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Z3:第一台计算机

2016-12-03

CHIP新电脑 2016年11期
关键词:浮点数图灵完整性

在75年以前,即1941年5月12日,德国工程师Konrad Zuse(康拉德·楚泽,1910~1995年)在柏林公布了他自行设计制作的Z3,这是世界上第一台可以自由编程的数字计算机,能够完成浮点数运算。与同时代其他机型相比,Z3的优势在于它对数字的描述。首先,Z3是纯数字式,这点与当代计算机一样,数字以2进制方式编码,即0和1。其次,Z3能够处理浮点数。浮点数包含尾数和指数,例如,当现代科学家提到地球与太阳之间的平均距离时,标准表达方式是:约为1.496×108km,意味着十进制小数点被左移了8位。Z3可以通过打孔纸编程。Z3具备图灵完整性,但是这个特性直到Zuse去世后才得到证实。图灵完整性一词,来源于计算机学术界,用于纪念英国数学家Alan Turing(1912~1954年)。简单地说,如果一台计算机能够完成理论上可以完成的所有运算,那么它才能被称为具备图灵完整性。在上世纪40年代中期,美国推出的两款计算机Mark I和ENIAC都具备图灵完整性,然而,它们所做的计算都基于十进制,而不像Z3那样,基于二进制。

就设计而言,Z3是在Z1和Z2的基础上完成的。Z1是纯机械式计算机,在设计Z2时,Zuse使用了电子继电器技术,这项技术被广泛用于Z3计算机。第一台使用电子管的纯电子技术计算机,就是美国军方研制的ENIAC。

Zuse设计Z3时,计算单元使用了600个继电器,存储器使用了1 600个继电器。就体系架构而言,Z3采用的是由匈牙利数学家冯·诺依曼(1903~1957)在1945年发表的架构,是在研制EDVAC(电子数字变量自动计算机)的过程中发展积累而成的。该架构奠定了当代计算机的基础。随着晶体管的出现,集成电路被发明出来,然后是计算机芯片陆续被开发出来,于是,一代又一代先进的计算机不断发布上市。时至今日,计算机技术的发展进步依然迅猛,好像永无止境。

可惜,Z3原型机没能保留到今天,它毁于1943年11月21日的一次空袭。二战结束后,Zuse创办公司Zuse KG。1962年,该公司捐赠了一台功能完整的Z3复制品给慕尼黑德国博物馆,时至今日,人们依然可以到那里一睹它的尊容。

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