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Zuse Z3

出典: フリ?百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
Zuse Z3のレプリカ（ ミュンヘン ドイツ博物館 ）

Zuse Z3 は、 1941年 に ドイツ で コンラ?ト?ツ?ゼ によって開?された 計算機 である。世界初の自由に プログラム可能 で完全に自動化された機械である。現代の視点からすると、 コンピュ?タ の定義に適合する?性をほぼ備えているが、?件 分岐命令 は備えていない。Z3は2,600個の リレ? から構成され、動作周波?はおおよそ5から10 Hz 、 ワ?ド 長は22 ビット である [1] 。プログラムとデ?タは セルロイド 製のフィルムに穴を開けることで記憶される。

1941年 に ベルリン で完成し、ドイツ航空機?究所で翼の フラッタ?現象 の統計解析に使われた [2] 。

オリジナルのZ3は、 1943年 12月21日 の ベルリン空襲 で破?された。完全動作する複製品が 1961年 にツ?ゼの?社「Zuse KG」によって作成され、 ドイツ博物館 に永久展示されている。

ツ?ゼはドイツ政府にリレ?を電子スイッチに置き換えるための資金提供を要請したが、 第二次世界大? 中であり、??遂行の?点から重要でないと判?され、資金は得られなかった [3] 。

設計と開? [ 編集 ]

ツ?ゼは1935年から1936年にかけて Z1 を設計し、1936年から1938年に製作した。Z1は全くの機械式であり、一度に?分間しか動作できなかった。 ヘルム?ト?シュレイヤ? （ 英語版 ） は別のテクノロジ?を使うことを助言した。 ベルリン工科大? の大?院生だった1937年、シュレイヤ?は?空管を使った 論理回路 や今でいう フリップフロップ の??を行った??があった。1938年、シュレイヤ?はその技術を使った??的な計算機を作り、少?の人?に??を公開していたが、?用化するとなると膨大な電子部品が必要となるため、事?上不可能と思われていた [4] 。

ツ?ゼは次の計算機もリレ?を使って設計することを決意する。機械式計算機を製造していた Kurt Pannke が資金を出して Zuse Z2 が開?され、1939年に完成した。1940年にはドイツ航空機?究所の所員の前で披露された。Z2は不安定で動かないこともあったが、同?究所で披露したときは幸運にも動き、同?究所が次の計算機開?の資金を一部提供してくれることになった [4] 。

1941年、ツ?ゼはZ2を基本としてそれを改良することでZ3を作った。このプロジェクトはドイツ政府によって極秘とされている [5] 。 ドイツ航空省 のイェニッセン博士が政府を代表してツ?ゼの?社 ZUSE Apparatebau に送り?まれている [6] 。他にドイツ航空省から空?力?の?門家 ヘルベルト?A?ワ?グナ? （ 英語版 ） も送り?まれた [7] 。

Z3は1941年、Z1やZ2よりも高速で高信?なものとして完成。Z1からの改良点として、浮動小?点?の扱いについて、?象を?以外の値に?張している。すなわち、一般的な?値以外に、正の無限大?負の無限大?未定義という値があって、そのような値が結果として生成されることがあり、演算を通して?播できる。（これは現在の浮動小?点?を扱うシステムに同?のものがあるということから見ても、先進的だったと言える。）Z3はプログラムを外部のテ?プに格納しているため、プログラムを?更するのに配線を?える必要がなくなった。

1941年5月12日、Alfred Teichmann や Curt Schmieden といった科?者を集めてZ3が披露された [8] 。

その後ツ?ゼは Z4 の設計に入り、?後になって製作を行った。

Z3 の?史上の位置づけ [ 編集 ]

Zuse Z3 の成功は?純な二進?システムを採用したことによると言われることが多い。これは約3世紀前に ゴットフリ?ト?ライプニッツ が?明したもので、後に ジョ?ジ?ブ?ル が ブ?ル代? を作り上げるのに採用した。 1937年 、 MIT の クロ?ド?シャノン は ブ?ル代? をリレ?をつかった デジタル回路 に再現する?究をしている [9] 。結局ツ?ゼはこれらをまとめて、プログラム制御された Z3 を作り上げた [10] 。

