Z3 (computadora) - Z3 (computer)

Réplica del Zuse Z3 en exhibición en el Deutsches Museum de Múnich

El Z3 era un ordenador electromecánico alemán diseñado por Konrad Zuse en 1935 y terminado en 1941. Fue el primer ordenador digital totalmente automático, programable y en funcionamiento del mundo . El Z3 fue construido con 2600 relés , implementando una longitud de palabra de 22 bits que operaba a una frecuencia de reloj de aproximadamente 5-10  Hz . El código del programa se almacenó en una película perforada . Los valores iniciales se ingresaron manualmente.

El Z3 se completó en Berlín en 1941. No se consideró vital, por lo que nunca se puso en funcionamiento todos los días. Basado en el trabajo del ingeniero aerodinámico alemán Hans Georg Küssner (conocido por el efecto Küssner ), se escribió un "Programa para calcular una matriz compleja" y se usó para resolver problemas de aleteo de alas . Zuse solicitó al gobierno alemán fondos para reemplazar los relés con interruptores totalmente electrónicos, pero el financiamiento fue denegado durante la Segunda Guerra Mundial ya que tal desarrollo se consideró "no importante para la guerra".

El Z3 original fue destruido el 21 de diciembre de 1943 durante un bombardeo aliado de Berlín . Ese Z3 originalmente se llamaba V3 ( Versuchsmodell 3 o Experimental Model 3) pero se le cambió el nombre para que no se confundiera con las armas V de Alemania . Una réplica en pleno funcionamiento fue construida en 1961 por la empresa de Zuse, Zuse KG , que ahora se encuentra en exhibición permanente en el Deutsches Museum de Múnich .

En 1998 se demostró que el Z3 era, en principio, Turing completo . Sin embargo, debido a que carecía de ramificación condicional , el Z3 solo cumple con esta definición calculando especulativamente todos los resultados posibles de un cálculo.

Gracias a esta máquina y sus predecesoras, Konrad Zuse se ha sugerido a menudo como el inventor de la computadora.

Diseño y desarrollo

Zuse diseñó el Z1 entre 1935 y 1936 y lo fabricó entre 1936 y 1938. El Z1 era totalmente mecánico y solo funcionaba durante unos minutos a la vez como máximo. Helmut Schreyer aconsejó a Zuse que utilizara una tecnología diferente. Como estudiante de doctorado en el Instituto de Tecnología de Berlín en 1937, trabajó en la implementación de operaciones booleanas y (en la terminología actual) flip-flops sobre la base de tubos de vacío . En 1938, Schreyer demostró un circuito sobre esta base a una pequeña audiencia y explicó su visión de una máquina de computación electrónica, pero dado que los dispositivos electrónicos operativos más grandes contenían muchos menos tubos, esto se consideró prácticamente inviable. En ese año, cuando presentaron el plan para una computadora con 2.000 tubos de electrones, Zuse y Schreyer, que era asistente en el Instituto  [ de ] Telecomunicación de Wilhelm Stäblein en la Universidad Técnica de Berlín, se sintieron desanimados por miembros del instituto que conocían los problemas. con tecnología de tubo de electrones. Zuse recordó más tarde: "Nos sonrieron en 1939, cuando queríamos construir máquinas electrónicas ... Dijimos: La máquina electrónica es genial, pero primero hay que desarrollar los componentes ". En 1940, Zuse y Schreyer lograron concertar una reunión en el Oberkommando der Wehrmacht (OKW) para discutir un proyecto potencial para el desarrollo de una computadora electrónica, pero cuando estimaron una duración de dos o tres años, la propuesta fue rechazada.

Zuse decidió implementar el próximo diseño basado en relés. Kurt Pannke , que fabricó pequeñas máquinas calculadoras, ayudó económicamente a la realización del Z2 . El Z2 se completó y se presentó a una audiencia del Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt ("Laboratorio alemán de aviación") en 1940 en Berlín-Adlershof. Zuse tuvo suerte: esta presentación fue uno de los pocos casos en los que el Z2 realmente funcionó y pudo convencer al DVL de financiar parcialmente el próximo diseño.

Mejorando la máquina básica Z2, construyó el Z3 en 1941, que era un proyecto altamente secreto del gobierno alemán. Joseph Jennissen (1905-1977), miembro de la "Investigación-Liderazgo" ( Forschungsführung ) en el Ministerio del Aire del Reich, actuó como supervisor del gobierno por órdenes del ministerio a la compañía ZUSE Apparatebau de Zuse . Otro intermediario entre Zuse y el Ministerio del Aire del Reich fue el aerodinámico Herbert A. Wagner .

El Z3 se completó en 1941 y era más rápido y mucho más confiable que el Z1 y el Z2. La aritmética de punto flotante Z3 se mejoró sobre la del Z1 en el sentido de que implementó el manejo de excepciones "usando solo unos pocos relés", los valores excepcionales (más infinito, menos infinito e indefinido) se podían generar y pasar a través de operaciones. El Z3 almacenó su programa en una cinta externa, por lo que no fue necesario volver a cablear para cambiar los programas.

El 12 de mayo de 1941, el Z3 se presentó a una audiencia de científicos, incluidos los profesores Alfred Teichmann y Curt Schmieden del Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt ("Laboratorio Alemán de Aviación") en Berlín , hoy conocido como Centro Aeroespacial Alemán en Colonia .

Zuse pasó al diseño del Z4 , que completó en un búnker en las montañas de Harz , junto con el desarrollo de misiles balísticos de Wernher von Braun . Cuando terminó la Segunda Guerra Mundial, Zuse se retiró a Hinterstein en los Alpes con el Z4, donde permaneció durante varios años.

