Z3 (computador) - Z3 (computer)

Réplica de Zuse Z3 em exibição no Deutsches Museum em Munique

O Z3 foi um computador eletromecânico alemão projetado por Konrad Zuse em 1935 e concluído em 1941. Foi o primeiro computador digital programável totalmente automático em funcionamento no mundo . O Z3 foi construído com 2.600 relés , implementando um comprimento de palavra de 22 bits que operava a uma frequência de clock de cerca de 5–10  Hz . O código do programa foi armazenado em filme perfurado . Os valores iniciais foram inseridos manualmente.

O Z3 foi concluído em Berlim em 1941. Não foi considerado vital, por isso nunca foi colocado em operação cotidiana. Com base no trabalho do engenheiro aerodinâmico alemão Hans Georg Küssner (conhecido pelo efeito Küssner ), um "Programa para calcular uma matriz complexa" foi escrito e usado para resolver problemas de vibração das asas . Zuse pediu ao governo alemão financiamento para substituir os relés por interruptores totalmente eletrônicos, mas o financiamento foi negado durante a Segunda Guerra Mundial, uma vez que tal desenvolvimento foi considerado "não importante para a guerra".

O Z3 original foi destruído em 21 de dezembro de 1943 durante um bombardeio aliado de Berlim . Esse Z3 foi originalmente chamado de V3 ( Versuchsmodell 3 ou Experimental Model 3), mas foi renomeado para não ser confundido com as armas V da Alemanha . Uma réplica em pleno funcionamento foi construída em 1961 pela empresa de Zuse, Zuse KG , que agora está em exibição permanente no Deutsches Museum em Munique .

O Z3 foi demonstrado em 1998 como sendo, em princípio, Turing-completo . No entanto, por não ter ramificação condicional , o Z3 só atende a essa definição computando especulativamente todos os resultados possíveis de um cálculo.

Graças a esta máquina e seus predecessores, Konrad Zuse foi frequentemente sugerido como o inventor do computador.

Design e desenvolvimento

Zuse projetou o Z1 em 1935 a 1936 e o ​​construiu de 1936 a 1938. O Z1 era totalmente mecânico e funcionava apenas por alguns minutos de cada vez. Helmut Schreyer aconselhou Zuse a usar uma tecnologia diferente. Como estudante de doutorado no Instituto de Tecnologia de Berlim em 1937, ele trabalhou na implementação de operações booleanas e (na terminologia de hoje) chinelos com base em tubos de vácuo . Em 1938, Schreyer demonstrou um circuito nesta base para um pequeno público e explicou sua visão de uma máquina de computação eletrônica - mas como os maiores dispositivos eletrônicos operacionais continham muito menos tubos, isso 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 na de Wilhelm Stablein  [ de ] Instituto de Telecomunicações da Universidade Técnica de Berlim, foram desencorajados por membros do instituto que sabiam sobre os problemas com tecnologia de tubo de elétrons. Zuse mais tarde lembrou: “Eles sorriram para nós em 1939, quando queríamos construir máquinas eletrônicas ... Dissemos: A máquina eletrônica é ótima, mas primeiro os componentes precisam ser desenvolvidos.” Em 1940, Zuse e Schreyer conseguiram marcar uma reunião em O Oberkommando der Wehrmacht (OKW) para discutir um projeto potencial de desenvolvimento de um computador eletrônico, mas quando estimaram uma duração de dois ou três anos, a proposta foi rejeitada.

Zuse decidiu implementar o próximo projeto baseado em relés. A realização do Z2 foi ajudada financeiramente por Kurt Pannke , que fabricava 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 Berlin-Adlershof. Zuse teve sorte - esta apresentação foi uma das poucas ocasiões em que o Z2 realmente funcionou e conseguiu convencer o DVL a financiar parcialmente o próximo projeto.

Melhorando a máquina Z2 básica, ele construiu o Z3 em 1941, um projeto altamente secreto do governo alemão. Joseph Jennissen (1905–1977), membro da "Liderança de Pesquisa" ( Forschungsführung ) no Ministério da Aeronáutica do Reich atuou como supervisor do governo para as ordens do ministério para a empresa de Zuse, ZUSE Apparatebau . Outro intermediário entre Zuse e o Ministério da Aeronáutica do Reich foi o aerodinamicista Herbert A. Wagner .

O Z3 foi concluído em 1941 e era mais rápido e muito mais confiável do que o Z1 e o Z2. A aritmética de ponto flutuante do Z3 foi melhorada em relação ao Z1, pois implementou o tratamento de exceções "usando apenas alguns relés", os valores excepcionais (mais infinito, menos infinito e indefinido) puderam ser gerados e transmitidos pelas operações. O Z3 armazenou seu programa em uma fita externa, portanto, nenhuma religação foi necessária para alterar os programas.

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

Zuse mudou para o projeto do Z4 , que ele completou em um bunker nas montanhas Harz , ao lado do desenvolvimento do míssil balístico de Wernher von Braun . Quando a Segunda Guerra Mundial terminou, Zuse retirou-se para Hinterstein, nos Alpes, com o Z4, onde permaneceu por vários anos.