ツ?ゼの協力者だったヘルム?ト?シュレイヤ?は1942年に?空管100本を使った??的なデジタル電子計算機を作っているが [11] 、終?ごろに失われた。

イギリス の暗?解?機 Colossus (1943) [12] は、世界初のデジタル電子計算機とされることが多いが、他には アタナソフ&ベリ??コンピュ?タ (1942) もある。それらは ?空管 を使い、2進?で?を表現している。プログラミングはプラグ盤の配線?更やスイッチ群の設定で行われており、プログラム可能と?言するのは難しい。

ENIAC は Z3 の4年後に完成した。ENIAC は ?空管 を使ってスイッチを??したが、Z3 は リレ? を使用した。ENIAC は十進?だったが、Z3 は先行して二進?を使っていた。 1948年 まで、ENIACでのプログラミングとは配線を?更することだったが、Z3 はテ?プ（セルロイド製）からプログラムを?み?んだ。

Z3 はプログラムを格納するテ?プを外部に必要とした。 ジョン?フォン?ノイマン が 1945年 の論文で示した プログラム??方式 のコンピュ?タとして世界初と言えるのは 1948年 の Manchester Baby か 1949年 の EDSAC である。なお、ノイマンの論文には アラン?チュ?リング への言及があり、プログラム??方式のコンセプト自?は、ツ?ゼが1936年に申請した特許出願書（成立せず）で?に言及している。

計算可能性 [ 編集 ]

Z3は、?件 分岐命令 を持っていない（代わりに?件によって一命令をスキップする命令を持っている）。しかし、Z3によって任意の チュ?リングマシン をシミュレ?ト可能であると、 Raul Rojas によって1998年に示されており [13] [14] 、（Z3のアドレス空間を、チュ?リングマシンに必要な「無制限のテ?プ」のために「十分に?い」とみなせば [15] ） チュ?リング完全 すなわち、 計算可能 なものは計算できる能力がある。手法としては、他の制限の?い計算機構のいくつかで見られる多くの同?の主張のものに似ている [16] 。あらましを以下に簡?に述べる。Z3にプログラムの命令を供給するテ?プは、チュ?リングマシンの「テ?プ」ではなく、「テ?プ」を?み書きする「ヘッド」を制御する 有限?態機械 のために使う。?態が有限個なので、テ?プにその全ての?態に??するコ?ド片を表現し、最後を最初につなげてル?プ?のテ?プにすれば、機械はそのル?プを大きな1個の（無限）ル?プ [17] として?行できる。そのル?プ中の各コ?ド片について、有限?態機械の「現在の?態」に??するコ?ド片のみが有?に?くようにできれば良いわけであるが、Z3の持ついくつかの命令の組合せにより可能である。以上のようにして、任意のチュ?リングマシンが??可能であるとした。Rojas は「したがって我?は、抽象的理論的?点から、Z3の計算モデルが今日のコンピュ?タの計算モデルと等しいと言うことができる。?用的?点からすれば、そしてZ3用に?際に書かれたプログラムから見れば、現代のコンピュ?タとは等しくない」と結論付けている。

?利的な?点で見れば、Z3 は1940年代の科?技術計算に適した「?用的な」 命令セット を備えていた。ツ?ゼは 土木技師 であって、コンピュ?タを製作し始めたのは本業で必要だったからである。

仕? [ 編集 ]

  • 平均計算速度: 加算0.8秒、?算3秒
  • 演算?置: 22ビット2進浮動小?点?で、加算、減算、?算、除算、平方根の計算が可能
  • デ?タメモリ: 64ワ?ド×22ビット
  • プログラムメモリ: さん孔セルロイドテ?プ
  • 入力: 十進浮動小?点?
  • 出力: 十進浮動小?点?
  • 特殊なキ?ボ?ドと結果表示用のランプ群を備えた端末機で入出力する [4] 。
  • 部品: 約2,000個の リレ? （うち1,400個はデ?タメモリ用） [4]
  • 動作周波?: 5.3 Hz
  • 消費電力: 約4000W
  • 重量: 約1000kg

