Z4 (υπολογιστής)

Ο Z4 ήταν αναμφισβήτητα ο πρώτος εμπορικός ψηφιακός υπολογιστής στον κόσμο και είναι ο παλαιότερος προγραμματιζόμενος υπολογιστής που έχει διασωθεί.  : 1028 Σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από την εταιρεία Zuse Apparatebau του πρώιμου επιστήμονα υπολογιστών Κόνραντ Τσούζε, για παραγγελία που δόθηκε από την Henschel & Son, το 1942. αν και μόνο εν μέρει συναρμολογήθηκε στο Βερολίνο, στη συνέχεια ολοκληρώθηκε στο Γκέτινγκεν και δεν παραδόθηκε πριν από την ήττα της ναζιστικής Γερμανίας, το 1945. Το Z4 ήταν ο τελικός στόχος του Τσούζε για τη σχεδίαση Z3. Όπως το προηγούμενο Z2, περιλάμβανε έναν συνδυασμό μηχανικής μνήμης και ηλεκτρομηχανικής λογικής, επομένως δεν ήταν πραγματικός ηλεκτρονικός υπολογιστής.

Κατασκευή

Ηλεκτρομαγνητικό ρελέ του Ζ4

Το Z4 έμοιαζε πολύ με το Z3 στη σχεδίασή του, αλλά βελτιώθηκε σημαντικά από πολλές απόψεις. Η μνήμη αποτελούνταν από λέξεις κινητής υποδιαστολής 32 bit αντί 22 bit. Η Μονάδα Κατασκευής Προγράμματος ( Planfertigungsteil ) τρυπούσε τις κασέτες του προγράμματος, κάνοντας τον προγραμματισμό και τη διόρθωση προγραμμάτων για το μηχάνημα πολύ πιο εύκολο με τη χρήση συμβολικών λειτουργιών και κελιών μνήμης. Οι αριθμοί εισαγάγονταν και εξάγονταν ως δεκαδική κινητή υποδιαστολή, παρόλο που η εσωτερική εργασία ήταν δυαδική. Το μηχάνημα είχε ένα μεγάλο ρεπερτόριο οδηγιών που περιελάμβανε τετραγωνική ρίζα, MAX, MIN και ημιτονοειδές. Οι δοκιμές υπό όρους περιλάμβαναν δοκιμές για το άπειρο. Όταν παραδόθηκε στο ETH της Ζυρίχης το 1950, το μηχάνημα προστέθηκε δυνατότητα κλάδου υπό όρους και μπορούσε να εκτυπώσει σε μια γραφομηχανή Mercedes. Υπήρχαν δύο κασέτες προγράμματος όπου η δεύτερη μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να κρατήσει μια υπορουτίνα. (Αρχικά είχαν προγραμματιστεί έξι.)

Το 1944, ο Τσούζε δούλευε στο Z4 με περίπου δύο δωδεκάδες άτομα, συμπεριλαμβανομένου του Wilfried de Beauclair. Μερικοί μηχανικοί που εργάζονταν στις τηλεπικοινωνιακές εγκαταστάσεις του OKW (Ανώτατη Διοίκηση της Βέρμαχτ) εργάζονταν επίσης για τον Τσούζε ως δευτερεύον επάγγελμα. Επίσης το 1944 ο Τσούζε μετέτρεψε την εταιρεία του σε Zuse KG (Komanditgesellschaft, δηλαδή ετερόρρυθμη εταιρεία) και σχεδίαζε να κατασκευάσει 300 υπολογιστές. Με αυτόν τον τρόπο θα μπορούσε επίσης να ζητήσει επιπλέον προσωπικό και επιστήμονες ως ανάδοχος στο Πρόγραμμα Μαχητικών Έκτακτης Ανάγκης. Η εταιρεία του Τσούζε συνεργάστηκε επίσης με το Ινστιτούτο Εφαρμοσμένων Μαθηματικών του Άλβιν Βάλτερ στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Ντάρμσταντ .

