Z1 (컴퓨터)
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1. 개요
Z1은 콘라트 추제가 1930년대에 제작한 기계식 컴퓨터이다. 천공 카드를 이용한 프로그래밍을 지원했으며, 22비트 부동 소수점 연산을 수행할 수 있었다. 64 단어의 메모리를 갖추고 있었으며, 1 Hz의 클럭 주파수로 작동했다. Z1은 1943년 베를린 공습으로 파괴되었으나, 추제는 1989년에 복원하여 현재 독일 기술 박물관에 전시되어 있다.
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| Z1 (컴퓨터) | |
|---|---|
| 개요 | |
| 이름 | Z1 |
| 다른 이름 | V1 (페르주흐스모델 1) |
| 종류 | 프로그래밍 가능, 이진, 전기 모터 구동 기계식 컴퓨터 |
| 개발자 | 콘라트 추제 |
| 제조사 | 해당 없음 |
| 제품군 | 해당 없음 |
| 세대 | 해당 없음 |
| 출시일 | 1938년 |
| 단종일 | 해당 없음 |
| 판매 대수 | 해당 없음 |
| 출하 대수 | 해당 없음 |
| 미디어 | 35밀리미터 필름 |
| 운영 체제 | 해당 없음 |
| 전원 | 진공 청소기 전기 모터 |
| 시스템 온 칩 | 해당 없음 |
| CPU | 약 30,000개의 금속판 |
| CPU 속도 | 1 Hz |
| 메모리 | 원래: 16 워드 부동 소수점 메모리 복제본: 64 워드 부동 소수점 메모리 |
| 저장 장치 | 해당 없음 |
| 메모리 카드 | 해당 없음 |
| 디스플레이 | 해당 없음 |
| 그래픽 | 해당 없음 |
| 사운드 | 해당 없음 |
| 입력 장치 | 키보드, 천공 테이프 리더 |
| 컨트롤러 | 해당 없음 |
| 카메라 | 해당 없음 |
| 터치패드 | 해당 없음 |
| 연결성 | 해당 없음 |
| 플랫폼 | 해당 없음 |
| 서비스 | 해당 없음 |
| 크기 | 해당 없음 |
| 호환성 | 해당 없음 |
| 이전 모델 | 해당 없음 |
| 후속 모델 | Z2 |
| 관련 항목 | 해당 없음 |
| 웹사이트 | 해당 없음 |
 | |
2. 구성
Z1은 처리기관, 저장기관, 미세 분할 시스템, 부동소수점에 기반한 논리 체계, 입출력 기관 등 현대적인 컴퓨터와 유사한 구성 요소를 갖추고 있었다. Z1은 천공 카드를 이용한 프로그래밍을 지원했으며,[7] 입력, 기기 운영 및 명령 처리, 출력 기관 등이 독립된 형태였다.
Z1 제작에는 콘라트 추제의 부모님, 여동생 Lieselotte, 'AV Motiv'의 학생들(참조 Helmut Schreyer), 그리고 베를린의 계산기 제조업체 Kurt Pannke가 자금을 지원했다. 추제는 부모님 아파트에서 Z1을 제작했으며, 1936년에는 Z1 제작을 위해 항공기 제작 분야의 직장을 그만두었다.
추제는 Z1 제작에 "얇은 금속 스트립", "금속 실린더" 또는 유리판을 사용했다고 하며, 상업적인 릴레이는 사용하지 않았을 것으로 추정된다(Z3는 몇 개의 전화 릴레이를 사용). Z1의 유일한 전기 장치는 1 Hz (초당 사이클)의 클럭 주파수를 제공하는 전기 모터였다.
Z1은 기계 부품에 가해지는 스트레스 때문에 작동 시 신뢰성이 높지 않았다. 추제의 컴퓨터가 정확히 어떻게 제작되었는지에 대해 다양한 출처에서 여러 가지 진술이 있지만, 점차 명확한 이해가 나타나고 있다.
