Z3 (컴퓨터)

Z3 (computer)
Z3
뮌헨Deutsches Museum에 전시된 Zuse Z3 복제품
일명V3 (Versuch 모델 3)
디벨로퍼콘라드 쥐세
유형프로그램이 가능한 완전 자동 디지털 전자기계 컴퓨터
출고일자1941년 5월 12일; 82년 전 (1941-05-12)
수명2년
소개가격비용: ca. 50,000 ℛ ︁ ℳ
CPU2,600계전기 @ 5–10Hz
기억길이 22비트의 64개 단어
이동식저장장치천공된 셀룰로이드[1] 테이프
디스플레이결과를[2] 표시할 램프 행
인풋입력용[2] 특수 키보드가 있는 터미널
약 4,000와트[1]
덩어리약 1톤(2,200lb)[1]
선대Z2
후계자Z4

Z3는 1938년 콘라트 쥐세가 설계한 독일의 전자기계 컴퓨터로 1941년에 완성되었습니다.이것은 세계 최초로 프로그램이 가능한 완전 자동 디지털 컴퓨터였습니다.[3]Z3는 2,600개의 릴레이로 제작되었으며, 약 5~10Hz의 클럭 주파수에서 작동하는 22비트 워드 길이를 구현했습니다.[1]프로그램 코드가 천공 필름에 저장되었습니다.초기값은 수동으로 입력했습니다.[4][5][6]: 32–37

Z3는 1941년 베를린에서 완성되었습니다.그것은 중요한 것으로 여겨지지 않아서, 일상적으로 작동되지 않았습니다.[4][5][7][6]: 30, 38–39 [a]독일의 공기역학 엔지니어 한스 게오르크 퀴스너(퀴스너 효과로 잘 알려진)의 연구를 바탕으로, 윙플럿 문제를 해결하기 위해 "복합 매트릭스를 계산하는 프로그램"[b]이 작성되어 사용되었습니다.쥐세는 독일 정부에 릴레이를 완전히 전자식 스위치로 교체하기 위한 자금 지원을 요청했지만, 제2차 세계 대전 중에는 이러한 개발이 "전쟁에 중요하지 않다"는 이유로 자금 지원이 거부되었습니다.[11]: 148

원래 Z3는 1943년 12월 21일 연합군의 베를린 폭격으로 파괴되었습니다.그 Z3는 원래 V3(Versuchsmodell 3 또는 실험 모델 3)로 불렸지만, 독일의 V-무기와 혼동되지 않도록 이름을 바꾸었습니다.[12]완전히 작동하는 복제품은 1961년에 Zuse의 회사인 Zuse KG에 의해 만들어 졌고 현재 뮌헨Deutsches Museum에 영구적으로 전시되어 있습니다.[6]: 30

Z3는 1998년에 원칙적으로 튜링-완전임이 입증되었습니다.[13]그러나 조건부 분기가 없었기 때문에 Z3는 계산의 모든 가능한 결과를 추측적으로 계산함으로써 이 정의를 충족시킬 뿐입니다.

이 기계와 그 이전의 것들 덕분에, 콘라드 주즈는 종종 컴퓨터의 발명가로 제안되어 왔습니다.[14][15][16][17]

설계 및 개발

Z3, Z5Z11에 포함된 전자기 메모리(릴레이)

Zuse는 1935년부터 1936년까지 Z1을 디자인했고 1936년부터 1938년까지 지었습니다.Z1은 완전히 기계적이었고 기껏해야 한 번에 몇 분 정도밖에 작동하지 않았습니다.헬무트 슈라이어는 주세에게 다른 기술을 사용하라고 조언했습니다.1937년 베를린 공과대학교에서 박사과정을 밟은 그는 진공관을 기반으로 부울 연산과 플립플롭을 구현하는 일을 했습니다.1938년에 Schreyer는 소수의 청중들에게 이를 바탕으로 회로를 시연했고 전자 컴퓨팅 기계에 대한 그의 비전을 설명했습니다. 그러나 가장 큰 작동 전자 장치는 훨씬 적은 수의 튜브를 포함하고 있었기 때문에 이것은 현실적으로 실현 불가능하다고 여겨졌습니다.[2]그 해, 베를린 공과대학의 빌헬름 슈테블레인 전기통신연구소의 조수였던 주세와 슈라이어는 전자관 기술의 문제점을 알고 있던 연구소의 구성원들에게 낙담했습니다.[10]: 113, 152 후에 Zuse는 "1939년 우리가 전자 기계를 만들고자 했을 때 그들은 우리에게 미소를 지었습니다.우리는 이렇게 말했습니다.전자 기계는 훌륭하지만, 먼저 부품을 개발해야 합니다."[10]: 102 1940년, Zuse와 Schreyer는 Oberkommand der Wehrmacht (OKW)에서 전자 컴퓨터를 개발하기 위한 잠재적인 프로젝트를 논의하기 위해 가까스로 회의를 준비했지만, 그들이 2년 또는 3년의 기간을 추정했을 때, 그 제안은 거절되었습니다.[10]: 115