Z3 como uma máquina de Turing universal

Era possível construir loops no Z3, mas não havia instrução de desvio condicional . No entanto, o Z3 era Turing-completo - como implementar uma máquina de Turing universal no Z3 foi mostrado em 1998 por Raúl Rojas . Ele propôs que o programa de fita teria que ser longo o suficiente para executar todos os caminhos possíveis pelos dois lados de cada ramificação. Ele computaria todas as respostas possíveis, mas os resultados desnecessários seriam cancelados (uma espécie de execução especulativa ). Rojas conclui: "Podemos, portanto, dizer que, de uma perspectiva teórica abstrata, o modelo de computação do Z3 é equivalente ao modelo de computação dos computadores de hoje. De uma perspectiva prática, e da forma como o Z3 foi realmente programado, não foi equivalente aos computadores modernos. "

Essa aparente limitação desmente o fato de que o Z3 forneceu um conjunto de instruções práticas para as aplicações típicas de engenharia da década de 1940. Ciente das restrições de hardware existentes, o principal objetivo de Zuse na época era ter um dispositivo funcional para facilitar seu trabalho como engenheiro civil .

Relação com outro trabalho

O sucesso do Z3 de Zuse é frequentemente atribuído ao uso do sistema binário simples. Isso foi inventado cerca de três séculos antes por Gottfried Leibniz ; Boole mais tarde o usou para desenvolver sua álgebra booleana . Zuse foi inspirado pelo livro de Hilbert e Ackermann sobre lógica matemática elementar Principles of Mathematical Logic . Em 1937, Claude Shannon introduziu a ideia de mapear a álgebra booleana em relés eletrônicos em um trabalho seminal no projeto de circuitos digitais . Zuse, no entanto, não sabia do trabalho de Shannon e desenvolveu a base de forma independente para seu primeiro computador Z1 , que ele projetou e construiu de 1935 a 1938.

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

Um computador analógico foi construído pelo cientista de foguetes Helmut Hölzer em 1942 no Centro de Pesquisa do Exército de Peenemünde para simular as trajetórias dos foguetes V-2 .

The Tommy Flowers -built Colossus (1943) e o Atanasoff-Berry Computer (1942) usaram válvulas termiônicas (tubos de vácuo) e representação binária de números. A programação era feita por meio da reconexão dos painéis de patch e da configuração de interruptores.

O computador ENIAC , concluído após a guerra, usava tubos de vácuo para implementar interruptores e usava representação decimal para números. Até 1948, a programação era, como no Colossus, por patch leads e switches.

O Manchester Baby de 1948, juntamente com o Manchester Mark 1 e o EDSAC de 1949, foram os primeiros computadores em funcionamento do mundo que armazenavam instruções e dados do programa no mesmo espaço. Com isso, eles implementaram o conceito de programa armazenado que é frequentemente (mas erroneamente) atribuído a um artigo de 1945 de John von Neumann e colegas. Diz-se que Von Neumann deu o devido crédito a Alan Turing , e o conceito havia sido mencionado anteriormente pelo próprio Konrad Zuse, em um pedido de patente de 1936 (que foi rejeitado). O próprio Konrad Zuse lembrou em suas memórias: "Durante a guerra, dificilmente seria possível construir dispositivos de programa armazenados eficientes de qualquer maneira." e Friedrich L. Bauer escreveu: "Suas idéias visionárias (programas ao vivo) que só seriam publicados anos depois visavam a direção prática certa, mas nunca foram implementadas por ele."

Especificações

  • Velocidade média de cálculo: adição - 0,8 segundos, multiplicação - 3 segundos
  • Unidade aritmética: ponto flutuante binário , 22 bits, adicionar, subtrair, multiplicar, dividir, raiz quadrada
  • Memória de dados: 64 palavras com comprimento de 22 bits
  • Memória do programa: fita de celulóide perfurada
  • Entrada: números decimais de ponto flutuante
  • Saída: números decimais de ponto flutuante
  • A entrada e a saída eram facilitadas por um terminal, com um teclado especial para entrada e uma fileira de lâmpadas para mostrar os resultados
  • Elementos: Cerca de 2.000 relés (1.400 para a memória)
  • Frequência: 5–10 hertz
  • Consumo de energia: cerca de 4.000 watts
  • Peso: cerca de 1 tonelada (2.200 lb)

Reconstruções modernas

Reconstrução Z3 em 2010 por Horst Zuse

Uma reconstrução moderna dirigida por Raúl Rojas e Horst Zuse começou em 1997 e terminou em 2003. Agora está no Museu Konrad Zuse em Hünfeld, Alemanha. A memória foi reduzida para 32 palavras. O consumo de energia é de cerca de 400 W e o peso é de cerca de 30 quilogramas (66 lb).

Em 2008, Horst Zuse iniciou a reconstrução do Z3 por conta própria. Foi apresentado em 2010 no Museu Konrad Zuse em Hünfeld.

Veja também

Notas

Referências

Leitura adicional

  • B. Jack Copeland, ed. (2006). Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreaking Computers . Imprensa da Universidade de Oxford. ISBN 978-0-19-284055-4.
  • R. Rojas; F. Darius; C. Göktekin e G. Heyne (2005). "A reconstrução do Z3 de Konrad Zuse". Anais de História da Computação do IEEE . 27 (3): 23–32. doi : 10.1109 / mahc.2005.48 . S2CID  16288658 .

links externos