Просмотр кода страницы Z3

{{Другие значения|BMW Z3}}
{{Компьютер
| Photo =
| Type = электромеханический компьютер
| Released = 1940
| Discontinued = 1945
| Processor =  Арифметическое устройство: с плавающей запятой, 22 бита, +, −, ×, /, квадратный корень
| Memory = 64 слова с длиной в 22 бита
| OS =
}}
'''Z3''' — первая работоспособная полнофункциональная [[Программирование|программно управляемая]] и свободно [[Программирование|программируемая]] [[вычислительная машина]]<ref name="tu-berlin-1"/>, обладающая возможностью вычислений в [[Двоичный код|двоичном коде]] с [[Число с плавающей запятой|плавающей запятой]] и всеми свойствами современного [[компьютер]]а. Создана [[Германия|немецким]] инженером [[Цузе, Конрад|Конрадом Цузе]] и представлена вниманию научной общественности [[12 мая]] [[1941 год]]а. Сегодня многие считают его первым реально действовавшим программируемым компьютером, хотя главным отличием от первой машины Цузе [[Z1 (вычислительная машина)|Z1]] ([[1938]]) была возможность вычисления [[Квадратный корень|квадратного корня]]<ref>Raúl Rojas. [http://ed-thelen.org/comp-hist/Zuse_Z1_and_Z3.pdf Konrad Zuse’s Legacy: The Architecture of the Z1 and Z3] {{Wayback|url=http://ed-thelen.org/comp-hist/Zuse_Z1_and_Z3.pdf |date=20051216100945 }}</ref>. Поскольку к моменту создания данного прототипа его инженер-конструктор уже состоял на военной службе [[Нацистская Германия|нацистской Германии]], изобретение с момента начала проектирования являлось имперской собственностью и в дальнейшем использовалось компанией [[Henschel-Werke|Henschel-Werke AG]], — подрядчиком научно-исследовательских заказов [[Люфтваффе]] и официальным местом трудоустройства изобретателя, — для расчёта [[Флаттер (авиация)|вибрационных характеристик]] [[Крыло (авиационное)|крыльев]] и [[Оперение (авиация)|оперения]] в проектируемых военных [[Летательный аппарат|летательных аппаратах]]<ref>''Flynn, Roger R.'' Computer Sciences.{{ref|en}} — N.Y.: [[Macmillan Publishers|Macmillan Reference USA]], 2002. — Vol.2: Software and Hardware. — P.222 — 332 p. — ISBN 0-02-865568-0.</ref>.

