Z3計算機:概述,簡介,主要參數,早期的數位電腦,楚澤Z系列,克蘭德·楚澤,Z3將

楚澤完成了Z3計算機的研製工作，這是第一台可程式的電磁式計算機。可處理7位指數、14位小數。使用了大量的真空管。每秒種能作3到4次加法運算，一次乘法需要3到5秒。

基本介紹

中文名：Z3計算機
性質：可程式電磁式計算機

概述,簡介,主要參數,早期的數位電腦,楚澤Z系列,克蘭德·楚澤,Z3將複製展出,

概述

1941年：楚澤完成了Z3計算機的研製工作，這是第一台可程式的電子計算機。可處理7位指數、14位小數。使用了大量的真空管。每秒種能作3到4次加法運算，一次乘法需要3到5秒。

發明家康拉德·楚澤（KonradZuse）於1910年生於柏林。1941年他發明了一台實用的計算機，命名為Z3，它可以在幾秒鐘之內進行加減乘除四則運算。這台計算機由幾個電路和2600個繼電器組成，可以說，康拉德·楚澤的偉大發明標誌著計算機時代的來臨。四年以後，康拉德·楚澤又製造出Z3的改進版Z4。戰後，他把這項技術賣給蘇黎世工業大學。康拉德·楚澤的公司共生產過250台計算機，後來他的公司被西門子收購。很可惜，西門子對這項技術沒有引起足夠的重視，美國的IBM則後來居上，成為計算機業的龍頭老大。

簡介

德國稱世界第一台可程式計算機應是Z3。Colossus並不是世界上第一台可程式的計算機。這個榮譽應該屬於1941年由德國工程師Konrad Zuse製造的Z3。

當Zuse在1980年遇到Colossus的開發團隊時曾經比較過工作筆記，結果發現他們的工作路線十分相似。Z3是一台基於二進制浮點數和交換系統的計算機。它每秒可以進行3～4次家法運算，而且可以在5秒鐘之內完成一次乘法運算。由於當時紙供應不足，Z3的程式都是靠打了孔的舊電影膠片輸入。它可以運行一些基本的代數運算，包括加、減、乘、除和開方。

在研發Z3的早期，Zuse主要使用電話續電器進行試驗。因為電話續電器是當時最容易獲得的“與非裝置”。雖然Zuse也注意過真空管，但是從穩定性考慮，他還是選擇了電話續電器。Z3在二戰中就曾大顯身手。它並不是像許多人預料的那樣用於破譯密碼，而是用在了數據分析上。它成功的解決了當時飛機雙翼抖動的穩定性問題中大量的複雜計算。

不幸的是，Z3在戰爭中毀於炸彈的襲擊。隨後Zuse逃到了瑞士，並造出了Z3的後續產品——Z4。現在Z4被珍藏於慕尼黑的Deusches博物館。

主要參數

Frequency: 5.3 hertz

Arithmetic Unit: Floating point, 22 bit, +,-, *, /, square root

Average calculation Speed: Addition 0.8seconds Multiplication 3 seconds

Power Consumption: ca. 4000 watts

Weight: Ca. 1000 kilograms

Elements: Ca. 2600 relays

Memory: 64 words with a length of 22 bits

Input: Decimal floating point numbers

Output: Decimal floating point numbers

早期的數位電腦

1930年代後期到1940年代，受到二次大戰影響，此一時期被認為是計算機發展史中的混亂時期，戰爭開啟了現代電腦的時代，電子電路（Electronic Circuit）、繼電器、電容及真空管相繼登場，取代機械器件，就連類比計算器也被數位計算器所代替。阿塔那索夫貝理電腦（ABC）、Z3電腦（Z3）、巨像電腦（Colossus）和埃尼阿克也在手工精心打造下誕生，使用包含繼電器或真空管的電路，以打孔卡或打孔帶（Punched Tape）作為輸入和主要（非短期）儲存媒介。

在這個時期，功能各異的電腦陸續生產，穩定發展。剛開始的時候，沒人能想像現代電腦的存在，除了為世人遺忘的巴貝奇計畫和艾倫·圖靈的數學理論。到了這個時代的後期，電子離散順序自動計算機登場，成為第一部可儲存程式的數位電腦。此一期間的電腦系統，暫存記憶體使用聲響延遲線（Acoustic Delay Line，利用液體水銀或金屬線捕捉聲波，短暫儲存資料）或威廉管（Williams Tube，利用電視映像管存取資料），1954年磁芯記憶體（MagneticCore Memory）迅速崛起，直到1970年代中期，幾乎取代其它形式成為最主要的暫存記憶體。

