Z3 (computador) - Z3 (computer)


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Réplica Zuse Z3 em exposição no Museu Deutsches em Munich

O Z3 era um alemão computador eletromecânico projetado por Konrad Zuse . Foi o primeiro trabalho do mundo programável , totalmente automático computador digital . O Z3 foi construído com 2.600 relés , a implementação de um 22- bit palavra comprimento que operado a uma frequência de relógio de cerca de 4-5  Hz . Código de programa foi armazenado em um soco filme . Os valores iniciais foram introduzidos manualmente.

O Z3 foi concluída em Berlim em 1941, mas não foi considerado vital, por isso nunca foi colocado em operação todos os dias. Baseado na obra de Hans Georg Küssner (cf. efeito Küssner ) por exemplo, um " Programa para computar uma matriz complexa " foi escrito e usado para resolver asa vibração problemas. Zuse pediu ao governo alemão para o financiamento para substituir os relés com interruptores totalmente eletrônicos, mas o financiamento foi negado durante a II Guerra Mundial uma vez que tal desenvolvimento foi considerado "não a guerra importante". O Z3 original foi destruída em 21 de dezembro 1943, durante um bombardeio aliado de Berlim . O Z3 foi originalmente chamado V3 ( Versuchsmodell 3 ou Experimental Modelo 3), mas foi renomeado para não ser confundido com o da Alemanha V-armas . Uma réplica totalmente funcional foi construído em 1961 pela empresa de Zuse, Zuse KG , e está em exposição permanente no Museu Deutsches em Munich .

O Z3 foi demonstrada em 1998 para ser, em princípio, Turing completo . No entanto, uma vez que carecia de ramificao condicional, o Z3 só satisfaz esta definição por especulativa computação todos os possíveis resultados de um cálculo.

Graças a esta máquina e seus antecessores, Konrad Zuse é frequentemente considerado como o inventor do computador.

Design e desenvolvimento

Zuse projetou o Z1 em 1935 para 1936 e construiu entre 1936 e 1938. O Z1 era totalmente mecânico e só trabalhou durante alguns minutos a uma hora, no máximo. Helmut Schreyer aconselhados Zuse de usar uma tecnologia diferente. Como um estudante de doutorado na Institute of Technology Berlin em 1937, ele trabalhou na implementação de operações booleanas e (na terminologia de hoje) flip-flops com base em tubos de vácuo . Em 1938 Schreyer demonstrou um circuito sobre esta base para um público pequeno, e explicou a sua visão de uma máquina de computação eletrônica - mas desde que os maiores dispositivos eletrônicos operacionais continha muito menos tubos este foi considerado praticamente inviável. Naquele ano, ao apresentar o plano para um computador com 2.000 tubos de elétrons, Zuse e Schreyer, que era assistente no Instituto de Telecomunicações do Prof. Wilhelm Stablein na Universidade Técnica de Berlim, foram desencorajados por membros do instituto que sabiam sobre os problemas com tecnologia de tubo de electrões. Zuse recordou mais tarde: “Eles sorriu para nós em 1939, quando queríamos construir máquinas eletrônicas ... Nós dissemos: A máquina eletrônica é grande, mas primeiro os componentes têm de ser desenvolvidas.” Em 1940 Zuse e Schreyer conseguiu organizar uma reunião na o Oberkommando der Wehrmacht (OKW) para discutir um projeto potencial para o desenvolvimento de um computador eletrônico, mas quando eles estimaram uma duração de dois ou três anos, a proposta foi rejeitada.

Zuse decidiu implementar o projeto no próximo baseado em relés. A realização do Z2 foi ajudado financeiramente pelo Dr. Kurt Pannke, que fabricaram pequenas máquinas de calcular. O Z2 foi concluído e apresentado a uma audiência do Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt ( "Laboratório Alemão de Aviação") em 1940, em Berlim-Adlershof. Zuse teve sorte - esta apresentação foi um dos poucos casos em que o Z2 efectivamente trabalhadas e poderia convencer o DVL para financiar parcialmente a próxima design.

Melhorar na máquina básica Z2, ele construiu o Z3 em 1941, que foi um projeto altamente secreto do governo alemão. Dr. Joseph Jennissen (1905-1977), membro da "Research-Liderança" ( Forschungsführung ) no Ministério do Ar do Reich agiu como um supervisor do governo para ordens do ministério para a companhia de Zuse Zuse Apparatebau . Um outro intermediário entre Zuse eo Ministério do Ar do Reich foi o aerodynamicist Herbert A. Wagner .

O Z3 foi concluída em 1941 e foi mais rápido e muito mais confiável do que a Z1 e Z2. O Z3 aritmética de ponto flutuante foi melhorada em relação à do Z1 em que implementada manuseamento excepção "utilizando apenas alguns relés", os valores excepcionais (mais infinito, menos infinito e indefinidas) podem ser gerados e passados através de operações. O Z3 armazenado o seu programa em uma fita externa, portanto, nenhum religação foi necessário alterar programas.

Em 12 de maio de 1941, o Z3 foi apresentado para uma platéia de cientistas, incluindo os professores Alfred Teichmann e Curt Schmieden do Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt ( "Laboratório Alemão de Aviação") em Berlim , hoje conhecido como o Centro Aeroespacial da Alemanha em Colônia .

Zuse mudou-se para o Z4 design, que foi construído apenas alguns dias antes da Segunda Guerra Mundial terminou.