== История ==
Z3 была создана Цузе на основе его первых вычислителей [[Z1 (вычислительная машина)|Z1]] и [[Z2]]. Изначально военным властям не было никакого дела до разработок Цузе, когда его первый раз мобилизовали на службу в [[Вермахт]] в 1939 году, он сослался на нецелесообразность прохождения службы рядовым пехотинцем ввиду необходимости продолжать работу над вычислительной техникой для расчёта [[Аэродинамика|аэродинамических]] параметров самолётов с целью улучшения их боевых качеств, — офицер, ответственный за распределение новобранцев и освобождение от призыва негодных к строевой службе, заявил, что такая техника не нужна, потому что «немецкие самолёты и так самые лучшие в мире, там нечего улучшать»<ref>''Kurzweil, Ray''. [https://books.google.ru/books?id=lbl4MN3iUHsC&printsec=frontcover&hl=ru#v=onepage&q&f=false The Age of Spiritual Machines: When Computers Exceed Human Intelligence]. — N.Y.: [[Penguin Books]], 2000. — P. 327. — 400 p. — ISBN 0-14-028202-5.</ref>, и распорядился отправить конструктора нести службу вместе с остальной массой призванных. После того, как Цузе через полгода военной службы (по другим данным — через год) удалось вернуться на прежнее место работы, у него по-прежнему не было курирующих лиц от государственных структур, поэтому, когда в 1941 г. его повторно мобилизовали рядовым в сухопутные войска и уже отправили на [[Восточный фронт Второй мировой войны|Восточный фронт]], только своевременное вмешательство руководства компании «Хеншель», которое задействовало своё влияние и связи, чтобы вернуть конструктора обратно в Рейх, спасло его и его труды для будущих поколений. К тому времени уже полным ходом шла [[Вторая мировая война]], и конструктор представил на рассмотрение [[Верховное главнокомандование вермахта|Верховного главнокомандования Вермахта]] доклад о большом потенциале созданной им машины для применения её в военных целях, — по мнению учёного, перед немецкими военачальниками открывался широчайший диапазон потенциальных направлений применения перспективной вычислительной техники, но немецкий генералитет и маршалитет, воспитанный в традициях [[Прусская армия|прусского офицерства]], которому с большим трудом дался переход от кавалерии к танкам и бронемашинам, был слишком далёк от обсуждаемой в докладе тематики работ, а имперские органы управления военно-промышленным комплексом и должностные лица, ответственные за распределение бюджетных средств и ресурсов на [[научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы]], были ориентированы на сравнительно непродолжительные (в пределах до полугода, так как долговременные научные разработки были запрещены по личному указанию [[Гитлер, Адольф|А. Гитлера]])<ref>{{книга|заглавие=Знакомьтесь: компьютер|оригинал=Understanding computers : Computer basics : Input/Output|ответственный=Пер. с англ. К. Г. Батаева; Под ред. и с пред. В. М. Курочкина|место=М.|издательство=Мир|год=1989|страниц=240|isbn=5-030-01147-1}}</ref>, гарантирующие осязаемый результат и, самое главное, понятные им проекты, не заинтересовались предложением конструктора<ref>''Youngman, Paul A.'' [https://books.google.ru/books?id=l9mfNL8-RvAC&printsec=frontcover&hl=ru#v=onepage&q&f=false We are the Machine: The Computer, the Internet, and Information in Contemporary German Literature]. — Rochester, New York: Camden House, 2009. — P. XI. — 171 p. — (Studies in German literature, linguistics, and culture; 41). — ISBN 1-57113-392-5.</ref>.
Даже на завершающем этапе развития военно-прикладной [[Наука и техника Третьего рейха|науки и техники Третьего рейха]] её функционеры не были готовы оценить значение проделанной конструктором работы и созданного им творения<ref>''Reis, Ricardo ; Jess, Jochen A. G.'' [https://books.google.ru/books?id=G_3qBwAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=ru#v=onepage&q&f=false Design of Systems on a Chip: Introduction / Design of System on a Chip: Devices & Components]. — N.Y.: Kluwer Academic Publishers, 2007. — P. 7. — 265 p. — (Solid Mechanics and Its Applications Series). — ISBN 1-4020-7928-1.</ref>. Этим обстоятельством и был обусловлен тот факт, что от конструктора с его изобретением фактически «отмахнулись», определив в помощь военным авиаторам для решения второстепенных технических задач. Так или иначе, на этот раз в руководстве «Хеншель» решили подстраховаться, и чтобы конструктора не мобилизовали в третий раз, получили официальный государственный заказ на предложенный Цузе вычислитель. [[Тактико-техническое задание]] предусматривало разработку вычислительного устройства для расчёта вибрационных характеристик различных узлов и агрегатов проектируемых «Хеншель» военных самолётов и [[самолёт-снаряд]]ов<ref>''Jones, Capers''. [https://books.google.ru/books?id=_H8lAgAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=ru#v=onepage&q&f=false The Technical and Social History of Software Engineering]. — Upper Saddle River, NJ: Addison-Wesley, 2013. — P. 47. — 496 p. — ISBN 0-321-90342-0.</ref>. В процессе работы конструктору несколько раз приходилось менять рабочее место, последнее находилось в импровизированном бомбоубежище, переоборудованном из обычного подвального помещения. Тем временем Z1, Z2 и Z3 были утрачены, — машины сгорели вместе с проектной документацией при пожарах в результате ряда авиабомбардировок. Несмотря на то, что Цузе был абсолютно аполитичен в годы нахождения нацистов у власти, в послевоенное время, когда среди немцев стало модным создавать себе реноме «борцов с режимом», противников [[гитлеризм]]а, тайно сочувствовавших антигитлеровской коалиции и т. п. (причём, наибольшее рвение в этом деле проявляли вчерашние ярые фашисты), Цузе откровенно заявлял не один раз, что побудительным мотивом его научной деятельности было укрепить военную мощь Рейха, чтобы тот смог дать равновесный ответ на такие явления, как [[бомбардировка Дрездена]] англо-американской авиацией, которые, по мнению учёного, были абсолютно бессмысленными с точки зрения их военной эффективности и в результате которых пострадало, главным образом, гражданское население, — по словам учёного, чем больше падало бомб, тем настойчивее и интенсивнее работали он и его подчинённые<ref>''Camenzind, Hans''. [https://books.google.ru/books?id=VCUMQMTWCtMC&printsec=frontcover&hl=ru#v=onepage&q&f=false Much Ado about Almost Nothing: Man’s Encounter with the Electron]. — BookLocker.com, 2007. — P. 176—177. — 240 p. — ISBN 978-0-615-13995-1.</ref>.

