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In unserem vorherigen Beitrag haben wir die grundlegende Architektur der Z3 betrachtet, nun wollen wir uns dem Aspekt widmen, der die Z3 so besonders machte: Die Möglichkeit sie frei zu programmieren. In diesem dritten, und letzten, Teil dieser Reihe, werden wir untersuchen, wie Programme eingegeben und verarbeitet wurden und welche Limitierungen es gab. Zudem werden wir die Ein-/ und Ausgabe betrachten, um ein umfassenderes Bild zu bekommen, wie Nutzende mit der Maschine interagieren konnten.
Programmierbarkeit
Die Programmierbarkeit basierte auf der Verwendung von Lochstreifen. Auf diesen konnten einzelne Eingabebefehle oder Daten bis hin zu ganzen Programmen an die Maschinen übergeben werden. Zur Eingabe von Daten beziehungsweise Programmen musste der „Programmierer“ mit einem Stanzgerät Löcher an vordefinierte Stellen in diesen Streifen machen. Die Löcher wurden dann von der Maschine gelesen: Stifte mit Federn drückten nach unten, wenn sich im Streifen ein Loch befand, wodurch ein elektrischer Kontakt geschlossen wurde. Nachdem die Maschine den Befehl ausgeführt hatte, rückte der Streifen um ein Stück vor und bereitete sich darauf vor, den nächsten Befehl einzulesen.
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Obwohl diese Technik grundlegend für die Programmierung war, gab es bedeutende Einschränkungen. Die Z3 unterstützte keine Sprungbefehle und konnte Schleifen nur sehr eingeschränkt verarbeiten. Einfache Schleifen konnten zwar durch das Verbinden des Anfangs und des Endes des Streifens realisiert werden; jedoch fehlten Abbruchbedingungen. Dies schränkte die Möglichkeiten stark ein und bedeutete, dass die Z3 nicht als Universalrechner im heutigen Sinne betrachtet werden kann. Programme konnten nicht dynamisch während des Ablaufs geändert werden oder von Zwischenergebnissen abhängen.
Ein-/Ausgabe
Zusätzlich zur Eingabe über Lochstreifen konnte die Z3 auch Zahlen über eine Schreibmaschinentastatur einlesen. Um dies zu ermöglichen, musste im Programmablauf ein Befehl über den Lochstreifen ausgeführt werden, um dem Steuerwerk anzuzeigen, dass eine Tastatureingabe gelesen werden sollte. Diese Funktion erlaubte es beispielsweise, Programme wie Multiplikationen mit Platzhaltern vorzubereiten und sie, mit unterschiedlichen Werten, zu wiederholen ohne Änderungen am Programm selbst zu machen – bemerkenswert ähnlich zu heutigen Programmen mit Variablen als Eingaben, die sozusagen eine „Schablone“ sind.
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Der Zahlenbereich der Eingaben war jedoch limitiert; man konnte nur Zahlen mit bis zu 4 Dezimalstellen eingeben, gefolgt von einem Exponenten im Bereich von -8 bis 8. Dies bedeutete beispielsweise, dass die kleinste Zahl 1 × 10^-8 und die größte 9,999 × 10^8 betrugen. Diese Begrenzungen resultierten aus technischen Einschränkungen des Designs der Z3.
Für die Ausgabe war der Zahlenbereich nur geringfügig größer; hier war die größte Zahl 19,999 und die kleinste 0,0001 – auch hier reichten die Exponenten von -8 bis 8. Anstatt Ergebnisse auszudrucken, zeigte die Z3 diese durch Reihen von Lampen an: Für jede Dezimalstelle gab es eine Reihe; bei einer bestimmten Ziffer leuchtete entsprechend ihrer Größe eine bestimmte Anzahl an Lampen – beispielsweise fünf Lampen bei einer fünf. Für positive und negative Exponenten gab es jeweils eigene Reihen.
Die Z3 als Grundlage moderner Computer
Viele der Konzepte, die Konrad Zuse in seiner Z3 verwendete, sind bis heute grundlegende Bestandteile moderner Computer. Das Steuerwerk und das Rechenwerk übernehmen Aufgaben, die auch in heutigen CPUs zu finden sind, und die zugrunde liegende Logik bleibt bemerkenswert ähnlich.
Die normalisierte Gleitkommadarstellung war zur Zeit von Zuse umstritten, setzte sich jedoch im Laufe der Zeit durch und ist jetzt der Standard. Der Grund war, dass die Gleitkommadarstellung eine effiziente Möglichkeit bietet mit großen und kleinen Zahlen umzugehen und Multiplikation und Division vereinfacht. Auch die taktbasierten Operationen der Z3 erinnern an die Funktionsweise heutiger CPUs, wo Taktzyklen entscheidend für die Synchronisation sind.
Ein zentrales Merkmal der Z3 war ihre Programmierbarkeit über Lochstreifen. Obwohl diese Methode in ihren Möglichkeiten limitiert war, war Zuse mit dieser Funktion seiner Zeit weit voraus. Die Trennung von Speicher und Programm wurde erst später von John von Neumann populär gemacht, der als einer der Väter der Informatik gilt und mit seiner „Von-Neumann-Architektur“ einen Grundstein für moderne Computer legte. Zudem geht das Konzept, Register im Rechenwerk oder in der CPU zu verwenden und somit die Zugriffszeit auf häufig benutzte Daten zu verkürzen, auf Zuses Ideen zurück.
Die oft übersehende Bedeutung der Z3
Insgesamt lässt sich festhalten, dass moderne Computer ohne das Erbe von Konrad Zuse nicht so funktionieren würden wie heute. Viele seiner Konzepte werden auch fast 90 Jahre nach seinem ersten Werk weiterhin angewendet – natürlich angepasst und modernisiert durch die technischen Fortschritte.
Abschließend ist es allerdings wichtig zu betonen, dass die Leistungen von Konrad Zuse und seiner Z3 oft nicht die Anerkennung erhalten, die sie verdienen. Während andere frühe Computerprojekte wie der ENIAC oder der UNIVAC im Rampenlicht standen, kämpfte Zuse mit der schwierigen politischen Lage Nazi-Deutschlands. Die Z3 wurde zudem bei Bombenangriffen im Zweiten Weltkrieg zerstört, was dazu führte, dass ihre Errungenschaften lange Zeit in den Hintergrund gerieten. Erst in den letzten Jahren wird zunehmend erkannt, wie wegweisend die Z3 für die Entwicklung der Informatik war und welchen Einfluss sie auf zukünftige Technologien hatte.
Verantwortlich für die Inhalte dieses Beitrags Marc Weerts.
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