O Z3 como uma máquina universal de Turing

Foi possível construir laços no Z3, mas não houve desvio condicional instrução. No entanto, o Z3 era Turing completo - como implementar um universal máquina de Turing sobre o Z3 foi mostrado em 1998 por Raúl Rojas . Ele propõe que o programa fita teria que ser longa o suficiente para executar todos os caminhos possíveis através de ambos os lados de cada ramo. Seria computar todas as respostas possíveis, mas os resultados desnecessários seriam cancelados (uma espécie de execução especulativa ). Rojas conclui: "Podemos, portanto, dizer que, do ponto de vista teórico abstrato, o modelo de computação do Z3 é equivalente ao modelo de computação dos computadores de hoje. De uma perspectiva prática, e na forma como o Z3 foi realmente programado, não foi equivalente a computadores modernos ".

De um ponto de vista pragmático, no entanto, o Z3 forneceu um bastante prático conjunto de instruções para as aplicações de engenharia típicos da década de 1940 - Zuse era um engenheiro civil que só começou a construir seus computadores para facilitar o seu trabalho em sua profissão principal.

Relação a outros trabalhos

O sucesso do Z3 de Zuse é muitas vezes atribuída ao seu uso do sistema binário simples. Este foi inventado cerca de três séculos antes por Gottfried Leibniz ; Boole -lo usado mais tarde para desenvolver seu álgebra booleana . Zuse foi inspirado por Hilbert 's e Ackermann livro' s na lógica matemática elementar (cf. Princípios da Lógica Matemática ). Em 1937, Claude Shannon introduziu a idéia de mapeamento álgebra booleana para relés eletrônicos em um trabalho seminal no circuito digital design. Zuse no entanto não conhecia o trabalho de Shannon e desenvolveu as bases independentemente para seu primeiro computador Z1 que ele projetou e construiu 1935-1938.

do colega de trabalho de Zuse Helmut Schreyer construído um modelo experimental eletrônico digital de um computador usando 100 tubos de vácuo em 1942, mas foi perdido no final da guerra.

Um computador analógico foi construído pelo foguete cientista Helmut Hölzer em 1942 no Peenemünde Army Research Center para calcular e simular foguete V-2 trajetórias.

O Tommy Flores -Built Colosso (1943) e o computador Atanasoff-Berry (1942) utilizado válvulas térmicas (tubos de vácuo) e representação binária de números. Programação foi por meio de re-ligar painéis e definir interruptores.

O ENIAC computador, completada após a guerra, utilizados tubos de vácuo para implementar interruptores e utilizado representação decimal para números. Até 1948 programação era, como com Colosso, pelos cabos de remendo e comutadores.

O bebê Manchester de 1948 e o EDSAC de 1949 foram os primeiros computadores do mundo que armazenavam as instruções do programa e dados no mesmo espaço. Neste que implementou o conceito de programa armazenado que é frequentemente (mas erroneamente) atribuído a um papel 1945 por John von Neumann e seus colegas. Von Neumann disse ter dado o devido crédito a Alan Turing , eo conceito foi realmente mencionado anteriormente pelo próprio Konrad Zuse, em um pedido de patente 1936 (que foi rejeitada). -Se Konrad Zuse lembrado em suas memórias: "Durante a guerra, teria apenas sido possível construir dispositivos de programas armazenados eficientes de qualquer maneira." e Friedrich L. Bauer escreveu: "Suas idéias visionárias (programas ao vivo) que foram anos apenas para ser publicados depois que visam o sentido prático direita, mas nunca foram implementadas por ele."

Especificações

  • velocidade de cálculo de média: adição - 0,8 segundos, a multiplicação - 3 segundos
  • unidade aritmética: ponto flutuante binário, 22 bit, somar, subtrair, multiplicar, dividir, raiz quadrada
  • memória de dados: 64 palavras com um comprimento de 22 bits
  • Memória do programa: Fita perfurada celulóide
  • Entrada: Decimal números de ponto flutuante
  • Saída: Decimal números de ponto flutuante
  • Entrada e saída foi facilitada por um terminal, com um teclado especial para entrada e uma fileira de lâmpadas para mostrar resultados
  • Elementos: Cerca de 2.000 relés (1.400 para a memória)
  • Freqüência: 5,3 Hertz
  • Consumo de energia: cerca de 4.000 watts
  • Peso: Cerca de 1 tonelada (2.200 lb)

reconstruções modernas

Z3 reconstrução em 2010 por Horst Zuse

A reconstrução moderna dirigida por Raúl Rojas e Horst Zuse começou em 1997 e terminou em 2003. É agora na Zuse Museu Konrad em Hünfeld, Alemanha. Memória foi reduzida para 32 palavras. O consumo de energia é de cerca de 400 W, e de peso é de cerca de 30 kg (66 lb).

Em 2008 Horst Zuse começou a reconstrução do Z3 sozinho. Ele foi apresentado em 2010 na Zuse Museu Konrad em Hünfeld.

Veja também

Referências

Outras leituras

  • B. Jack Copeland, ed. (2006). Colossus: The Secrets of codebreaking Computadores de Bletchley Park . Imprensa da Universidade de Oxford. ISBN  978-0-19-284055-4 .
  • R. Rojas; F. Darius; C. Göktekin & G. Heyne (2005). "A reconstrução do Z3 de Konrad Zuse". IEEE Anais da História da Computação . 27 (3): 23-32. doi : 10,1109 / mahc.2005.48 .

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