== Принцип работы ==
[[Файл:Zuse archive Z3.jpg|thumb|Рисунок «Z3» из патента Цузе 1941 года.]]

Успех создания Z3 определила его реализация в виде простой двоичной системы. Идея была не новой. Сама [[двоичная система счисления]] была придумана почти тремя столетиями ранее [[Лейбниц, Готфрид Вильгельм|Готфридом Лейбницем]]. В середине [[XIX век]]а [[Буль, Джордж|Джордж Буль]] взял её за основу для создания [[Алгебра логики|алгебры логики]], а в [[1937 год]]у сотрудник [[Массачусетский технологический институт|Массачусетского технологического института]] [[Шеннон, Клод Элвуд|Клод Шеннон]] в оригинальной работе, посвящённой исследованию цифровых цепей, разработал способ реализации двоичных схем, собираемых из электронных реле. Конрад Цузе объединил все эти вещи, создав на их основе первую программируемую вычислительную машину.

Через некоторое время в других странах также появились первые вычислительные машины. Это были компьютеры «[[Марк I (компьютер)|Марк I]]», «[[Colossus (компьютер)|Колосс]]» и «[[ЭНИАК]]». В то же время оригинальная машина Конрада Цузе занимала значительно меньше места и стоила гораздо меньше, чем созданный двумя годами позже [[США|американский]] компьютер «Марк I».

В [[1960 год]]у компанией Zuse KG была выполнена реконструкция Z3. В [[1967 год]]у эта модель была выставлена и привлекла большое внимание посетителей [[Экспо-67|монреальской выставки]], а в настоящее время она размещена в экспозиции «[[Немецкий музей (Мюнхен)|Немецкого музея]]» в [[Мюнхен]]е ([[Германия]])<ref name="tu-berlin-1"/>.

== Техническое описание ==
Машина представляла собой [[Двоичная система счисления|двоичный]] вычислитель с ограниченной программируемостью, выполненный на основе [[телефон]]ных [[реле]]. На таких же реле было реализовано и [[Компьютерная память|устройство хранения данных]]. Их общее количество составляло около 2600 реле.

Порядок вычислений можно было выбрать заранее, однако [[Условный переход|условные переходы]] и [[Цикл (программирование)|циклы]] отсутствовали<ref name="tu-berlin-1">[http://irb.cs.tu-berlin.de/~zuse/Konrad_Zuse/en/Rechner_Z3.html The Z3] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060211035420/http://irb.cs.tu-berlin.de/~zuse/Konrad_Zuse/en/Rechner_Z3.html |date=2006-02-11 }} — Описание компьютера Z3 на сайте Хорнста Цузе в Берлинском техническом университете{{ref|en}}</ref>.

