Zum 75. Geburtstag von Konrad Zuses Z3
Ratterkasten
Wenn man nach dem Geburtstag des Computers fragt, kommt hierfür die Inbetriebnahme von Zuses Z3 im Mai 1941 in Betracht. Die Maschine verwendete binäre Zahlen und setzte als erste auf Gleitkommaarithmetik.
Wenn es klackerte und ratterte, rechnete sie, schob Bits in die Register und addierte, multiplizierte oder zog Wurzeln. Am 12. Mai 1941 stellte Konrad Zuse eine elektrische Rechenmaschine vor, die Z3. Sie wäre jetzt 75 Jahre alt.
Heute wird die Z3 oft als Prototyp des Computers bezeichnet. Sie füllte ungefähr einen drei mal zwei Meter großen Wandschrank. Vorwiegend bestand sie aus Relais und Schrittschaltern. Horst Zuse, der Sohn ihres Erbauers Konrad Zuse, zählte etwa 2500 – 2800 Relais ([a], siehe „Alle Links“). Etwa drei Viertel dienten als Speicher, der Rest für die Recheneinheit. Damit sind die zwei Bereiche getrennt. Die Recheneinheit besitzt Register für die Daten und Relais für die arithmetischen Operationen. Zuse nahm damit Elemente des modernen Computers vorweg.
Als Grund für die Leistungsfähigkeit der Z3 wird auch die Verwendung des Binärformats genannt. Um bei endlicher Größer der Speicherzellen und Register einen großen Zahlenbereich abdecken zu können, setzte Zuse auf Gleitkommadarstellung. Seine floats sind 22 Bits lang.
Zum Eingeben der Zahlen stand eine Tastatur bereit (Dezimalzahlen, Gleitkommadarstellung). Anweisungen gaben Nutzer in umgekehrter polnischer Notation: zuerst die Argumente, um Register zu befüllen, dann der auszuführende Operator. Ein Kernelement stellen die Adder dar. Diese können in einem Schritt durch Kombinieren von XOR- und AND-Verknüpfungen der Eingabezahlen bitweise addieren und einen eventuellen Übertrag an das nächsthöhere Bit weitergeben (siehe Abbildung) [1].
Mit einer Prise Bauernschläue
Multiplikation und Division ähneln der sogenannten Russischen Bauernmultiplikation. Bei dieser reduziert sich der Vorgang auf Addition und Verdoppeln beziehungsweise Halbieren (Bit-Shifts). Der Algorithmus ist auf Steuerrädern festgehalten. Über diese fährt im Uhrzeigersinn ein stromführender Metallarm. An bestimmten Positionen sind Kontakte angebracht. Berührt der Metallarm diese, schließen sich Stromkreise. Dadurch werden Relais geöffnet und geschlossen – das charakteristische Rattern und Klackern.
Konrad Zuse entwarf seine Rechenmaschinen im Wohnzimmer seiner Eltern. Das erste Exemplar, die Z1, bestand aus mechanischen Bauteilen, die Zuse aus Blech selbst zurechtsägte. Sie war deswegen sehr fehleranfällig. Auf den Rat eines Freundes hin probierte er den Einsatz von elektromagnetischen Relais und baute die Z2: einen Hybriden mit elektrischer Recheneinheit und mechanischem Speicher. Sie sollte nur ein Versuchsmodell bleiben. 1938 begann er mit dem Bau der Z3, die er 1941 fertigstellte. Viel zum Einsatz kam sie nicht. Bereits Ende 1943 wurde sie bei einem Bombenangriff zerstört.
Horst Zuse hat die Maschine seines Vaters 2010 nachgebaut [b]. Für ihn stellt sie einen Weg dar, elementare Funktionsweisen eines Computers verständlich zu machen [c] – Bits werden sichtbar, Operationen hörbar. Die Z3 ist in ihrer Logik dem modernen Computer bereits ähnlich gewesen, und verwendete Prinzipien kommen auch heute noch zum Einsatz. Allerdings ohne Klackern und Rattern. (jab)