Zum Hauptinhalt springen
Blogbeitrag

Konrad Zuse: 80 Jahre Z3

In diesem Monat jährt sich der „Geburtstag“ des ersten funktionstüchtigen Rechners, der Z3 (Z = Zuse) der Welt zum 80. Mal. Am 12. Mai 1941 stellte Konrad Zuse seine Erfindung der Öffentlichkeit vor. Die Vorführung fand vor einem kleinen Kreis in der Methfesselstraße 7 in Berlin Kreuzberg statt. Die Z3 ist eine frei programmierbare, in digitaler Schaltungstechnik aufgebaute Rechenmaschine. Wir können also in diesem Jahr das 80-jährige Jubiläum des ersten funktionsfähigen Computers der Welt feiern. Betrachtet man die revolutionäre Entwicklung des Computers in den letzten 80 Jahren, dann kann man die Leistung ihres Erfinders Konrad Zuse nicht hoch genug würdigen. 

Der Aufbau der Z3 bestand aus den grundlegenden Werken, die einen Computer ausmachen: einem Rechenwerk, einem Speicher, einem Steuerwerk und einem Ein-/Ausgabewerk. Das Rechenwerk konnte die vier Grundrechenarten ausführen und die Quadratwurzel berechnen. Die Operanden für eine zweistellige Operation stehen in zwei Registern. Das Ergebnis der Operation wurde wieder in eines der beiden Register zurückgeschrieben. Die Daten, die das Rechenwerk verarbeiten konnte, waren Dualzahlen in einem Gleitkommaformat. Die zu verarbeitenden Daten konnten aus dem Speicher in die beiden Register geladen werden. Die zu verarbeitenden Daten wurden in Dezimaldarstellung über die Konsole (Ein-/Ausgabe-Werk) eingegeben, von der Maschine in Dualzahlen im Gleitkommaformat übersetzt und im Speicher oder den Registern abgelegt. Für die Ausgabe wurden die Daten wieder in Dezimaldarstellung umgerechnet. 

Die Verarbeitung (YouTube) erfolgte nach einem Rechenplan, wie Konrad Zuse damals das, was wir heute Programm nennen, bezeichnete. Die Befehle des Plans wurden auf einen Lochstreifen gestanzt und über eine Lochstreifenlesemaschine schrittweise eingelesen und vom Steuerwerk interpretiert. Nach der Ausführung eines Befehls wurde der nächste Befehl des Plans eingelesen. Das Steuerwerk dekodierte den gelesenen Befehl und initiierte die entsprechenden Steuersignale für die Ausführung des Befehls. Der Speicher hatte eine Kapazität von 64 Worten zu je 22 Bits und die Speicherzellen wurden eindeutig über ihre Adresse ausgewählt. Die Z3 ist mit Hilfe von Relais aufgebaut, die in dieser Zeit die üblichen Bauelemente in der Telegraphentechnik waren. Sie arbeiten als Schalter, können also zwei Zustände einnehmen, so dass Boolesche Funktionen implementiert werden können. Für die Implementierung der Schaltfunktionen und der Speicherzellen für die Z3 waren ungefähr 2600 Relais notwendig, die in drei Schränken eingebaut waren. Die Taktfrequenz, mit der die Maschine betrieben wurde, betrug 5 Hertz. Die Addition zweier Dualzahlen im Gleitkommaformat benötigte 3 Takte, also etwa 0,8 s. Die Multiplikation, die gemäß der Papier- und Bleistift-Methode durchgeführt wurde, benötigte etwa 3 Sekunden. Wenn man die Rechenleistung der Z3 in Operationen pro Sekunde angeben möchte, kommt man im Mittel etwa auf die Ausführung einer Gleitkommaoperation pro Sekunde. Zum Vergleich: Der Supercomputer Fukagu am RIKEN Center for Computational Science, Japan, der zurzeit an Nummer 1 der TOP500 Liste der schnellsten Höchstleistungsrechner der Welt steht, führt etwa 445 PetaFLOPS, also etwa 445 x 1015 Gleitkommaoperationen pro Sekunde aus. Die Z3 bräuchte theoretisch wohl viel mehr als 1 Milliarde Jahre, um diese Anzahl von Operationen auszuführen. Auch wenn der Vergleich hinkt, er zeigt eindrucksvoll die Entwicklung der Rechnertechnik in gerade mal 80 Jahren (sueddeutsche.de).

Betrachtet man Aufbau und Operationsprinzip der Z3, ist die Erfindungsleistung, mit der Konrad Zuse seine Idee einer nach einem Plan arbeitenden Rechenmaschine mit den ihm in seiner Zeit zur Verfügung stehenden einfachen Mitteln umgesetzt hat, heute noch als genial zu bewerten (deutsches-museum.de). Weitere Informationen und Illustrationen finden sich hier.

Diesen Beitrag hat Prof. Dr. Wolfgang Karl (Vorsitzender der Konrad-Zuse-Gesellschaft e.V.) beigesteuert. Vielen Dank!

Z3 Nachbau