, чтобы помочь ему в длительных инженерных расчетах.
  18. ^ a b c d Липпе, Вольфрам. Kapitel 14 - Die ersten programmierbaren Rechner [ Первые программируемые компьютеры ] (PDF) (на немецком языке). DOI : 10.1007 / 978-3-642-36193-7_6 . Архивировано из оригинального (PDF) 19 июля 2011 года . Проверено 21 июня 2010 .
  19. ^ а б Ганс Дитер Хеллиге, изд. (2004). Geschichten der Informatik. Visionen, Paradigmen, Leitmotive (на немецком языке). Берлин: Springer. С. 113, 152. ISBN 978-3-540-00217-8.
  20. ^ Ганс Дитер Хеллиге, изд. (2004). Geschichten der Informatik. Visionen, Paradigmen, Leitmotive (на немецком языке). Берлин: Springer. п. 102. ISBN 978-3-540-00217-8. Мужская шляпа 1939 über uns gelächelt, als wir elektronische Geräte bauen wollten. … Wir sagten uns damals: Die elektronische Maschine ist wunderbar, aber erst müssen ihre Bauelemente entwickelt werden.
  21. ^ Ганс Дитер Хеллиге, изд. (2004). Geschichten der Informatik. Visionen, Paradigmen, Leitmotive (на немецком языке). Берлин: Springer. п. 115. ISBN 978-3-540-00217-8.
  22. ^ "Новые перспективы, компьютерные концепции" , Джун Джамрич Парсонс, Дэн Ожа. Cengage Learning, 2007. ISBN 978-1-4239-0610-0 , ISBN 978-1-4239-0610-0 . Проверено 14 марта 2010 года.  
  23. ^ Александр Каутер, Пол Виртц: Der Einzelkämpfer Dorner . Grin Verlag Gmbh, 2013, ISBN 3-656-04860-6 
  24. ↑ Helmut Maier: Forschung als Waffe , Wallstein Verlag, 2007, ISBN 3-8353-0109-8 , стр. 847 
  25. ^ "1977-сборник Цузе людей, контактировавших с его компьютерами с 1935 по 1945 год" (на немецком языке). Архивировано из оригинала на 2011-09-28.
  26. ^ Герберт Брудерер, ETH Zurich . "Konrad Zuse und die ETH Zürich" (PDF) (на немецком языке) . Проверено 26 октября 2011 .
  27. Перейти ↑ Rojas, R (1997). "Наследие Конрада Цузе: Архитектура Z1 и Z3" (PDF) . IEEE Annals of the History of Computing . 19 (2): 5–15. DOI : 10.1109 / 85.586067 .
  28. ^ "An einem 12. Mai" (на немецком языке). Перевод Google . Deutsches Historisches Museum (Немецкий исторический музей).CS1 maint: другие ( ссылка )
  29. ^ "Technische Universität Berlin - Rechenhilfe für Ingenieure" (на немецком языке). Перевод Google . Технический университет Берлина . Архивировано из оригинала на 2009-02-13.CS1 maint: другие ( ссылка )
  30. ^ "Гельмут Шрейер" в Берлинском университете
  31. ^ Х. Отто Хиршлер, 87 лет, космическая программа
  32. ^ Нойфельд, Michael J. (2013-09-10). Ракета и Рейх: Пенемюнде и наступление эры баллистических ракет . Смитсоновский институт . п. 138. ISBN 9781588344663.
  33. ^ Ульманн, Бернд (2013-07-22). Аналоговые вычисления . Вальтер де Грюйтер . п. 38. ISBN 9783486755183.
  34. Перейти ↑ Neufeld, Michael J (1995). Ракета и Рейх: Пенемюнде и наступление эры баллистических ракет . Нью-Йорк: Свободная пресса. п. 106.
  35. ^ Tomayko, Джеймс Е. (1985). "Полностью электронный аналоговый компьютер Хельмута Хельцера". IEEE Annals of the History of Computing . 7 (3): 227–240. DOI : 10.1109 / MAHC.1985.10025 . S2CID 15986944 . 
  36. ^ Б. Джек Коупленд, изд. (2006). Колосс: Секреты компьютеров для взлома кода Блетчли-Парка . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-284055-4.