2. 1. 하드웨어 구성 요소
Z1은 처리기관, 저장기관, 미세 분할 시스템, 부동소수점 기반 논리 체계, 입출력 기관 등 현대적인 컴퓨터가 갖추고 있는 대부분의 요소들을 갖추고 있었다. Z1은 천공 카드를 이용한 프로그래밍을 어느 정도 지원했다.[7]Z1은 22비트 기반의 부동소수점 가감산 처리를 할 수 있었으며, 곱셈이나 나눗셈 같은 복잡한 계산도 처리할 수 있었다. Z1은 9개의 명령어 집합을 바탕으로 명령어당 1개에서 20개까지의 클럭 사이클 수(CPI; Cycles per instruction)를 처리했다.
Z1은 64글자의 부동소수점 수를 저장할 수 있는 저장기관을 갖추고 있었으며, 데이터를 기록하거나 삭제할 수 있었다. 1936년 당시 이러한 전자식 저장기관은 콘라트 추제만의 독특한 설계였으며, 추제는 1936년 5월 이 전자식 저장기관에 대한 특허를 취득했다.
데이터 처리는 2진법으로, 데이터 입출력은 진수 변환 알고리즘을 통해 10진법으로 이루어졌다. 입출력 역시 부동소수점 처리와 같이 기록되거나 삭제될 수 있었다. 프로그램을 담은 테이프는 35mm 필름으로, 천공된 명령어를 담고 있었다.
Z1은 무게가 약 1톤에 달하는 기계로, 약 2만 개의 부품으로 구성되었다. 이 기계는 이진 부동 소수점 숫자와 이진 스위칭 시스템을 기반으로 하는 프로그래밍 가능한 컴퓨터였다. 추제와 그의 친구들은 얇은 금속 시트를 사용하여 기계를 제작했다. [데이터] 입력 장치는 키보드였다. Z1의 프로그램(추제는 이를 Rechenpläne, 계산 계획이라고 불렀다)은 8비트 코드를 사용하여 펀치 테이프에 저장되었다.
Z1의 제작은 사적으로 자금을 조달했다. 추제는 그의 부모님, 여동생, 학생들, 그리고 Kurt Pannke(베를린의 계산기 제조업체)로부터 자금을 받았다.
추제는 부모님의 아파트에서 Z1을 제작했는데, 실제로 거실을 제작에 사용할 수 있도록 허락받았다. 1936년, 추제는 Z1을 제작하기 위해 항공기 제작 분야의 직장을 그만두었다.
추제는 Z1을 제작하기 위해 "얇은 금속 스트립"과 "금속 실린더" 또는 유리판을 사용했다고 한다. 상업적인 릴레이는 사용되지 않았을 것이다. 유일한 전기 장치는 기계에 1 Hz (초당 사이클)의 클럭 주파수를 제공하는 전기 모터였다.
메모리는 슬롯이 있는 얇은 금속 스트립과 작은 핀으로 구성되었으며, 릴레이보다 빠르고 작으며 더 신뢰할 수 있는 것으로 입증되었다. Z2는 Z1의 기계적 메모리를 사용했지만, 릴레이 기반 산술 연산을 사용했다. Z3는 실험적으로 완전히 릴레이로 제작되었다. Z4는 상업용 컴퓨터의 첫 번째 시도로, Z2의 더 빠르고 경제적인 기계적 슬롯 금속 스트립 메모리, 릴레이 처리를 다시 사용했지만, 전쟁으로 Z4 개발이 중단되었다.
Z1은 기계 부품에 가해지는 스트레스 때문에 작동 시 신뢰성이 높지 않았다.
Z1에는 제어 장치, 기억 장치, 마이크로 시퀀서, 부동 소수점 연산 장치, 입출력 장치 등이 있었다. 펀치 테이프를 읽는 장치에 세팅함으로써 자유롭게 프로그램을 공급할 수 있었다.[3] 펀치 테이프 판독 장치, 전체를 감독하고 명령을 실행하는 제어 장치, 연산 장치, 입출력 장치는 각각 분리되어 있었다.
