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| 別名 | V3 (バージョンモデル 3) |
|---|---|
| 開発者 | コンラート・ツーゼ |
| タイプ | プログラム可能な全自動デジタル 電気機械式コンピュータ |
| 発売日 | 1941年5月12日 |
| 寿命 | 2年 |
| 導入価格 | 費用: 約50,000 ℛ︁ℳ︁ |
| CPU | 2,600リレー@ 5～10 Hz |
| メモリ | 22ビットの長さの64ワード |
| リムーバブルストレージ | パンチングセルロイドテープ[1] |
| 画面 | 結果を示すランプの列[2] |
| 入力 | 入力用の専用キーボードを備えた端末[2] |
| 力 | 約4,000ワット[1] |
| 質量 | 約1トン（2,200ポンド）[1] |
| 前任者 | Z2 |
| 後継 | Z4 |
Z3は、1938年にコンラート・ツーゼによって設計され、1941年に完成したドイツの電気機械式コンピュータです。これは、世界で初めて動作するプログラム可能な全自動デジタルコンピュータでした。[3] Z3は2,600個のリレーで構成され、約5〜10Hzの クロック周波数で動作する22ビットワード長を実装しました。[1]プログラムコードはパンチフィルムに保存されました。初期値は手動で入力されました。[4] [5] [6] : 32–37
Z3は1941年にベルリンで完成したが、不可欠とはみなされなかったため、日常的に運用されることはなかった。[4] [5] [7] [6] : 30, 38–39 [a]ドイツの航空力学技術者ハンス・ゲオルク・キュスナー（キュスナー効果で知られる）の研究に基づいて、「複雑な行列を計算するプログラム」[b]が作成され、翼のばたつき問題を解決するために使用された。ツーゼはドイツ政府に、リレーを完全に電子化されたスイッチに置き換えるための資金を求めたが、第二次世界大戦中はそのような開発は「戦争上重要ではない」とみなされたため、資金は拒否された。[11] : 148
オリジナルのZ3は1943年12月21日、連合軍のベルリン爆撃で破壊された。このZ3は当初V3（Versuchsmodell 3または実験モデル3）と呼ばれていたが、ドイツのV兵器と混同されないように改名された。[12]完全に機能するレプリカは1961年にツーゼの会社であるツーゼKGによって製造され、現在はミュンヘンのドイツ博物館に常設展示されている。[6] : 30
Z3は1998年に原理的にチューリング完全であることが実証されました。[13]しかし、条件分岐がないため、Z3は計算のすべての可能な結果を推測的に計算することによってのみこの定義を満たします。
このマシンとその前身のおかげで、コンラート・ツーゼはコンピューターの発明者としてしばしば挙げられてきました。[14] [15] [16] [17]
設計と開発
ツーゼは1935年から1936年にかけてZ1を設計し、1936年から1938年にかけて構築しました。Z1は完全に機械式で、一度に最大で数分しか動作しませんでした。ヘルムート・シュライヤーはツーゼに別の技術を使用するよう助言しました。1937年にシャルロッテンブルク工科大学（現在のベルリン工科大学）の博士課程の学生として、彼は真空管をベースにブール演算と（今日の用語で言えば）フリップフロップの実装に取り組みました。1938年にシュライヤーはこのベースに基づいた回路を少人数の聴衆に実演し、電子計算機のビジョンについて説明しましたが、実際に動作する最大の電子機器にははるかに少ない真空管が含まれていたため、これは事実上実現不可能であると考えられました。[2]その年、2,000本の電子管を使ったコンピュータの計画を発表したとき、ベルリン工科大学のヴィルヘルムテーブラインの電気通信研究所の助手だったシュライアーは、電子管技術の問題を知っていた研究所のメンバーから落胆させられた。[10] : 113, 152 後にツーゼは次のように回想している。「1939年に私たちが電子機械を作ろうとしたとき、彼らは私たちに微笑みかけました...私たちは言いました。電子機械は素晴らしいですが、まずは部品を開発しなければなりません。」[10] : 102 1940年、ツーゼとシュライアーは、電子コンピュータ開発の潜在的なプロジェクトについて議論するためにドイツ国防軍最高司令部（OKW）との会議をなんとか手配したが、期間を2、3年と見積もったため、提案は却下された。[10] : 115