1936年，圖靈發表的研究報告對計算機和計算機科學領域造成巨大衝擊，這篇報告主要是為了證明循環處理程式的死角，亦即停機問題的存在。圖靈也以算法概念為通用計算機（純理論器件）作出定義，後來稱為圖靈機，取代哥德爾漸趨累贅的通用語言。除了記憶體限制，現代電腦已經具備圖靈完全的條件，也就是說，現代電腦的算法執行力已與通用圖靈機相當。記憶體限制有時也被視為一般用途電腦與特殊用途電腦的差別。

一部計算機要實際成為一般用途的電腦，就必須要有像是打孔帶之類便於使用的讀寫器件，而為了要達到多功能多用途，馮·諾伊曼結構下的記憶體可一併儲存程式和資料，當時的電腦差不多都是使用這種架構。理論上這種架構可以套用在全機械的計算機上（像巴貝奇的設計），加上電子學，使得現代電腦的特徵──執行速度加快和微型化成為可能。

二次大戰時期的電腦發展分為三道平行方向，其中有兩方不是被大為忽略，就是被慎重的隱瞞起來，一個是德國科學家楚澤（Konrad Zuse）的作品，再則是英國秘密開發的巨像電腦（Colossus Computer），兩者對美國的各項計算機計畫都沒有太多影響。戰後英美計算機科學家在一些將計算機器件實用化方面則有著重要的合作經驗。

楚澤Z系列

楚澤Z1電腦的重製機1936年，在德國獨力研發的楚澤，開始打造以記憶能力和可程式化為特色的Z系列計算器。1938年，楚澤在柏林父親的公寓中完成Z1電腦（Z1），完全機械製造，使用二進位制，但是由於部分零件精確度的問題，運作並不穩定。

楚澤後續機種Z3電腦（Z3）完成於1941年，使用打孔膠捲作為輸入程式的媒介，以電話型繼電器為基礎，運作順利，因此成為首部可程式控制的功能性電腦。Z3電腦在許多方面都跟現代電腦相當類似，比如說使用了浮點數（Floating Point），是多項先進功能中的先鋒。楚澤揚棄不好用的十進位制（巴貝奇早期設計皆使用十進位制）取簡單的二進位制，以當時的科技工藝來說，此舉使得他的機種易於製造，較為可靠，也有人認為這是楚澤比巴貝奇成功的主要原因之一。Z3電腦雖然被人忽略，不過已在1990年代證實合乎通用電腦定義（忽略其物理儲存容量限制）。

楚澤在1936年提出兩項發明專利，並且預言記憶儲存器件將可同時儲存電腦指令和資料，這項遠見後來發展出馮·諾伊曼結構，1949年為英國EDSAC電腦所套用。楚澤也主張第一款電腦高階程式語言是他所設計（Plankalkül，1945年完成，1948年發表），雖然這款程式語言直到2000年才在柏林自由大學首度成功執行──當時楚澤已經過世5年。

二次大戰時期，楚澤的部分發明遭到盟軍轟炸，摧毀殆盡。直到很久以後，英美工程師對他的發明仍有大片未知，IBM認識到這點，因此資助楚澤在戰後成立的公司，作為使用楚澤專利的交換。

克蘭德·楚澤

1945年，就在盟軍攻陷法西斯德國的首都柏林後不久，從阿爾卑斯山區偏僻小鎮欣特斯泰因傳來一個驚人的訊息：一個糧倉地窖里發現了德國研製的先進計算機。

兩名英國情報官聞訊匆匆趕到了欣特斯泰因。在攻占該鎮的法國士兵帶領下，打開了糧倉地窖大門。地窖裡面確實存放著一台機器。情報官湊上前仔細打量，這機器怎么看也不像是德國的“先進計算機”，充其量是某個印刷廠遺棄的排字機。兩人互相對視著苦笑了一陣：“德軍再傻，也不會把這么重要的設備放在交通極為不便的山區。”

過了很長時間之後，西方計算機界終於認識到，這台貌不驚人的機器，的確是當時最先進的計算機，它研製成功的時間，要比美國、英國的同類發明更早；更重大的意義還在於，它是最先採用程式控制的數字計算機。這台機器的名稱是Z－4，它的發明人叫克蘭德·楚澤（Konrad Zuse，1910-1995），一位靠自費起家的土木建築工程師。

