Geschichte Computer

2500 v. Chr - 70 v. Chr. – Antike Rechengeräte

• Zählen von Dingen war Ausgangslage
• ∼ 2500 v. Chr. Abakus in Mesopotamien erste Maschine zum Zählen und Rechnen
  • • Ein Abakus ist ein einfaches mechanisches Rechenhilfsmittel. Es enthält Kugeln, meist Holz- oder Glasperlen
  • mit seiner Hilfe kann man addieren, subtrahieren, multiplizieren, dividieren und Wurzeln ziehen
  • 
  • kommt ursprünglich aus China
  • er dient zur Speicherung von Zahlen
  • Nur in 'Kooperation' mit einem Menschen hat man eine komplette Rechenmaschine
• ∼ 500 v. Chr. Herodot – Kerbholz bzw. Schnur mit Knoten als Schulurkunde
• 70 v. Chr. wurde komplizierte Modelle zur Berechnung der beobachtbaren Bewegung von Sonne und Mond
  • z.B. Mechanismus von Antikythera

300 v. Chr – Der erste Algorithmus: Euklidischer Algorithmus

• Algorithmus zum Finden des größte gemeinsamen Teilers zweier Zahlen
• ältester wirklicher Algorithmus, weil etwas interessantes passiert
• Wird noch heute benutzt, weil es keinen besseren gibt
• gegeben:* zwei Zahlen
• Gesucht: deren größter gemeinsamer Teiler (ggT)
  • a, b
  • int c
  • if b > a
    • swap(a,b)
  • while (a % b != 0)
    • c = b
    • b = a%b
    • a = c
  • Ausgabe("kleinster gemeinsamer Teiler von a und b ist %d", a)

Ende Mittelalter – WICHTIG

• 1492 Christoph Kolumbus kommt in Amerika an
• ∼ 1500 Johannes Gutenberg erfindet Buchdruck mit beweglichen Lettern
• 1517 Martin Luther’s 95 Thesen Beginn der Reformation
• → 17. Jh. “wissenschaftliche Revolution”

17. Jahrhundert – wissenschaftliche Revolution

Wilhelm Schickard (1592-1635)

• 1623 Rechenmaschine zur Erleichterung astronomischer Rechnungen
• Addition & Subtraktion von bis zu sechsstelligen Zahlen
• Kepler: “beidhändiger Philosoph”
• bei “Speicherüberlauf” klingelte Glocke

Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716)

• 1673 dezimale Rechenmaschine für 4 Grundrechenarten
  • einzelne Lösungsschritte des schriftlichen Rechnens systematisch auf mechanischen Vorgang übertragen
• Entwurf des binären Zahlensystems
• Zahlen werden durch elektrische Zustände dargestellt (Strom an/aus)
• kritisch bei der Entwicklung elektronischer Rechenmaschinen

Rene Descartes (1596-1650)

Gedankenexperiment: Android oder echter Mensch?

18. Jahrhundert

Giovanni Poleni, Anton Braun, Jacob Leupold, ...

• jede Maschine tut nur das, wofür sie bei der Erbauung festgelegt war
• keine Trennung von “Hard-” (Organen) und “Software” (Vernunft)
• Konzept des ’Programms’ gab es nicht, um eine Berechnung zu wiederholen, mussten alle Schritte und alle Eingaben wieder per Hand ausgeführt werden
• einzelne Berechnungsschritte erforderten menschliche Bedienung

Vision: eine programmierbare und damit universelle Rechenmaschine

19. Jahrhundert

Joseph-Marie Jacquard (1752-1834)

• 1801 programmierbarer Webstuhl
• gesteuert durch Lochstreifen, mit Nadeln abgetastet
• Loch → Fadenhebung
• kein Loch → Fadensenkung
• binäre Kodierung von Daten und Steuerungsinfo
• austauschbar → dieselbe Maschine verschiedene Dinge

Herman Hollerith (1860-1929)

• 1890 Lochkarten-Maschine für Datenverarbeitung bei Volkszählung
• Idee: Eisenbahnschaffner
• Löcher zur Kodierung von Merkmalen der Passagiere
• 1 Zehntel Helfer, 4 Wochen statt 7 Jahre
• übliche maximale Zeilenlänge von knapp 80 Zeichen in E-Mails und Textdateien geht auf das Lochkartenformat zurück
• Vorläufer der elektronischen Datenverarbeitung