Z3 como máquina de Turing universal

Era posible construir bucles en el Z3, pero no había ninguna instrucción de bifurcación condicional . Sin embargo, el Z3 era Turing completo : Raúl Rojas mostró en 1998 cómo implementar una máquina Turing universal en el Z3 . Propuso que el programa de cinta tendría que ser lo suficientemente largo para ejecutar todas las rutas posibles a ambos lados de cada rama. Calcularía todas las respuestas posibles, pero los resultados innecesarios se cancelarían (una especie de ejecución especulativa ). Rojas concluye: "Por lo tanto, podemos decir que, desde una perspectiva teórica abstracta, el modelo informático del Z3 es equivalente al modelo informático de las computadoras actuales. Desde una perspectiva práctica, y en la forma en que realmente se programó el Z3, no fue equivalente a las computadoras modernas ".

Esta aparente limitación oculta el hecho de que el Z3 proporcionó un conjunto de instrucciones prácticas para las aplicaciones de ingeniería típicas de la década de 1940. Consciente de las restricciones de hardware existentes, el objetivo principal de Zuse en ese momento era tener un dispositivo viable para facilitar su trabajo como ingeniero civil .

Relación con otro trabajo

El éxito del Z3 de Zuse a menudo se atribuye a su uso del sistema binario simple. Esto fue inventado aproximadamente tres siglos antes por Gottfried Leibniz ; Boole lo usó más tarde para desarrollar su álgebra booleana . Zuse se inspiró en el libro de Hilbert y Ackermann sobre la lógica matemática elemental Principles of Mathematical Logic . En 1937, Claude Shannon introdujo la idea de mapear el álgebra booleana en relés electrónicos en un trabajo fundamental sobre el diseño de circuitos digitales . Sin embargo, Zuse no conocía el trabajo de Shannon y desarrolló las bases de forma independiente para su primera computadora Z1 , que diseñó y construyó entre 1935 y 1938.

El compañero de trabajo de Zuse, Helmut Schreyer, construyó un modelo experimental digital electrónico de una computadora usando 100 tubos de vacío en 1942, pero se perdió al final de la guerra.

El científico espacial Helmut Hölzer construyó una computadora analógica en 1942 en el Centro de Investigación del Ejército de Peenemünde para simular las trayectorias de los cohetes V-2 .

El Coloso construido por Tommy Flowers (1943) y el Atanasoff-Berry Computer (1942) utilizaron válvulas termoiónicas (tubos de vacío) y representación binaria de números. La programación se realizó mediante la reconexión de paneles de conexiones y la configuración de interruptores.

La computadora ENIAC , completada después de la guerra, usó tubos de vacío para implementar interruptores y usó representación decimal para números. Hasta 1948, la programación era, como con Colossus, por cables de conexión e interruptores.

El Manchester Baby de 1948, junto con el Manchester Mark 1 y el EDSAC, ambos de 1949, fueron las primeras computadoras en funcionamiento del mundo que almacenaban instrucciones de programas y datos en el mismo espacio. En esto implementaron el concepto de programa almacenado que con frecuencia (pero erróneamente) se atribuye a un artículo de 1945 de John von Neumann y sus colegas. Se dice que Von Neumann le dio el debido crédito a Alan Turing , y el concepto había sido mencionado anteriormente por el propio Konrad Zuse, en una solicitud de patente de 1936 (que fue rechazada). El propio Konrad Zuse recordó en sus memorias: "Durante la guerra, de todos modos, apenas habría sido posible construir dispositivos de programas almacenados eficientes". y Friedrich L. Bauer escribió: "Sus ideas visionarias (programas en vivo), que solo se publicarían años después, apuntaban a la dirección práctica correcta, pero nunca fueron implementadas por él".

Especificaciones

  • Velocidad de cálculo promedio: suma - 0.8 segundos, multiplicación - 3 segundos
  • Unidad aritmética: coma flotante binaria , 22 bits, sumar, restar, multiplicar, dividir, raíz cuadrada
  • Memoria de datos: 64 palabras con una longitud de 22 bits
  • Memoria de programa: cinta de celuloide perforada
  • Entrada: números decimales en coma flotante
  • Salida: números decimales de coma flotante
  • La entrada y salida fue facilitada por un terminal, con un teclado especial para la entrada y una fila de lámparas para mostrar los resultados.
  • Elementos: Alrededor de 2000 relés (1400 para la memoria)
  • Frecuencia: 5–10 hercios
  • Consumo de energía: alrededor de 4000 vatios
  • Peso: alrededor de 1 tonelada (2200 lb)

Reconstrucciones modernas

Reconstrucción de Z3 en 2010 por Horst Zuse

Una reconstrucción moderna dirigida por Raúl Rojas y Horst Zuse comenzó en 1997 y terminó en 2003. Ahora se encuentra en el Museo Konrad Zuse en Hünfeld, Alemania. La memoria se redujo a la mitad a 32 palabras. El consumo de energía es de aproximadamente 400 W y el peso es de aproximadamente 30 kilogramos (66 libras).

En 2008, Horst Zuse inició él mismo una reconstrucción del Z3. Se presentó en 2010 en el Museo Konrad Zuse de Hünfeld.

Ver también

Notas

Referencias

Otras lecturas

  • B. Jack Copeland, ed. (2006). Coloso: Los secretos de las computadoras de descifrado de códigos de Bletchley Park . Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN 978-0-19-284055-4.
  • R. Rojas; F. Darius; C. Göktekin y G. Heyne (2005). "La reconstrucción del Z3 de Konrad Zuse". IEEE Annals of the History of Computing . 27 (3): 23–32. doi : 10.1109 / mahc.2005.48 . S2CID  16288658 .

enlaces externos