Zuse Z1

Zuse Z1: 機械式コンピュータの革新

Zuse Z1は、ドイツの技術者コンラート・ツーゼによって1935年から1938年にかけて設計・製作された初のプログラム可能な機械式コンピュータです。このコンピュータは二進法を用い、さん孔テープを介してプログラムの供給が可能であり、ノイマン型計算機としても最初の概念証明を行っています。Z1は当時の技術水準を超える数々のメカニズムを取り入れ、浮動小数点演算やブール論理を採用しました。

特徴と設計

Z1は、現代のコンピュータにおける要素のほとんどを整えています。具体的には、制御装置、記憶装置、入出力デバイス等がそれぞれ分離され、独立して機能します。制御装置は命令を監督し、浮動小数点演算装置は加算及び減算を行います。さらに、制御論理回路を組み合わせることで乗算や除算が可能になっています。Z1は9種類の命令から成り立ち、各命令の実行に要するサイクル数は異なります。特に特徴的なのは、浮動小数点数を64ワード格納できるメモリがあり、これを制御装置が指示して読み書きする仕組みです。

この機械式コンピュータは、テープからの命令読み取り方式を採用しており、プログラム内蔵の形式ではありません。入出力は十進法で行われ、内部の二進表現との変換を行う機構も備えていました。外部装置としては、35mmフィルムに符号化された命令を格納するためのさん孔テープリーダーが利用されています。

製作と支援

Z1の製作は個人の資金で賄われ、ツーゼは自らの特許収入と、周囲の支援を得て資金を調達しました。彼の姉妹や、友人、さらには機械式計算機を製造していた業者からも支援を受け、両親のアパート内でZ1の組立が進められました。ツーゼは航空機製造の仕事を辞め、全力を入れてZ1の開発に取り組みましたが、両親は具体的には彼の活動への応援を行っていました。

薄い金属シートを用いて組立が行われ、リレーなどの部品は使用されていないため、このコンピュータは独特の設計を持っています。全体で使用される電動機は1台だけで、1Hzのクロック周波数を提供していましたが、Z1の動作の安定性は常に疑問視されていました。

再建立とその意義

Z1本体は1943年のベルリン空襲によって破壊されてしまいましたが、ツーゼは1986年に再構築を決意しました。彼は数千の部品を再製作し、1989年に新たなZ1が完成しました。再構築されたZ1は現在、ベルリンのドイツ科学技術博物館に展示されています。この再構築は、ツーゼの技術的功績を広く一般に伝える重要な機会となっています。

諸元

• - 演算方式: 機械式（電動）
• - メモリ: 64ワード（1ワードは22ビット）
• - クロック周波数: 1 Hz
• - レジスタ: 2本（22ビット、浮動小数点数用）
• - 演算装置: 二進浮動小数点数に対する四則演算（加減乗除）
• - 重量: 1,000kg
• - 平均計算速度: 加算5秒、乗算10秒
• - 用途: 概念証明用
• - 入力: 十進浮動小数点数
• - 出力: 十進浮動小数点数

Zuse Z1は、初の自由にプログラム可能な計算機として歴史に名を刻んでおり、現代コンピュータ科学の礎を築く上で貴重な意味を持っています。

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