Για να μην πέσει στα χέρια των Σοβιετικών, το Z4 διασώθηκε από το Βερολίνο τον Φεβρουάριο του 1945 και μεταφέρθηκε στο Γκέτινγκεν. Το Z4 ολοκληρώθηκε στο Γκέτινγκεν σε μια εγκατάσταση του Aerodynamische Versuchsanstalt (AVA, Ινστιτούτο Αεροδυναμικής Έρευνας), του οποίου επικεφαλής ήταν ο Άλμπερτ Μπετς . Αλλά όταν παρουσιάστηκε στους επιστήμονες της AVA, ο θόρυβος από το μέτωπου που πλησίαζε μπορούσε ήδη να ακουστεί, έτσι ο υπολογιστής μεταφέρθηκε με ένα φορτηγό της Βέρμαχτ στο Χίντερσταϊν στο Μπαντ Χίντελανγκστη νότια Βαυαρία, όπου ο Κόνραντ Τσούζε συνάντησε τον Βέρνερ φον Μπράουν.

Μέχρι το 1947 ήταν δυνατή η εισαγωγή σταθερών από τη διάτρητη ταινία.

Χρήση μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο

Το 1949, ο Ελβετός μαθηματικός Έντουαρντ Στίφελ, αφού επέστρεψε από μια διαμονή στις ΗΠΑ όπου επιθεώρησε αμερικανικούς υπολογιστές, επισκέφτηκε τον Τσούζε και το Z4. Όταν διατύπωσε μια διαφορική εξίσωση ως τεστ, ο Τσούζε προγραμμάτισε αμέσως το Z4 για να το λύσει, ο Στίφελ αποφάσισε να αποκτήσει τον υπολογιστή για το νεοϊδρυθέν Ινστιτούτο Εφαρμοσμένων Μαθηματικών στο ETH της Ζυρίχης. Παραδόθηκε στο ETH Ζυρίχης το 1950.

Το 1954, ο Βόλφγκανγκ Χάακ προσπάθησε να αποκτήσει το Z4 για το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, αλλά αντ' αυτού μεταφέρθηκε στο Institut Franco-Allemand des Recherches de St. Louis (ISL, Γαλλο-Γερμανικό Ινστιτούτο Ερευνών) στη Γαλλία, όπου ήταν σε χρήση μέχρι το 1959, υπό τον τεχνικό του επικεφαλής Χούμπερτ Σάρντιν. Σήμερα, το Z4 εκτίθεται στο Deutsches Museum στο Μόναχο. Το Z4 ενέπνευσε το ETH να κατασκευάσει τον δικό του υπολογιστή (κυρίως από τους Άμπρος Σπάϊσερ και Έντουαρτ Στίφελ), ο οποίος ονομαζόταν ERMETH, ακρωνύμιο για γερμανικά: Elektronische Rechenmaschine ETH‎‎ («Ηλεκτρονική Υπολογιστική Μηχανή ETH»).

Το 1950/1951, ο Z4 ήταν ο μόνος λειτουργικός ψηφιακός υπολογιστής στη Γερμανία και ο δεύτερος ψηφιακός υπολογιστής στον κόσμο που πωλήθηκε ή δανείστηκε, νικώντας το Ferranti Mark 1 κατά πέντε μήνες και το UNIVAC I κατά δέκα μήνες, αλλά με τη σειρά του νικήθηκε από το BINAC (αν και αυτό δεν λειτούργησε ποτέ στο χώρο του πελάτη). Σε αντίθεση με το Z4, αυτοί οι άλλοι υπολογιστές ήταν τόσο ηλεκτρονικοί όσο και προγραμματιζόμενοι με λογισμικό. Άλλοι υπολογιστές, όλοι αριθμημένοι με ένα πρόθεμα Z, κατασκευάστηκαν από τον Τσούζε και την εταιρεία του. Αξιοσημείωτα είναι το Z11, το οποίο πουλήθηκε στη βιομηχανία οπτικών και σε πανεπιστήμια, και το Z22 .

