Jetzt wird’s digital: Geschichte des Computings, Teil 3

Zwei Forschungen waren relevant für den Durchbruch des Computers. Einerseits Vannevars Bushs Differentialanalysator sowie Howard Aikens digitale Rechner.

Bush entwickelte 1930 am MIT den ersten modernen analogen Computer, den Differnetialanalysator. Mit diesem liessen sich Differentialgleichungen lösen. Der Aufgabenbereich der Maschine, wie der aller analogen Geräte, war auf diese eine Aufgabe limitiert. Trotzdem findet sie nach wie vor in analogen oder hybriden Computern Anwendung. Speziell für die Simulation von komplizierten dynamischen Systemen wie kommerziellem Fliegen oder in Kernkraftwerken.

Im Gegensatz zu Bush entwickelte der Harvard Professor Howard Aiken digitale Rechenmaschinen. Ab 1937 entwarf er Pläne für vier unterschiedlich ausgeklügelte Rechenmaschinen. Der Harvard Mark I war noch hauptsächlich mechanisch, der Mark IV komplett elektronisch. Die Maschinen waren riesig. Der Mark I war etwa 15 Meter lang.

Die Turing-Maschine

Als Mathematikstudent an der Universität Cambridge interessierte sich Alan Turing für die formalistische Auffassung von Mathematik nach David Hilbert. Gemäss dieser kann jedes mathematische Problem mit einem Algorithmus gelöst werden. Für Turing bedeutete das, dass Computing-Geräte theoretisch alle mathematischen Probleme lösen können.

Turing machte sich an die theoretische Entwicklung einer solchen Maschine. Er erarbeitete die Grundlagen für einen Universalcomputer. Wichtig war ihm, dass diese Computer nicht auf Rechnen beschränkt sind. Sie sollten unter anderem auch Buchstaben darstellen können. Turing glaubte, dass alles symbolisch repräsentiert werden kann. Auch abstrakte mentale Zustände. Er war auch einer der ersten, der Künstliche Intelligenz als möglich erachtete.

Der Einfluss von Turings theoretischem Wirken war zu jener Zeit marginal. Wichtig war, dass er Menschen dazu inspirierte, an einen Universalcomputer zu glauben.

Pionierarbeit und Kriegsforschung

Der erste elektronische Spezialcomputer wurde wohl von John Vincent Atanasoff zwischen 1937 und 1942 am Iowa State College gebaut. Der Atanasoff-Berry-Computer, kurz ABC, bestand unter anderem aus 300 Elektronenröhren und Kondensatoren. Er nutzte ein Binärsystem und logische Operationen. Für die Ein- und Ausgabe wurden Lochkarten verwendet. Aufgrund des Zweiten Weltkriegs wurde die Entwicklung aber eingestellt.

Auf der einen Seite wurden Computerprojekte eingestellt. Auf der anderen Seite wurden währen des Zweiten Weltkriegs gewisse Projekte gefördert. In England war das Knacken von Codes oder Chiffren Anstoss für Computerforschung. Das Projekt hiess Ultra und war streng geheim.

Colossus

Unter Sir Thomas Flowers und der Mithilfe von Alan Turing wurde bis 1943 Colossus entwickelt. Er bestand aus etwa 1800 Elektronenröhren für Berechnungen. Obwohl Colossus für bestimmte kryptografische Berechnungen entwickelt wurde, konnte er auch für generellere Zwecke genutzt werden. Er war das erste Gerät, das in einem grossen Ausmass Elektronik für Berechnungen verwendete. Flowers erkannte, wie wichtig es ist, Daten elektronisch zu speichern.

ENIAC

In den Staaten wurde an Computern zur Berechnung von Artilleriedistanzen geforscht. Das Ziel war ein komplett elektronischer Computer. Die Arbeit an ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) begann 1943. Mit dem Computer wurde über Schaltbretter, also elektronisch, kommuniziert. Die Anweisungen konnten so schneller gelesen werden als von mechanischen Lochkarten. Der Nachteil war, dass der Computer für jede neue Aufgabe mühsam neu instruiert werden musste.

Obwohl ENIAC für einen speziellen Zweck entwickelt wurde, konnte er auch andere Probleme lösen. Die 15 auf 9 Meter grosse Maschine wurde erst 1946 fertiggestellt. Der Krieg, für den ENIAC gebaut wurde, war da schon vorbei. Der 400 000 Dollar teure Computer wurde dann für Berechnungen einer Wasserstoffbombe benutzt.

Geburt der Computerwissenschaften

Als Geburtsurkunde der Computerwissenschaften wird häufig das Paper «Preliminary Discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instrument» von Arthur Burks, Herman Goldstine und John von Neumann bezeichnet. Unter den Prinzipien nennen die Forscher, dass Daten und Programme binär codiert auf einem Speicher gehalten werden sollen. Eine wichtige Entscheidung, denn es bedeutet, dass ein Programm ein anderes Programm als Daten erachten kann. Dieser Umstand ermöglichte komplexe Programmiersprachen und auch die meisten Fortschritte in Sachen Software in den 50 folgenden Jahren.

Halbleiter

ENIAC und Colossus nutzten beide Elektronenröhren. Sie hatten keine beweglichen Teile. Dadurch waren sie um einiges schneller als Maschinen bis zu diesem Zeitpunkt. Trotz der für jene Zeit enormen Geschwindigkeit, war die grundlegende Architektur der Maschinen nicht viel weiter als jene von Babbages Differenzmaschine. Die beiden Computer hatten dasselbe Problem: Sie benötigten zum Speichern von einem Bit je eine Elektronenröhre. Für den Nachfolger von ENIAC, den EDVAC, setzten die Forscher deshalb auf Verzögerungsleitungen. Dadurch konnten zehn Elektronenröhren 1000 Bits speichern. Vor der Erfindung magnetischer Speicher und Transistoren konnte so der Speicher stark vergrössert werden.

Den ersten Computer mit Halbleiterspeicher bauten Frederic C. Williams und Tom Kilburn 1948 an der Universität Manchester. Beim auf Baby getauften Computer setzten sie nicht auf Verzögerungsleitungen, sondern auf Williamsröhren. Diese Art von Speicher ist zwar schneller als Verzögerungsleitungen, aber auch unzuverlässiger.

Ein Jahr später hatten die beiden Forscher Baby zu einem kompletten Computer umgebaut. Der Manchester Mark I machte unter anderem die Verbindung von flüchtigem und nichtflüchtigem Speicher bei Computern zum Standard.

Die Erfinder des ENIAC und EDVAC haben nach diesen den UNIVAC entwickelt. Er war von Beginn weg als Halbleitercomputer konzipiert und nutzte unter anderem eine Tastatur zur Eingabe und Magnetbänder zur Ausgabe. Der Computer sollte die Buchhaltungsmaschinen jener Zeit ersetzen. Dank den Verzögerungsleitungen war er mit rund 4.4 auf 2.3 auf 2.7 Metern relativ kompakt und passte in die Büros. Er war damit einer der ersten Grossrechner.

Das war’s auch schon vom dritten Teil der Geschichte des Computings. Nächstes Mal geht es weiter mit Grossrechnern, Programmiersprachen und Betriebssystemen.