'''Спецификация'''
* [[Арифметическо-логическое устройство|Арифметическое устройство]]: с плавающей запятой, 22 бита, +, −, ×, /, квадратный корень.
* [[Тактовая частота]]: 5,3 Гц.
* Средняя скорость вычисления: операция сложения — 0,8 секунды; умножения — 3 секунды.
* Вычислительная мощность — 2 [[флопс]]а<ref>{{Cite web |url=https://ichip.ru/novosti/vychislitelnaya-moshhnost-43100 |title=Вычислительная мощность: от первого ПК до современного суперкомьютера<!-- Заголовок добавлен ботом --> |access-date=2021-05-12 |archive-date=2020-03-19 |archive-url=https://web.archive.org/web/20200319013401/https://ichip.ru/novosti/vychislitelnaya-moshhnost-43100 |url-status=live }}</ref>.
* Хранение программ: внешний считыватель [[Перфолента (носитель информации)|перфоленты]].
* Память: 64 слова с длиной в 22 бита.
* Ввод: десятичные числа с плавающей запятой.
* Вывод: десятичные числа с плавающей запятой.
* [[Электронные компоненты|Элементов]]: 2600 [[реле]] — 600 в арифметическом устройстве и 2000 в устройстве памяти. Мультиплексор для выбора адресов памяти.
* Потребление энергии: 4 кВт.
* Масса: 1000 кг.
* Себестоимость: 50 000 [[рейхсмарка|рейхсмарок]].

=== Z3 и универсальная машина Тьюринга ===
Реализация [[Цикл (программирование)|циклов]] на Z3 была возможна, однако система команд не содержала инструкций [[Условный переход|условных переходов]]. Тем не менее, в [[1998 год]]у профессором Раулем Рохасом был показан способ воспроизвести на Z3 поведение [[Универсальная машина Тьюринга|универсальной машины Тьюринга]]<ref name="rojas-ieee">{{статья
 |автор=Raúl Rojas
 |заглавие=How to make Zuse's Z3 a universal computer
 |издание=IEEE Annals of the History of Computing
 |год=1998
 |том=20
 |выпуск=3
 |страницы=51–54
 |language=en
 |url=http://dcis.inf.fu-berlin.de/rojas/publications/publications-in-the-field-of-computer-science/refereed-papers-in-journals-and-conference/
 |doi=10.1109/85.707574
}}</ref><ref name="rojas-universal">{{cite web
 |url=http://www.inf.fu-berlin.de/users/rojas/1997/Universal_Computer.pdf
 |title=How to Make Zuse's Z3 a Universal Computer
 |last=Rojas
 |first=Raúl
 |lang=en
 |access-date=2019-05-18
 |archive-date=2017-08-09
 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170809123935/http://www.inf.fu-berlin.de/users/rojas/1997/Universal_Computer.pdf
 |url-status=live
 }}</ref>. Он предложил составлять программу на ленте так, чтобы она содержала все возможные пути выполнения с учётом обеих ветвей каждого из условных переходов. Такая программа вычислит все возможные ответы, после чего ненужные результаты будут отброшены. В своей статье Рохас заключил, что «с абстрактной теоретической точки зрения вычислительная модель Z3 эквивалентна вычислительной модели современных компьютеров. С практической точки зрения и того, как Z3 программировался на самом деле, он не был эквивалентен современным компьютерам».

С прагматической точки зрения гораздо более важно то, что Z3 имел довольно практичный набор инструкций, удобных для типичных технических приложений [[1940-е|1940-х годов]]. Конрад Цузе прежде всего был гражданским инженером и начал создавать компьютеры для облегчения своей профессиональной деятельности. Именно поэтому его машины так похожи на выпускаемые сегодня компьютеры.

== Применение ==
Z3 использовался для расчётов, связанных с конструированием самолётов (расчёты параметров [[Стреловидность крыла|стреловидных крыльев]]) и [[Управляемая ракета|управляемых ракет]] немецким [[Исследовательский институт аэродинамики|Исследовательским институтом аэродинамики]] ({{lang-de|Aerodynamische Versuchsanstalt}}).

Единственный образец компьютера вместе с другими ранними разработками Цузе был уничтожен во время [[Стратегические бомбардировки в период Второй мировой войны|налёта союзнической авиации]] в [[1945 год]]у.

== Дальнейшее развитие ==
В свою очередь, Z3 послужила основой создания более совершенного компьютера [[Z4]]. В [[1942 год]]у вместе с [[Австрия|австрийским]] инженером-электриком [[Шрайер, Хельмут|Хельмутом Шрайером]] Цузе предложил создать на базе Z3 компьютер нового типа, заменив телефонные реле [[Электронная лампа|вакуумными электронными лампами]], что должно было сильно повысить [[надёжность]] и быстродействие машины. Предполагалось, что новый компьютер можно будет использовать для [[Криптография|криптографии]] и расшифровки закодированных сообщений.

