Aufbau der Z22 Hardware

Äußerlich von der Größe eines ausgewachsenen Kleiderschranks hat die Z22 für Ihr Entstehungsjahr 1958 aufregende innere Werte.

Minima

Die Z22 ist die erste, und eine der sehr seltenen Implementierungen der Minima-Idee von Theodor Fromme. Sie Übertrifft diese aber in der Form der Adressumrechnung. Die Minima beschreibt den kleinstmöglichen Umfang einer Maschine, die programmgesteuert, mit Daten und Code in Mischform und mit Registertechnik aufgebaut sein soll. Sie hat einige Gemeinsamkeiten mit der Computerdefinition von v. Neumann.

Speicherhierarchie

Speicherhierarchie
die Speicherhierarchie der Zuse
Um die Funktionsweise der Zuse verstehen zu können, ist zunächst ein grundlegender Einblick in Ihre Speicherarchitektur nötig. Selbst bei dieser urigen Maschine ist schon eine Speicherhierarchie zu erkennen, wie sie heute in Zeiten explodierender Datenmengen selbstverständlich ist. Die Speicherhierarchie ist dreistufig.

Kernspeicher/Schnellspeicher

der Ringkernspeicher
der Ringkernspeicher
Da ist zunächst einmal der Kernspeicher. Dieser ist bei der Zuse in Ringkerntechnik realisiert, wobei Spannung an sich kreuzende Kupferdrähte gelegt wird, so daß diese sich berühren. Der entstandene Kontakt wird zur Speicherung eines Bits genutzt und durch einen Magnetring um den Kreuzungspunkt erhalten. Die in der Zuse in Ringkerntechnik realisierten Register finden ihre Entsprechnung in den Registern heutiger Prozessoren und zum Teil im RAM (Random Access Memory) heutiger Computer.

Der Ringkernspeicher der Z22 hat je nach Ausbau 14 bis 32 Worte von jeweils 38 Bit Breite, unter diesen Speicherzellen gibt es einige mit speziellen Funktionen, manche sind auch nicht 38 Bit breit und einige wenige enthalten feste Werte die nicht geändert werden können:
SpeicherzelleBedeutung
0enthät 0 in jeder Dualstelle
1enthät 1 in der obersten Stelle, sonst 0
2Test auf Vorzeichn, sonst frei verwendbar
3Testspeicher für die unterste Stelle in Verknüpfung mit dem Akkumulator
4der Akkumulator
5Rücksprungadresse für Subroutinen, sonst frei verwendbar
6-15frei verwendbar
16Rücksprungadresse wie Zelle 5, kann nur gelesen werden
17Enthält in der untersten Stelle die Stellung eines Schalters am Bedienpult
18frei verwendbar
19Pufferspeicher für schneller IO, oberste 5 Bit zum Schreiben, unterste 5 Bit zum Lesen
20Pufferspeicher für normale IO, oberste 5 Bit zum Schreiben, unterste 5 Bit zum Lesen
21-31frei verwendbar

Trommelspeicher

Neben den 32 Schnellspeicher bzw. Kernspeicherworten hat die Zuse noch 8192 Trommelspeicherworte, die ebenso direkt adressiert werden können. Diese Trommelspeicheradressen bezeichnen Worte, die auf dem Magnettrommelspeicher der Zuse abgelegt sind. Eine Adresse sieht fünf höherwertige Bits für den Kernspeicher und 13 niederwertigere für den Trommelspeicher vor. Durch die Kombination der Adressen ist einiges an Adreßumrechnung möglich.

Lochstreifen

Über die oben aufgeführten Schnellspeicheradressen 19 und 20 werden Fernschreiber und Lochstreifenleser angesteuert, durch diese Puffer kann also - natürlich ohne direkte Adressierung, sondern lediglich sequentiell - praktisch unbegrenzt gelesen und gespeichert werden.

Rechenwerk

Mit dem oben beschriebenen Speicher kann nun mit einer Vielzahl von Befehlen. Der Ablauf genügt einem recht einfachen Modell.
Blockschaltbild
Blockschaltbild
Die Bits im Stuerregister beeinflussen direkt die Abläufe in der Maschine, am Schaltbild ist zu erkennen, welche Register im Allgemeinen beteiligt sind, sowie einige Bedingungszeichen. Wenn schon vom Schaltbild die Rede ist - natürlich gibt es dies auch für den elektrischen Aufbau der Maschine.
Schaltplan
Hauptschaltplan der Z22

Z22/13-Homepage Georg 'Gio' Magschok, 961126