ツーゼはリレーをベースにした次の設計を実装することを決定した。Z2の実現には、小型計算機を製造していたクルト・パンケの資金援助があった。Z2は完成し、 1940年にベルリン・アドラースホーフのドイツ航空研究所で発表された。ツーゼは幸運だった。この発表は、Z2が実際に機能した数少ない例の1つであり、DVLに次の設計の一部資金を提供するよう説得することができた。[2]
1941年、彼はZ2の基本機を改良し、ドイツ政府の極秘プロジェクトの一環としてZ3を製作した。[18]ヨーゼフ・イェニッセン（1905年 - 1977年）[19]は、ドイツ航空省の「研究指導部」（Forschungsführung）のメンバーであり[20]、ツーゼの会社ZUSE Apparatebauに対する省の注文の政府監督者として活動した。[21]ツーゼとドイツ航空省の間のさらなる仲介者は、空気力学者のヘルベルト・A・ワーグナーであった。[22]
Z3 は 1941 年に完成し、Z1 や Z2 よりも高速で信頼性もはるかに高くなりました。Z3浮動小数点演算は、Z1 よりも改善され、「わずか数個のリレーを使用する」例外処理を実装し、例外値 (プラス無限大、マイナス無限大、未定義) を生成して演算に渡すことができました。さらに、平方根命令も追加されました。
Z3は、その前身と同様に、プログラムを外部のパンチテープに保存していたため、プログラムを変更するために配線を変更する必要はなかった。しかし、後の汎用コンピュータに見られる条件分岐はなかった。[23] : 7
1941 年 5 月 12 日、Z3 は、現在ドイツ航空研究所として知られるベルリンのドイツ航空研究所 (「ドイツ航空研究所」) のアルフレッド・タイヒマン教授とクルト・シュミーデン教授 [24] を含む科学者の聴衆に披露されました。ケルンの航空宇宙センター。[26]
ツーゼはZ4の設計に移り、ヴェルナー・フォン・ブラウンの弾道ミサイル開発と並行してハルツ山地のバンカーでそれを完成させた。第二次世界大戦が終わると、ツーゼはZ4とともにアルプスのヒンターシュタインに撤退し、そこで数年間過ごした。[27]
命令セット
Z3 は、2 つのレジスタ R1 と R2 のスタックを持つスタック マシンとして動作しました。プログラムの最初のロード操作では、メモリ ロケーションの内容を R1 にロードします。次のロード操作では、メモリ ロケーションの内容を R2 にロードします。算術命令は、R1 と R2 の内容を操作し、結果を R1 に残して R2 をクリアします。次のロード操作では、R2 にロードします。ストア操作では、R1 の内容をメモリ ロケーションに格納し、R1 をクリアします。次のロード操作では、メモリ ロケーションの内容を R1 にロードします。[23] : 8
キーボード読み取り命令はキーボードから数字をR1に読み込み、R2をクリアする。表示命令はR1の内容を表示し、R2をクリアする。次のロード命令はR2にロードする。[23] : 8
汎用チューリングマシンとしてのZ3
Z3 ではループを構築できましたが、条件分岐命令はありませんでした。それでも、Z3 はチューリング完全でした。Z3 で汎用チューリング マシンを実装する方法は、 1998 年にRaúl Rojasによって示されました。彼は、テープ プログラムは、すべての分岐の両側を通るすべての可能なパスを実行できるほど長くなければならないと提案しました。テープ プログラムは、すべての可能な答えを計算しますが、不要な結果はキャンセルされます (一種の投機的実行)。Rojas は、「したがって、抽象的な理論的観点からは、Z3 のコンピューティング モデルは、今日のコンピューターのコンピューティング モデルと同等であると言えます。実用的な観点から、また Z3 が実際にプログラムされた方法では、現代のコンピューターと同等ではありませんでした。」と結論付けています。[13]
この一見すると制限があるように見えるが、Z3 は1940 年代の典型的なエンジニアリング アプリケーションに実用的な 命令セットを提供していたという事実を覆すものである。当時のツーゼの主な目標は、既存のハードウェアの制限を考慮し、土木技術者としての作業を容易にする実用的なデバイスを手に入れることであった。[28]
他の仕事との関係