22비트 부동 소수점 수의 가산기와 감산기를 갖추고 있으며, 제어 논리 회로를 추가하여 곱셈(가산을 반복)이나 나눗셈(감산을 반복) 등의 복잡한 연산도 가능하게 했다. 명령어 집합은 9가지 종류의 명령으로 구성되어 있으며, 명령 실행에 소요되는 사이클 수는 1부터 12까지 명령에 따라 다양하다.
부동 소수점 수를 64워드 저장할 수 있는 메모리를 갖추고 있으며, 제어 장치가 메모리의 읽고 쓰기를 지시한다. 기계식 기억 장치는 독특한 설계이며, 콘라트 추제는 1936년에 그 특허를 취득했다. 펀치 테이프 판독 장치로 명령을 읽어들여 그대로 실행하는 방식이며, 프로그램 내장 방식은 아니다.
입출력은 십진수(가수와 지수의 부동 소수점 수)로, 입출력 장치에는 내부의 이진 표현과의 변환을 수행하는 기구가 있다. 프로그램용 테이프는 35mm 필름으로, 펀치에 부호화하여 명령을 저장한다.
| 구성 요소 | 상세 내용 |
|---|---|
| 연산 방식 | 기계식 (전동) |
| 메모리 | 64 워드 (1 워드는 22비트) |
| 클럭 주파수 | 1 Hz |
| 레지스터 | 2개 (22비트). 부동 소수점 레지스터 |
| 연산 장치 | 사칙 연산 (가감승제)을 이진 부동 소수점 수에 대해 수행. |
| 무게 | 1,000kg |
| 평균 계산 속도 | 덧셈은 5초, 곱셈은 10초 |
| 용도 | 개념 증명 |
| 입력 | 십진 부동 소수점 수 |
| 출력 | 십진 부동 소수점 수 |
2. 2. 명령어 집합
Z1은 9가지의 명령어 집합을 가지고 있었으며, 명령어 실행에 걸리는 시간은 명령어 종류에 따라 1~20 사이클이 소요되었다.[7] Z1의 명령어 집합은 8개의 명령어로 구성되었으며, 각 명령어를 실행하는 데 1~21사이클이 걸렸다.2. 3. 프로그래밍
Z1은 천공 카드를 이용한 프로그래밍을 어느 정도 지원하였다.[7] 천공 카드를 이용한 입력 기관, 기기 운영을 감독하고 명령을 처리하는 처리 기관, 누산 기관, 출력 기관 등이 독립된 형태를 갖추고 있었다.Z1은 22비트 기반의 부동소수점 덧셈, 뺄셈 처리를 할 수 있었으며, 곱셈이나 나눗셈 같은 조금 더 복잡한 계산도 처리할 수 있었다. Z1은 9개의 명령어 집합을 바탕으로 명령어당 1에서 20 클럭 사이클(CPI, Cycles per instruction)을 처리할 수 있었다.
Z1은 64개의 부동소수점 수를 저장할 수 있는 저장 기관을 갖추고 있었으며, 처리 기관에 따라 데이터를 기록하거나 삭제할 수 있었다. 1936년 당시 이러한 전자식 저장 기관은 콘라트 추제만의 독특한 설계였다. 추제는 1936년 5월 이 전자식 저장 기관에 대한 특허를 취득했다.
데이터 처리는 2진법으로 진행되었지만, 데이터 입출력은 진수 변환 알고리즘을 통해 10진법으로 이루어졌다. 입출력 역시 부동소수점 처리와 같이 기록되거나 삭제될 수 있었다. 프로그램을 담은 테이프는 35mm 필름으로, 천공된 명령어를 담고 있었다.
3. 설계
Z1은 제어 장치, 기억 장치, 마이크로 시퀀스, 부동 소수점 연산 장치, 입출력 장치 등 현대 컴퓨터의 거의 모든 부품을 포함하고 있었다. Z1은 펀치 테이프와 펀치 테이프 리더를 통해 자유롭게 프로그래밍할 수 있었다.[3] 펀치 테이프 리더, 전체 기계를 감독하고 명령을 실행하는 제어 장치, 연산 장치, 입출력 장치는 명확하게 분리되어 있었다. 입력 테이프 장치는 35 mm 영화 필름의 구멍을 읽었다.