脚注 [ 編集 ]

  1. ^ Zuse, Konrad (1993) (German). Der Computer. Mein Lebenswerk. (3rd ed.). Berlin: Springer-Verlag. p. 55. ISBN   978-3-540-56292-4  
  2. ^ Crash! The Story of IT: Zuse - ウェイバックマシン （2008年3月18日ア?カイブ分）
  3. ^ Hans-Willy Hohn (1998) (German). Kognitive Strukturen und Steuerungsprobleme der Forschung. Kernphysik und Informatik im Vergleich . Schriften des Max-Planck-Instituts fur Gesellschaftsforschung Koln. p. 148. ISBN   978-3-593-36102-4  
  4. ^ a b c d Lippe, Prof. Dr. Wolfram. “ Kapitel 14 - Die ersten programmierbaren Rechner (i.e. The first programmable computers) ”. 2010年6月21日 ??。
  5. ^ June Jamrich Parsons, Dan Oja (2007). New perspectives, computer concepts . Cengage Learning. ISBN   9781423906100 . https://books.google.co.jp/books?id=VVVVkm9G5jgC&pg=PA489&dq=konrad+zuse,+nazi&lr=&cd=12&redir_esc=y&hl=ja#v=onepage&q=konrad%20zuse%2C%20nazi&f=false 2010年3月14日 ??。  
  6. ^ 1977-compilation by Zuse of people in contact to his computers from 1935 to 1945
  7. ^ Herbert Bruderer, ETH Zurich . “ Konrad Zuse und die ETH Zurich ”. 2011年10月26日 ??。
  8. ^ “ An einem 12. Mai ” (German). Deutsches Historisches Museum (German Historical Museum). 2012年4月7日 ??。
  9. ^ Shannon, C. E. (1938). “A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits”. Trans. AIEE 57 : 713?723.  
  10. ^ Hans-Willy Hohn (1998) (German). Kognitive Strukturen und Steuerungsprobleme der Forschung. Kernphysik und Informatik im Vergleich . Schriften des Max-Planck-Instituts fur Gesellschaftsforschung Koln. p. 149. ISBN   978-3-593-36102-4  
  11. ^ "Helmut Schreyer" at the University of Berlin
  12. ^ B. Jack Copeland, ed (2006). Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreaking Computers . Oxford University Press. ISBN   978-0-19-284055-4  
  13. ^ Rojas, R. (1998). “How to make Zuse's Z3 a universal computer”. IEEE Annals of the History of Computing 20 (3): 51?54. doi : 10.1109/85.707574 .  
  14. ^ Rojas, Raul. “ How to Make Zuse's Z3 a Universal Computer ”. 2012年4月7日 ??。
  15. ^ 絶?量としては桁違いではあるが、その後の全てのコンピュ?タの場合もほとんどは、無制限の、ではなく十分に大容量だが有限の記憶?置を以てチュ?リング完全とされているから、この?定は必ずしも無理なものではない。
  16. ^ 例えば「x86はMOV命令だけでチュ?リング完全である」等。
  17. ^ 正確には「計算可能」の定義から止まる必要があるので、?密には 無限ル?プ とは言えない。

?考文? [ 編集 ]

  • B. Jack Copeland, ed (2006). Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Codebreaking Computers . Oxford University Press. ISBN   978-0-19-284055-4  
  • R. Rojas, F. Darius, C. Goktekin, and G. Heyne (2005). The reconstruction of Konrad Zuse’s Z3. IEEE Annals of the History of Computing, 27(3) . pp. 23?32.  

?連項目 [ 編集 ]

外部リンク [ 編集 ]

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