Z3 - Polski Serwis Naukowy

Z3 to pierwszy działający, w pełni automatyczny komputer o zmiennym programie zbudowany przez niemieckiego inżyniera Konrada Zuse w 1941 roku na bazie jego wcześniejszej, mechanicznej konstrukcji, Z1. Maszyna była wykorzystywana w czasie wojny do obliczeń niezbędnych przy projektowaniu skrzydeł.

Konrad Zuse (ur. 22 czerwca 1910 r. w Berlinie - zm. 18 grudnia 1995 r. w Hünfeld) - niemiecki inżynier, konstruktor, pionier informatyki; konstruktor pierwszego komputera działającego w systemie binarnym; studia na Politechnice Berlińskiej; od 1935 roku, w którym ukończył studia, pracował w Henschel Flugzeug-Werke AG; 1936 uzyskał patent na pamięć mechaniczną; 1939-1958 skonstruował serię elektromechanicznych i elektronicznych maszyn liczących (wykorzystywanych m.in. do projektowania geometrii skrzydeł samolotów niemieckich w czasie II wojny światowej) - najbardziej znana to Z3, 1941, pierwsza w historii w pełni działająca programowalna maszyna licząca; 1958 zaprojektował ploter (maszyna Z64). Od roku 1949 do 1969 prowadził własną firmę Zuse KG.

Stany Zjednoczone, Stany Zjednoczone Ameryki (ang.: United States, United States of America, US, USA) – państwo w Ameryce Północnej graniczące z Kanadą od północy, Meksykiem od południa, Oceanem Spokojnym od zachodu, Oceanem Arktycznym od północnego zachodu, Oceanem Atlantyckim od wschodu.

Z1 był maszyną mechaniczną, a Z3 przekaźnikową lecz posiadały identyczną organizację. Wykonywały tylko dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie i pierwiastkowanie na binarnych liczbach zmiennoprzecinkowych przechowywanych w 64 słowach pamięci. Program zapisany był na ośmiokanałowej taśmie perforowanej i wykonywany w miarę wczytywania. Dla realizacji pętli należało końce taśmy skleić w pętlę. Dane były wprowadzane przez klawiaturę a wynik odczytywany z wyświetlacza.

Z1 – mechaniczny komputer zerowej generacji nie będący jednak maszyną Turinga z braku rozkazów warunkowych, które zostały dodane dopiero w modelu Z4. Pierwszy komputer Konrada Zuse i pierwszy posiadający liczby zmiennoprzecinkowe.

Komputer (z ang. computer od łac. computare – obliczać, dawne nazwy używane w Polsce: mózg elektronowy, elektroniczna maszyna cyfrowa, maszyna matematyczna) – urządzenie elektroniczne służące do przetwarzania wszelkich informacji, które da się zapisać w formie ciągu cyfr albo sygnału ciągłego.

Jedyny istniejący egzemplarz komputera został zniszczony przez Aliantów pod koniec wojny, lecz jego replikę zbudowaną w latach 60. można zobaczyć w Muzeum Techniki (Deutsches Museum) w Monachium.

Replika w Deutsches Museum w Monachium

Dane Z3

procesor:

system: binarny

czas mnożenia: 3 s

częstotliwość zegara: 5 1/3 Hz

zawierał 600 przekaźników

pamięć:

danych: 64 słowa 22 bitowe; zawierająca łącznie z układem sterowania 1800 przekaźników

programu: ośmiokanałowa taśma perforowana

sterowanie mikroprogramowe

urządzenie we/wy

klawiatura dziesiętna

wyświetlacz dziesiętny

format danych: binarna liczba zmiennoprzecinkowa zawierająca:

bit znaku

7 bitów wykładnika zapisanych jako liczba w kodzie uzupełnieniowym do dwóch

14 bitów mantysy (pierwszy bit zawsze równy 1 nie był pamiętany)

każda liczba z wykładnikiem równym -64 jest zerem

każda liczba z wykładnikiem równym 63 jest nieskończonością

zakres liczb:

wewnętrzny: 2 = 1,08 x 10 do 2 = 4,61 x 10

wprowadzanych : od 1 x 10 do 9999 x 10

wyświetlanych: od 1 x 10 do 19999 x 10

konstruktor: Konrad Zuse

Kompletność Turinga

O maszynie mówimy, że jest kompletna w sensie Turinga, kiedy można za jej pomocą zrealizować każdy algorytm. Powszechnie uważano, że Z3 nie spełniał tych wymogów, ponieważ nie posiadał instrukcji warunkowych, pierwszeństwo przyznając amerykańskiemu komputerowi ENIAC z 1944 roku. W 1998 roku Raúl Rojas udowodnił, że na komputerze Z3 można zaimplementować maszynę Turinga, pod warunkiem niezawodności i braku ograniczeń co do rozmiaru pamięci, co jednak oznaczało, że komputer ten faktycznie jest kompletny w sensie Turinga.

Definicja intuicyjna: Maszyna Turinga stanowi najprostszy, wyidealizowany matematyczny model komputera, zbudowany z taśmy, na której zapisuje się dane i poruszającej się wzdłuż niej "głowicy", wykonującej proste operacje na zapisanych na taśmie wartościach.

Procesor (ang. processor), także CPU (ang. Central Processing Unit) – urządzenie cyfrowe sekwencyjne, które pobiera dane z pamięci, interpretuje je i wykonuje jako rozkazy. Wykonuje on ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora.

Znaczenie

Z3 był maszyną wyprzedzającą swoją epokę. Współczesnym komputerom, mimo iż oparte są one na układach elektronicznych, pod względem działania bliżej jest właśnie do tego niemieckiego projektu, niż do amerykańskiego ENIAC-a. Powody, dla których nie był on szeroko znany, miały podłoże polityczne oraz społeczne - po wojnie głównym ośrodkiem rozwoju informatyki były Stany Zjednoczone i to właśnie tam, niezależnie, wynaleziono i spopularyzowano szereg rozwiązań wcześniej użytych w komputerach Z1 oraz Z3.

Taśmy dziurkowane (perforowane), znane od połowy XIX wieku, używano jako nośnik do zapisywania danych. Były do tego celu również stosowane obok kart dziurkowanych w pierwszych komputerach. Z czasem zostały zastąpione przez bardziej pojemne media np. taśmy magnetyczne.

Algorytm – w matematyce oraz informatyce skończony, uporządkowany ciąg jasno zdefiniowanych czynności, koniecznych do wykonania pewnego rodzaju zadań. Słowo "algorytm" pochodzi od starego angielskiego słowa algorism, oznaczającego wykonywanie działań przy pomocy liczb arabskich (w odróżnieniu od abacism - przy pomocy abakusa), które z kolei wzięło się od nazwiska, które nosił Muhammad ibn Musa al-Chuwarizmi (أبو عبد الله محمد بن موسى الخوارزمي), matematyk perski z IX wieku.

Linki zewnętrzne

opis Z3

Szczegółowy opis budowy oraz historii powstania Z3