입력과 출력은 십진수(가수와 지수의 부동 소수점 수)로 이루어졌으며, 입출력 장치에는 내부의 이진 표현과의 변환을 수행하는 기구가 있었다. 프로그램용 테이프는 35mm 필름으로, 펀치에 부호화하여 명령을 저장했다.
| 클럭 주파수 | 1 Hz |
|---|---|
| 무게 | 1000kg |
| 용도 | 개념 증명 |
| 입력 | 십진 부동 소수점 수 |
| 출력 | 십진 부동 소수점 수 |
3. 1. 이진 부동 소수점 연산
Z1은 22비트 부동소수점 가산기이자 감산기였으며, 곱셈(반복적인 덧셈) 및 나눗셈(반복적인 뺄셈)과 같은 복잡한 연산을 수행할 수 있는 제어 로직도 갖추고 있었다.[7] Z1의 명령어 집합은 9가지였으며, 각 명령어를 실행하는 데 1~21 사이클이 걸렸다.| 연산 방식 | 기계식 (전동) |
|---|---|
| 레지스터 | 2개 (22비트 부동 소수점 레지스터) |
| 연산 장치 | 이진 부동 소수점 수에 대한 사칙 연산 (가감승제) 수행 |
| 평균 계산 속도 | 덧셈 5초, 곱셈 10초 |
3. 2. 기계식 메모리
Z1은 64워드(1워드는 22비트)의 부동 소수점 메모리를 갖추고 있었으며, 제어 장치에서 각 메모리 워드를 읽고 쓸 수 있었다. 이 기계식 메모리 장치는 독특한 디자인으로, 1936년 콘라트 추제가 특허를 받았다.[7] Z1은 펀치 테이프 리더에서 명령을 읽는 동안에만 실행되었으므로, 프로그램 자체는 내부 메모리에 미리 로드되지 않았다.4. 제작
Z1의 제작은 개인 자금으로 이루어졌다. 콘라트 추제는 자신의 특허 수입뿐만 아니라 여동생 리젤로테, 프라터니티 ''AV Motiv''의 일부 학생(예를 들어, 헬무트 슈라이어) 및 베를린에서 기계식 계산기를 제조 판매했던 쿠르트 판케 등 주변 사람들로부터 자금을 지원받았다.
추제는 부모님의 아파트 거실에서 Z1을 조립했다. 1936년, 추제는 Z1을 만들기 위해 항공기 제조 일을 그만두었다. 부모님은 추제의 일을 열렬히 응원했던 것은 아니지만, 가능한 한 지원을 계속했다.
추제는 얇은 금속 시트를 사용하여 기계를 조립해 나갔으며, 릴레이는 사용되지 않았다. 전기를 사용하는 장치는 전동기 1대뿐이며, 머신 전체에 1 Hz (매초 1 사이클)의 클록 주파수를 부여하는 데 사용되었다.
4. 1. 제작 과정
Z1은 무게가 약 1톤에 달하는 기계로, 약 2만 개의 부품으로 구성되었다. 이 기계는 이진 부동 소수점 숫자와 이진 스위칭 시스템을 기반으로 하는 프로그래밍 가능한 컴퓨터였다. 추제와 그의 친구들은 얇은 금속 시트를 사용하여 기계를 제작했다. 입력 장치는 키보드였고, Z1의 프로그램(추제는 이를 Rechenpläne, 계산 계획이라고 불렀다)은 8비트 코드를 사용하여 펀치 테이프에 저장되었다.Z1의 제작은 개인 자금으로 이루어졌다. 추제는 자신의 부모님, 여동생 리젤로테(Lieselotte), 'AV Motiv'의 학생들(헬무트 슈라이어 참조), 그리고 베를린의 계산기 제조업체인 쿠르트 판케(Kurt Pannke)로부터 자금을 받았다. 1936년, 추제는 Z1을 제작하기 위해 항공기 제작 분야의 직장을 그만두고 부모님의 아파트 거실에서 Z1을 제작했다.