克蘭德·楚澤1910年6月22日生於德國維爾梅斯多夫，在東普魯士接受的早期教育。東普魯士的文化傳統相當保守，為了獲得更好的發展，他進入一所比較開放的學校，直到高中畢業。1927年，楚澤考進柏林工業大學，學的是土木工程建築專業。他從小愛好繪畫，具有非常好的美術功底，因此很快就學會了如何設計房屋結構和外觀。多才多藝的楚澤興趣廣泛，修理機器的活也很拿手，時常動手製作出一些稀奇古怪的玩藝，讓班上的同學大吃一驚。

求學期間，楚澤需要完成許多力學計算的功課，諸如橋樑、材料強度設計等等，必須自己動手根據公式算出結果，往往一整天都算不完一道強度核算題目。一天，在疲憊不堪完成老師布置的作業後，楚澤突然發現，寫在教科書里的力學公式是固定不變的，他們要做的只是向這些公式中填充數據，這種單調的工作，應該可以交給機器做。

1935年，楚澤獲得了土木工程學士學位，在柏林一家飛機製造廠找到了工作，主要任務恰好是他最撓頭的飛機強度分析，繁瑣的計算現在變成了他的主要職業，而輔助工具只有計算尺可用。楚澤想製造一台計算機的願望愈來愈強烈，他在這家工廠里只呆了短短的幾個月，便辭職回家做他的“發明夢”。

在父母的幫助下，他把家中的起居室隔出一間，改造成“實驗室”兼“製造廠”，孤身一人開始了漫長的研製生涯。楚澤生活在法西斯統治下的德國，無從得知美國科學家研製計算機的訊息，甚至沒有聽說巴貝奇和霍列瑞斯的名字。在這一點上，他遠沒有美國發明家幸運，無法得到大學或政府機構的任何資助，只有幾個朋友“贊助”了很少的一點錢。

幾乎用了兩年時間在黑暗中摸索，楚澤憑著頑強的毅力獨自奮鬥。他認為，計算機最重要的部分不一定是計算本身，而是過程和計算結果的傳送和儲存。因此，他把研究的重點放在存儲器上，設計了一種可以存儲64位數的機械裝置——數千片薄鋼板用螺栓擰在一起的笨重部件，體積約1立方米——然後與機械運算機構連線起來。朋友們都不太懂他想乾什麼，只能提供有限的幫助，例如，幫他用切割設備加工了數以百計的金屬片。其它的薄鋼板，只好靠手鋸在圓鋼上一片一片鋸下來。以這種簡陋的條件，1938年，楚澤居然完成了一台可程式數字計算機Z－1。他花光了僅有的幾千馬克，還是無法買到更合適的零件。因此，Z－1計算機實際上是一台實驗模型，雖然可以完成3×3矩陣運算過程，但始終未能投入實際使用。

Z－1計算機最大的貢獻是楚澤第一次採用了二進制數，在薄鋼板組裝的存儲器中，楚澤用一個在細孔中移動的針，指明數字“0”或“1”。他的這種選擇，明顯地受到萊布尼茨著作的啟發，他後來發表的研究報告，副題就是“向萊布尼茨致敬”。這台機器也採用了“穿孔帶”輸入程式，不過不是紙帶，而是35毫米電影膠片；數據則由一個數字鍵盤敲入，計算結果用小電燈泡顯示。

由於純機械式Z－1計算機性能不理想，第二年，楚澤的朋友給了他一些電話公司廢棄的繼電器，楚澤用它們組裝了第二台電磁式計算機Z－2，這台機器已經可以正常工作。這時，他的工作引起德國飛機實驗研究所的關注，使他得到了一筆資助。1941年，第三台電磁式計算機Z－3完成，使用了2600個繼電器，用穿孔紙帶輸入，實現了二進制數程式控制。程式控制思想雖然過去也有人提倡，但楚澤是把它付諸實施的第一人。Z－3能達到每秒3～4次加法的運算速度，或者在3～5秒內完成一次乘法運算。1942年，在緊張研究的間隙里，他寫作了世界上第一個下西洋棋的電腦程式。