== Z3 и другие вычислительные машины ==
* В отличие от первой непрограммируемой вычислительной машины [[Шиккард, Вильгельм|Вильгельма Шиккарда]], созданной в [[1623 год]]у, Z3 был программируемым компьютером.
* Первый проект программируемой вычислительной машины был создан в середине [[1800-е|1800-х годов]] [[Бэббидж, Чарльз|Чарльзом Бэббиджем]]. В то время он не мог быть реализован, одной из причин чего была [[Десятичная система счисления|десятичность]] машины и гораздо более высокая сложность, чем у двоичного Z3. Хотя когда в [[1991 год]]у на основе оригинальных работ Бэббиджа была создана реконструкция его [[Разностная машина Чарльза Бэббиджа|Разностной машины]], она оказалась вполне работоспособной. Знакомая Бэббиджа [[Лавлейс, Ада|Ада Лавлейс]] была первым теоретическим [[программист]]ом, писавшим [[Компьютерная программа|программы]] для несуществующей машины. Конрад Цузе стал первым программистом-практиком.
* Американский компьютер «[[ЭНИАК]]» был создан на 4 года позже Z3. Схема «Эниак» была основана на [[Электронная лампа|вакуумных электронных лампах]], в то время как Z3 использовал электромеханические реле. Тем не менее «Эниак» был десятичной машиной, а Z3 — уже двоичной<ref>{{книга|автор=О. Вудз, Д. Вудз, Д. Фурлонг, С. Фурлонг, С. Е. Е. Роу и др.|заглавие=Язык компьютера|оригинал=Understanding computers : Software : Computer Languages|ответственный=Пер. с англ. С. Е. Морковина и В. М. Ходукина; Под ред. и с пред. В. М. Курочкина|место=М.|издательство=Мир|год=1989|страниц=240|isbn=5-030-01148-X}}</ref>. До [[1948 год]]а для перепрограммирования «ЭНИАК» фактически нужно было перекоммутировать заново, в то время как Z3 умел считывать программы с [[Перфолента (носитель информации)|перфорированной ленты]]. В основе современных компьютеров лежат [[транзистор]]ные схемы, а не релейные или ламповые переключатели, как на Z3 и «ЭНИАК», однако их базовая архитектура гораздо больше походит на архитектуру первого.
* Для хранения программ для Z3 использовался внешний [[Носитель информации|носитель]] (перфорированная лента). «[[Манчестерский Марк I|Манчестерское дитя]]» ({{lang-en|The Manchester Baby}}) [[1948 год]]а и [[EDSAC]] [[1949 год]]а были первыми компьютерами с ''внутренним хранением программ''{{уточнить}}<!-- как это? -->, реализующими концепцию, часто приписываемую [[Нейман, Джон фон|Джону фон Нейману]] и его коллегам, изложившим её в документе [[1945 год]]а. Патентная заявка Конрада Цузе, несмотря на то, что сам патент был отклонён, упоминала о похожей концепции почти на 10 лет раньше, в [[1936 год]]у.

== См. также ==
* [[Архитектура фон Неймана]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
{{Навигация}}
* ''Horst Zuse''. [https://web.archive.org/web/20080601210541/http://www.epemag.com/zuse/part4a.htm The Life and Work of Konrad Zuse — Konrad Zuse’s Z1 and Z3 Computers]
* ''Raúl Rojas''. [https://web.archive.org/web/20140714224748/http://www.zib.de/zuse/Inhalt/Kommentare/Html/0684/universal2.html How to Make Zuse’s Z3 a Universal Computer]

{{Вычислительные машины Конрада Цузе}}
{{Ранние компьютеры}}

[[Категория:Вычислительные машины Конрада Цузе]]
[[Категория:Военная продукция Henschel]]
[[Категория:Электромеханические компьютеры]]
[[Категория:История компьютерной техники]]
[[Категория:Появились в 1940 году в Германии]]