Το 1955 το Z4 πουλήθηκε στο Γαλλο-Γερμανικό Ερευνητικό Ινστιτούτο του Σαν-Λουί ( Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis ) στο Σαν-Λουί, κοντά στη Βασιλεία, και το 1960 μεταφέρθηκε στο Γερμανικό Μουσείο του Μονάχου .

Προδιαγραφές

• Συχνότητα: (περίπου) 40 Hz
• Μέση ταχύτητα υπολογισμού: 400 ms για μια πρόσθεση, 3 δευτερόλεπτα για έναν πολλαπλασιασμό. Περίπου 1000 αριθμητικές πράξεις κινητής υποδιαστολής κατά μέσο όρο την ώρα.
• Προγραμματισμός: τρύπες σε 35 mm φιλμ, τρυπημένη σε μηχάνημα προγραμματισμού
• Είσοδος: Δεκαδικοί αριθμοί κινητής υποδιαστολής, ταινία διάτρησης
• Έξοδος: Δεκαδικοί αριθμοί κινητής υποδιαστολής, ταινία διάτρησης ή γραφομηχανή Mercedes
• Μήκος λέξης: 32 bit κινητής υποδιαστολής
• Στοιχεία: (περίπου) 2.500 ρελέ, 21 βαθμιαία ρελέ
• Μνήμη: Μηχανική μνήμη από τα Z1 και Z2 (64 λέξεις, 32 bit)
• Κατανάλωση ρεύματος: (περίπου) 4 kW

Περαιτέρω ανάγνωση

• Randell, Brian (6 Δεκεμβρίου 2012). «Chapter IV: Zuse and Schreyer». The Origins of Digital Computers: Selected Papers (στα Αγγλικά). Springer Science & Business Media. σελίδες 156–157. ISBN 978-3-64296242-4. 
• Blaauw, Gerrit Anne· Brooks, Jr., Frederick Phillips (1997). Computer architecture: Concepts and evolution. Boston, Massachusetts, USA: Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc. 
• LaForest, Charles Eric (April 2007). «2.1 Lukasiewicz and the First Generation: 2.1.2 Germany: Konrad Zuse (1910–1995); 2.2 The First Generation of Stack Computers: 2.2.1 Zuse Z4». Second-Generation Stack Computer Architecture (PDF). Waterloo, Canada: University of Waterloo. σελίδες 8, 11. Ανακτήθηκε στις 2022-07-02.  (178 pages)
• Bruderer, Herbert (2012). Konrad Zuse und die Schweiz. Wer hat den Computer erfunden? Charles Babbage, Alan Turing und John von Neumann (στα Γερμανικά). XXVI. Munich, Germany: Oldenbourg Verlag. ISBN 978-3-486-71366-4. 
• Bruderer, Herbert (21 Σεπτεμβρίου 2020). «Discovery: User Manual of the Oldest Surviving Computer in the World». BLOG@CACM. Association for Computing Machinery. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2 Ιουλίου 2022. Ανακτήθηκε στις 2 Ιουλίου 2022. 
• Rutishauser, Heinz (Summer 1952). Gebrauchsanweisung Z 4 (στα Γερμανικά). Institut für angewandte Mathematik, ETH Zürich. Exemplar Nr. 19, Hs 1517:1. Ανακτήθηκε στις 2022-07-02.  [1] (1+1+16 pages)

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Αρχική σελίδα zuse.de από τον Horst Zuse (γιο του Konrad Zuse) με πολλές πληροφορίες για τους υπολογιστές Zuse
• zuse.de {Αγγλικά} Αγγλική αρχική σελίδα από τον Horst Zuse (γιος του Konrad Zuse)
• Φωτογραφίες του Z4 στο ETH Zürich (με γερμανικό κείμενο)