ツーゼの Z3 の成功は、単純な二進法を採用していたためだとよく言われる。[6] : 21 この方式は、およそ 3 世紀前にゴットフリート・ライプニッツによって発明され、後にブールはこれを用いてブール代数を開発した。ツーゼは、ヒルベルトとアッカーマンの初等論理学に関する著書『数理論理学原理』に触発された。[10] : 113, 152 1937 年、クロード・シャノンは、 デジタル回路設計に関する画期的な研究の中で、ブール代数を電子リレーにマッピングするというアイデアを紹介した。しかし、ツーゼはシャノンの研究を知らず、[11] : 149 1935 年から 1938 年にかけて設計構築した最初のコンピュータZ1 の基礎を独自に開発した。
ツーゼの同僚ヘルムート・シュライアーは1942年に100本の真空管を使った電子デジタルコンピュータの実験モデルを製作したが[29]、戦争の終わりに失われた。
1942年、ロケット科学者ヘルムート・ヘルツァーはペーネミュンデ陸軍研究センターでV-2ロケットの軌道をシミュレートするためのアナログコンピュータを製作した。 [ 30] [31] [32] [ 33] [34]
トミー・フラワーズが製作した コロッサス（1943年）[35] [36]とアタナソフ・ベリー・コンピュータ（1942年）は、熱電子バルブ（真空管）と2進数の表現を使用していました。プログラミングは、パッチパネルの再接続とスイッチの設定によって行われました。[要出典]
戦後に完成したENIACコンピュータは、真空管を使ってスイッチを実装し、数字には10進数表現を使用していました。1948年までは、Colossusと同様に、プログラミングはパッチリードとスイッチによって行われていました。[37] [38]
1948年のマンチェスターベイビーは、1949年のマンチェスター マーク 1およびEDSACとともに、プログラム命令とデータを同じ空間に格納した世界最古の実用コンピュータでした。これにより、ジョン フォン ノイマンと同僚による1945 年の論文によく (しかし誤って) 帰属されるプログラム格納概念が実装されました。[39] [40]フォン ノイマンはアラン チューリングに正当な評価を与えたと言われており、[35] [41]この概念は実際にはコンラート ツーゼ自身によって 1936 年の特許出願 (却下) で以前に言及されていました。[42] [43]コンラート ツーゼ自身は回想録で次のように回想しています。「戦時中は、効率的なプログラム格納装置を作ることはほとんど不可能だったでしょう。」[44]フリードリヒ L. バウアーは後に次のように書いています。「彼の先見の明のあるアイデア (ライブ プログラム) は、何年も後に発表されたばかりで、適切な実用的な方向性を目指していましたが、彼によって実装されることはありませんでした。」[45] [46]
仕様
- 平均計算速度：加算 – 0.8秒、乗算 – 3秒[1]
- 演算ユニット: 22ビット2進浮動小数点、加算、減算、乗算、除算、平方根[1]
- データメモリ: 64 22ビットワード[1]
- プログラムメモリ：パンチングセルロイドテープ[1]
- 入力: 10進浮動小数点数[1]
- 出力: 10進浮動小数点数[1]
- 入力と出力は、入力用の特別なキーボードと結果を表示するためのランプの列を備えた端末によって容易になった[2]
- 要素: リレー約2,000個（メモリ用1,400個）[2]
- 周波数：5～10ヘルツ[1]
- 消費電力：約4,000 ワット[1]
- 重量: 約1トン（2,200ポンド）[1]
現代の再建
ラウル・ロハスとホルスト・ツーゼの指揮による現代的復元は1997年に始まり、2003年に完了した。現在はドイツのヒュンフェルトにあるコンラート・ツーゼ博物館に所蔵されている。[47] [48]メモリは32ワードに半減した。消費電力は約400W、重量は約30キログラム（66ポンド）である。[49]
2008年、ホルスト・ツーゼは自らZ3の復元に着手した。[50] 2010年にヒュンフェルトのコンラート・ツーゼ博物館で展示された。[51] [52]
参照
- コンピュータハードウェアの歴史
- 逆ポーランド記法(RPN)
注記
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、 Zuse Z3に関連するメディアがあります。
- Horst Zuse の Web サイトの Z3 ページ
- コンラート・ツーゼの生涯と作品
- Konrad Zuse に関する Paul E. Ceruzzi コレクション (CBI 219)。ミネソタ大学、チャールズ バベッジ研究所。このコレクションには、公開されたレポート、記事、製品資料、およびその他の資料が含まれています。