  37. ^ фон Нейман, Джон (1945). «Первый проект отчета по EDVAC» (PDF) . Проверено 24 марта 2014 года .
  38. ^ "Концепция хранимой программы" . Encyclopdia Britannica . Проверено 24 марта 2014 года .
  39. Перейти ↑ Copeland, Jack (2000). «Краткая история вычислительной техники: ENIAC и EDVAC» . Проверено 27 января 2010 года .который цитирует Рэнделла, Брайана (1972). Мельцер, Б .; Мичи, Д. (ред.). Об Алане Тьюринге и происхождении цифровых компьютеров . Машинный интеллект . 7 . Эдинбург: Издательство Эдинбургского университета. п. 10. ISBN 978-0-902383-26-5.
  40. ^ Уильямс, ФК; Килбурн, Т. (25 сентября 1948 г.). «Электронно-цифровые компьютеры» . Природа . 162 (4117): 487. DOI : 10.1038 / 162487a0 . S2CID 4110351 . Архивировано из оригинала на 6 апреля 2009 года . Проверено 10 апреля 2009 . 
  41. ^ Сюзанна Фабер, "Konrad Zuses Bemuehungen um die Patentanmeldung der Z3", 2000
  42. ↑ Цузе, Конрад (20 апреля 2010 г.). Der Computer - Mein Lebenswerk (на немецком языке) (5-е изд.). Берлин: Springer. п. 78. ISBN 978-3642120954. Während des Krieges wäre es freilich ohnehin kaum möglich gewesen, leistungsfähige Geräte mit Speicherprogrammen zu bauen.
  43. ^ Anmerkungen ZUM Джон фон Нейман Rechner по Хорст Цузе ; FL Bauer (оригинал): "Seine erst Jahre später publizierten visionären Ideen (Lebendige Rechenpläne) zielten in die richtige praktische Richtung, wurden von ihm aber nie verwirklicht.
  44. ^ "Реконструкция компьютера Z3 Конрада Цузе | Рауль Рохас" . dcis.inf.fu-berlin.de .
  45. ^ «Реконструкция счетной машины Z3» . zuse.zib.de .
  46. ^ "Z3-Nachbau-2001" [реплика Z3 2001]. www.horst-zuse.homepage.t-online.de (на немецком языке). Перевод Google .CS1 maint: другие ( ссылка )
  47. ^ Цузе, Хорст (2013), "Реконструкция Z3 Конрадом Цузе в" Создание истории вычислительной техники Релевантные , МФОИ достижений в области информационных и коммуникационных технологий, Springer Berlin Heidelberg, 416 , стр 287-296,. Дои : 10.1007 / 978-3 -642-41650-7_26 , ISBN 9783642416491
  48. ^ Zwernemann-Blech, Irene. «События 2010 года в Цузе» . www.horst-zuse.homepage.t-online.de . Проверено 3 ноября 2018 .
  49. ^ "Z3-Präsentationen" [Z3 - Презентации]. www.horst-zuse.homepage.t-online.de (на немецком языке). Перевод Google . Проверено 3 ноября 2018 .CS1 maint: другие ( ссылка )

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Б. Джек Коупленд, изд. (2006). Колосс: Секреты компьютеров для взлома кода Блетчли-Парка . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-284055-4.
  • Р. Рохас; Ф. Дариус; К. Гётекин и Г. Хейне (2005). "Реконструкция Z3 Конрада Цузе". IEEE Annals of the History of Computing . 27 (3): 23–32. DOI : 10,1109 / mahc.2005.48 . S2CID  16288658 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Страница Z3 на сайте Хорста Цузе
  • Жизнь и творчество Конрада Цузе
  • Как сделать Zuse Z3 универсальным компьютером Рауль Рохас
  • Рауль Рохас, The Zuse Computers In resurrection, бюллетень Общества сохранения компьютеров ISSN 0958-7403 № 37 Весна 2006 г. 
  • Коллекция Пола Э. Керуцци о Конраде Цузе (CBI 219) . Институт Чарльза Бэббиджа , Университет Миннесоты. Сборник содержит опубликованные отчеты, статьи, продуктовую литературу и другие материалы.