Zuse는 릴레이를 기반으로 다음 디자인을 구현하기로 결정했습니다.Z2의 실현은 소형 계산기를 제작한 커트 판케(Kurt Pannke)에 의해 재정적으로 도움을 받았습니다.Z2는 1940년 베를린 아들러쇼프에 있는 독일 항공 연구소("German Laboratory for Aviation")에서 완성되어 청중들에게 선보였습니다.Zuse는 운이 좋았습니다 – 이 프레젠테이션은 Z2가 실제로 작동한 몇 안 되는 사례 중 하나였고 DVL이 다음 디자인에 부분적으로 자금을 조달하도록 설득할 수 있었습니다.[2]

기본적인 Z2 기계를 개선한 그는 1941년에 독일 정부의 극비 프로젝트였던 Z3를 만들었습니다.[18]Joseph Jennissen (1905년-1977년),[19] 독일 항공부[20] "연구-리더십" (Forschungsführung)의 일원은 Zuse의 회사 ZUSE Apparatebau의 정부 명령을 위한 정부 감독관으로 활동했습니다.[21]주세와 제국 항공부 사이의 또 다른 중개인은 공기역학자 허버트 A였습니다. 바그너.[22]

Z3는 1941년에 완성되었고 Z1과 Z2보다 더 빠르고 안정적이었습니다.Z3 부동 소수점 연산은 "몇 개의 릴레이만 사용하여" 예외 처리를 구현하고 예외 값(플러스 인피니티, 마이너스 인피니티 및 미정의)을 생성하고 연산을 통과할 수 있다는 점에서 Z1보다 향상되었습니다.또한 제곱근 명령어를 추가했습니다.

Z3는 전작들과 마찬가지로 프로그램을 외부 천공 테이프에 저장했기 때문에 프로그램을 변경할 때 재배선이 필요하지 않았습니다.그러나 이후의 범용 컴퓨터에서는 조건부 분기가 발견되지 않았습니다.[23]: 7

1941년 5월 12일, Z3는 오늘날 쾰른독일 항공 우주 센터로 알려진 [25]베를린의 독일 항공 연구소("German Laboratory for Aviation")의 알프레드 테이히만(Alfred Teichmann) 교수와 쿠르트 슈미덴[24](Curt Schmieden) 교수를 포함한 과학자들의 청중에게 소개되었습니다.[26]

Zuse는 Z4 디자인으로 넘어가 베르너 브라운의 탄도 미사일 개발과 함께 하르츠 산맥의 벙커에서 완성했습니다.제2차 세계대전이 끝났을 때, Zuse는 Z4와 함께 알프스의 힌터슈타인으로 후퇴했고, 그곳에서 몇 년 동안 머물렀습니다.[27]

명령어세트

Z3는 R1과 R2 두 개의 레지스터를 쌓아놓은 스택 머신으로 작동했습니다.프로그램의 첫 번째 로드 동작은 메모리 위치의 내용을 R1에 로드하고, 다음 로드 동작은 메모리 위치의 내용을 R2에 로드합니다.산술 명령은 R1 및 R2의 내용에 따라 작동하여 결과를 R1에 남기고 R2를 지웁니다. 다음 로드 작업은 R2에 로드됩니다.저장 작업은 R1의 내용을 메모리 위치에 저장하고 R1을 지웁니다. 다음 로드 작업은 메모리 위치의 내용을 R1에 로드합니다.[23]: 8

키보드 읽기 작업은 키보드에서 숫자를 R1로 읽고 R2를 지웁니다.디스플레이 명령은 R1의 내용을 표시하고 R2를 지웁니다. 다음 로드 명령은 R2에 로드됩니다.[23]: 8

보편적 튜링 기계로서의 Z3

Z3에 루프를 구성하는 것은 가능했지만 조건부 분기 명령은 없었습니다.그럼에도 불구하고 Z3는 튜링 완성형이었습니다 – Z3에 보편적인 튜링 기계를 구현하는 방법은 라울 로하스에 의해 1998년에 보여졌습니다.그는 테이프 프로그램이 모든 지점의 양쪽을 통해 가능한 모든 경로를 실행할 수 있을 만큼 충분히 길어야 한다고 제안했습니다.그것은 가능한 모든 답을 계산할 것이지만, 불필요한 결과는 취소될 것입니다(일종의 추측적 실행).로하스는 "따라서 추상적인 이론적 관점에서 Z3의 컴퓨팅 모델은 오늘날의 컴퓨터의 컴퓨팅 모델과 동등하다고 말할 수 있습니다.실용적인 관점에서, 그리고 실제로 Z3가 프로그래밍된 방식에서는 현대의 컴퓨터와 동등하지 않았습니다."[13]

이와 같은 제한은 Z3가 1940년대의 일반적인 엔지니어링 응용 프로그램을 위한 실용적인 명령어 세트를 제공했다는 사실을 뒷받침합니다.기존의 하드웨어 제약을 의식하여, 당시 Zuse의 주요 목표는 토목 기사로서 그의 일을 용이하게 할 수 있는 작동 가능한 장치를 갖추는 것이었습니다.[28]