－3計算機正常工作了3年。1944年，美國空軍對柏林實施空襲，楚澤的住宅連同Z－3計算機一起被炸得支離破碎。在德國法西斯即將毀滅前夕，楚澤於1945年又建造了一台比Z－3更先進的電磁式Z－4計算機，存儲器單元也從64位擴展到1024位，繼電器幾乎占滿了一個房間。為了使機器的效率更高，楚澤甚至設計了一種程式語言Plankalkuel ，這一成果使楚澤也躋身於計算機語言先驅者行列。

因害怕再次被炸，楚澤把Z－4搬來搬去，四處轉移，最後帶著它飛往德國南部，搬到了阿爾卑斯山區欣特斯泰因小鎮，於是才有了前面那一幕。

希特勒戰敗後，楚澤輾轉流落到瑞士一個荒涼的村莊，一度轉向研究計算機軟體理論，最早提出了“程式設計”的概念。1949年，楚澤把他的Z－4計算機安裝在瑞士蘇黎士技術學院，並且一直穩定地運行到1958年。這時，美、英計算機界才相信德國有位建築工程師，比他們更早地研製出程式控制數字計算機的事實。目前，在慕尼黑一家博物館裡，仍然存放著一台Z－3原型機，只是它已經無法正常運作。

隨後，楚澤創辦了“楚澤計算機公司”，1958年研製出電子管通用計算機Z－22R，距離第一台電子管通用計算機ENIAC誕生已經過去了12年之久。電腦史學家認為，如果楚澤不是生活在法西斯統治下的德國，他可能早就把Z型計算機系列升級為電子計算機，世界計算機的歷史將會改寫。事實上，早在1938年，楚澤和他的朋友已經在考慮用2000個電子管和其他電子元件組裝新的計算機。當他在戰後聽說美國賓夕法尼亞大學早已研製出電子管計算機的訊息，不禁感嘆地說：“我所能做的，僅僅是搖搖頭而已。”

早在1938年就發明了計算機的楚澤，幾乎被人遺忘了幾十年。他在1941年為Z－3計算機提出的專利申請，到了1967年，法官仍然拒絕受理，理由是“缺乏創造性”。直到1962年，他才被確認為計算機發明人之一，得到了8個榮譽博士頭銜以及德國大十字勳章。後來，柏林博物館還重新建造了Z－1計算機。

20世紀60年代初，楚澤計算機公司已發展為數千員工的企業，銷售了近300台各類計算機。1966年，他的公司被著名的西門子公司收購，楚澤擔任了西門子公司的顧問。

楚澤活到85歲高齡，一直與夫人居住在富爾達附近的一幢簡樸住宅里，於1995年12月19日逝世。值得欣慰的是，全世界都已經承認他是“數字計算機之父”。

Z3將複製展出

1941年，德國發明家康拉德·楚澤（KonradZuse）製造出世界上第一台能編程的計算機Z3。這台計算機總共設有2000個電開關，是當時世界上最高水平的程式語言的計算機，Zuse因此也被稱為現代計算機發明人之一。

康拉德·楚澤於1910年6月22日出生於柏林，1995年12月18日逝世於黑森州小城許恩費爾德（Hünfeld）。在Z3之前，楚澤已經於1936年研製出他的第一台計算機Z1，由於Z1速度太慢，楚澤嘗試用繼電器改善其性能，終於在1941年製作成功了一台通用計算機Z3，但並沒有引起德國當局的重視。1944年，Z3在盟軍的一次空襲中被炸得粉身碎骨，楚澤所製造的另一台類似的計算機Z4扔在巴伐利亞鄉村農舍的地窖里無人問津。人們在戰後才得知，楚澤的繼電器計算機是世界上第一台二進制電子運算機器。楚澤不幸生在戰爭時期的德國，在很長一段時間得不到承認。希特勒戰敗後，楚澤輾轉流落到瑞士的鄉下，轉而研究“計算機演算”理論。他也是通用計算機程式語言的發明者。不過直到1962年他的發明才得到認可，並獲得8個榮譽博士頭銜以及德國大十字勳章。

明年是楚澤誕辰100周年，為紀念這位傑出的發明家，許恩費爾德市宣布將由楚澤之子霍斯特·楚澤（Horst Zuse）完全按照楚澤當年的設計方案重新製造一台Z3電腦。製成後將首先在許恩費爾德，然後在柏林等地作現場表演，向公眾展示最早的計算機是如何工作的。最後Z3將正式落戶於許恩費爾德市的康拉德·楚澤博物館。

霍斯特·楚澤將獨立完成Z3的裝配工作，據稱已經有幾位贊助商表示願意提供資金。

Z3計算機