추제는 Z1을 제작하기 위해 "얇은 금속 스트립"과 "금속 실린더" 또는 유리판을 사용했다고 한다. 상업적인 릴레이는 사용되지 않았을 것으로 추정된다(Z3은 몇 개의 전화 릴레이를 사용). 유일한 전기 장치는 기계에 1 Hz (초당 사이클)의 클럭 주파수를 제공하는 전동기였다.
메모리는 슬롯이 있는 얇은 금속 스트립과 작은 핀으로 구성되었으며, 릴레이보다 빠르고 작으며 더 신뢰할 수 있는 것으로 입증되었다. Z2는 Z1의 기계적 메모리를 사용했지만, 릴레이 기반 산술 연산을 사용했다. Z3는 실험적으로 완전히 릴레이로 제작되었다. Z4는 상업용 컴퓨터의 첫 번째 시도로, Z2의 더 빠르고 경제적인 기계적 슬롯 금속 스트립 메모리, 릴레이 처리를 다시 사용했지만, 전쟁으로 Z4 개발이 중단되었다.
Z1은 기계 부품에 가해지는 내부 및 외부의 스트레스에 의해 조화가 제대로 이루어지지 않아 작동 시 신뢰성이 높지 않았다. 추제의 컴퓨터가 정확히 어떻게 제작되었는지에 대해 다양한 출처에서 여러 가지 진술이 있지만, 점차 명확한 이해가 나타나고 있다.
4. 2. 작동 신뢰성 문제
Z1은 무게가 약 1톤에 달하는 기계로, 약 2만 개의 부품으로 구성되었다. Z1은 기계 부품에 가해지는 내부 및 외부의 스트레스로 인해 조화가 제대로 이루어지지 않아 작동 시 신뢰성이 높지 않았다. 개별 기계 부품에 과도한 힘이 가해지지 않도록 정밀한 동기화가 필요했지만, Z1은 안정적으로 작동한 적이 한 번도 없었다.5. 복원
Z1의 원형은 제2차 세계 대전 당시 베를린 공습으로 파괴되었다. 1986년 추제가 Z1을 복원하기로 결정했고, 1989년에 복원이 완료되어 현재 독일 기술 박물관에 전시되어 있다. 복원된 Z1은 원래 16단어 메모리 대신 64단어 메모리를 가지고 있다.
5. 1. 복원 과정
Z1의 원형은 1943년 제2차 세계 대전 당시 베를린 공습으로 파괴되었다. 1986년 추제는 Z1을 복원하기로 결정하고 Z1의 부속품들을 다시 만들기 시작했다. 1989년 Z1 복원이 완료되었고, 현재는 독일 베를린에 있는 독일 기술 박물관에 소장되어 있다. 복원된 Z1은 16단어 메모리 대신 64단어 메모리를 가지고 있다.5. 2. 현재 상태
Z1의 원형은 1943년 제2차 세계 대전 당시 베를린 공습으로 인하여 파괴되었다. 1986년 추제는 Z1을 복원하기로 결정하고 Z1의 부속품들을 다시 만들기 시작했다. 1989년에 Z1이 복원되었고 현재는 독일 베를린에 있는 독일 기술 박물관에 소장되어 있다. 재건된 Z1은 원래 16단어 메모리 대신 64단어 메모리를 가지고 있다.참조
[1]
서적
A Science of Operations: Machines, Logic and the Invention of Programming
Springer
[2]
간행물
The Zuse Computers
http://www.cs.man.ac[...]
2006
[3]
간행물
Konrad Zuse’s Legacy: The Architecture of the Z1 and Z3
http://ed-thelen.org[...]
[4]
서적
A Science of Operations: Machines, Logic and the Invention of Programming
https://archive.org/[...]
Springer
[5]
간행물
The Zuse Computers
http://www.cs.man.ac[...]
2006
[6]
뉴스
OBITUARY : Konrad Zuse - People - News - The Independent
http://www.independe[...]
[7]
간행물
Konrad Zuse’s Legacy: The Architecture of the Z1 and Z3
http://ed-thelen.org[...]
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