타업무와의관계

Zuse의 Z3의 성공은 종종 단순한 이진 시스템의 사용에 기인합니다.[6]: 21 이것은 약 3세기 전에 고트프리트 라이프니츠에 의해 발명되었습니다; 부울은 나중에 의 부울 대수를 개발하기 위해 그것을 사용했습니다.Zuse는 HilbertAckermann기초 수학 논리학 원리에 관한 책에서 영감을 받았습니다.[10]: 113, 152 1937년 클로드 섀넌은 디지털 회로 설계에 대한 중요한 연구에서 부울 대수를 전자 릴레이에 매핑하는 아이디어를 소개했습니다.그러나, Zuse는 Shannon의 작업을 알지 못했고 1935년부터 1938년까지 자신이 설계하고 만든 자신의 첫번째 컴퓨터 Z1을 위한 토대를 독자적으로[11]: 149 개발했습니다.

쥬세의 동료 헬무트 슈라이어는 1942년 100개의[29] 진공관을 이용한 컴퓨터의 전자 디지털 실험 모델을 만들었지만, 전쟁이 끝나면서 그 모델을 잃어버렸습니다.

아날로그 컴퓨터는 로켓 과학자인 헬무트 홀저가 1942년 Penemünde Army Research Center에서 V-2 로켓 궤도를 시뮬레이션하기[30][31][32] 위해 만들었습니다.[33][34]

토미 플라워스가 제작거상(1943)[35][36]아타나소프-베리 컴퓨터(1942) 열이온 밸브(진공 튜브)와 이진법으로 숫자를 표현했습니다.프로그래밍은 패치 패널을 다시 꽂고 스위치를 설정하는 방식이었습니다.[citation needed]

전쟁이 끝나고 완성된 ENIAC 컴퓨터는 진공관을 사용하여 스위치를 구현하고 숫자에 대한 십진법 표현을 사용했습니다.1948년까지 프로그래밍은 콜로수스와 마찬가지로 패치 리드와 스위치에 의해 이루어졌습니다.[37][38]

1948년의 Manchester Baby와 1949년의 EDSAC는 Manchester Mark 1과 함께 같은 공간에 프로그램 명령과 데이터를 저장하는 세계 최초의 작동 컴퓨터였습니다.이 과정에서 그들은 존 폰 노이만과 동료들이 1945년에 발표한 논문에 자주 (잘못) 귀속되는 저장 프로그램 개념을 구현했습니다.[39][40]폰 노이만은 알란 튜링에게 정당한 공을 돌렸다고 하며,[35][41] 이 개념은 1936년 특허 출원에서 콘라드 쥐세 자신이 일찍이 언급한 바 있습니다.[42][43]콘라트 주제는 회고록에서 "전쟁 중에는 효율적인 저장 프로그램 장치를 만드는 것이 거의 불가능했을 것입니다."[44]라고 기억했고, 프리드리히 L. 바우어는 "몇 년 후에야 발표될 그의 선견지명 있는 아이디어(라이브 프로그램)는 올바른 실용적 방향을 목표로 했지만 그에 의해 결코 실행되지 않았습니다."[45][46]라고 썼습니다.

사양서

  • 평균 계산 속도: 덧셈 – 0.8초, 곱셈 – 3초[1]
  • 산술 단위: 이진 부동소수점, 22비트, 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈, 제곱근[1]
  • 데이터 메모리: 22비트 워드[1] 64개
  • 프로그램 메모리: 천공된 셀룰로이드 테이프[1]
  • 입력: 10진 부동 소수점 숫자[1]
  • 출력: 10진 부동 소수점 숫자[1]
  • 입력 및 출력은 입력용 특수 키보드와 결과를[2] 표시하기 위한 램프 줄이 있는 단자를 통해 가능했습니다.
  • 요소:약 2,000개의 릴레이(메모리의 경우 1,400개)[2]
  • 주파수: 5~10헤르츠[1]
  • 소비 전력:약 4,000와트[1]
  • 무게: 약 1톤 (2,200 lb)[1]

근대적 재구성

2010년 호르스트 주세에 의한 Z3 재건축

라울 로하스호르스트 주즈가 연출한 현대적인 재구성은 1997년에 시작하여 2003년에 마쳤습니다.그것은 현재 독일 now펠트에 있는 콘라드 쥐세 미술관에 있습니다.기억력은 32단어로 반으로 줄었습니다.전력 소모량은 약 400W, 무게는 약 30kg(66lb)입니다.[49]

2008년, Horst Zuse는 Z3의 재건을 스스로 시작했습니다.[50]그것은 2010년 헌펠트의 콘라드 쥐세 박물관에 전시되었습니다.[51][52]

참고 항목

메모들

  1. ^ 선형 방정식 시스템과 그 결정 인자, 이차 방정식 및 고유값(날개 펄럭임의 경우)과 같은 문제를 해결할 수 있습니다.[8][9]
  2. ^ 독일어: Programm für die Berechnung einer komplexen Matrix[10]

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추가열람

외부 링크