Charles Babbage (1791-1871)

• Berechnung mathematischer Tabellen von Hand (z.B. Trigonometrische Funktionen, Logarithmen) - Fehler! → Schiffsunglücke
• (Teil-)Rechnungen wiederholen sich → Mechanisieren
• 1837 Analytical Engine - universelle Maschine
• Idee des Mehrzweck-Rechners - programmierbar mit Punch Cards
• Konzepte wie bedingte Verzweigungen und Schleifen eingeführt
• Zusammenarbeit mit Ada Lovelace, 1. Programm für die Analytical Engine
  = Vorläufer des Computers, aufgrund mangelnder Feinmechanik nicht funktionstüchtig

George Boole (1815-1864)

• 1847 Boolsches Logikkalkül
• Zwei-Elementige Boolesche Algebra

Ada Lovelace (1815-1852)

• 1842/43 Vorschrift für Berechnung von Bernoulli Zahlen auf babbage's analytical engine
  = 1. (Computer)Programm & Programmiersprache Ada

1930er Jahre

Alan Turing 1912-1954

• Wenn man schon nicht alles beweisen kann, was kann man dann berechnen? (Und was nicht?)
• Was heißt das überhaupt, Dinge zu berechnen
  • -> versucht zu formalisieren, wie ein Mensch rechnet
  • In seinem grundlegenden Werk von 1936 führte er die Turing-Maschine ein, ein theoretisches Modell, das die Grundlage für die moderne Informatik bildet. Seine Arbeiten zur Berechenbarkeit und zum Entscheidungsproblem hatten einen enormen Einfluss auf die Entwicklung von Computern.

1940er Jahre

Konrad Zuse (1910-1995)

• Konrad Zuse studierte 1927 Bauingenieurwesen an der TU Berlin
• “Allerdings war ich von dem Studium ... etwas enttäuscht, weil sehr viel nüchterne Arbeit dazu gehörte, insbesondere Rechenarbeit. ... es behagte mir an sich nicht, dass ein junger Mensch seine Arbeitskraft dafür hergeben sollte.”
• Anforderungen, an ideale Rechenmaschine des Ingenieurs (1936):
  1. Ingenieur hat viel mit festen Formeln zu arbeiten, die immer wiederkehren ... Ausgangswerte, ... Arbeit besteht darin, durch ... immer gleiche Aufeinanderfolge von Grundrechenarten zwischen bestimmten Zahlen das Resultat zu berechnen
  2. Ingenieur braucht Rechenmaschinen, die diese Rechenoperationen automatisch ausführen, indem der Rechenplan auf einem Lochstreifen festgehalten wird, der die Befehle für die einzelnen Rechenoperationen selbsttätig nacheinander an die Maschine gibt

Die Z3

• 1941 erster funktionsfähiger, programmgesteuerter Digitalrechner
• Das neue an Zuses Computer war, dass die Funktion nicht vorgegeben war. Das ist der Unterschied zwischen einer Rechenmaschine und einem Computer
• Rechenwerk, Steuerwerk, Speicher, Ein- und Ausgabe (→ Von-Neumann-Architektur)
• elektromechanische Relais (5.3 Takte pro Sekunde)
• binäre Gleitkommaarithmetik
• Zuse trennte Rechenwerk und Speicher, ein Prinzip, das bis heute gilt.

weitere Computer der 1940er Jahre

Historische Einbettung

Realisierung der ersten Computer im II. Weltkrieg

• 1941 Z3 mit 25.000 Dt. Reichsmark der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt
• Zuse war nicht Mitglied der NSDAP
• kurz beim Militär, dann fordern ihn Henschel-Flugzeug-Werke als Statiker zurück, Flugzeug-Werke waren Rüstungskonzern der NS
• 1943 Colossus Röhrencomputer - Bletchley Park, England (Alan Turing)
• Dechiffrierung von geheimen Nachrichten des dt. Militärs im II. WK
• 1944 Mark I - Harvard, USA
• 1. Programm John von Neumann - Manhattan Project - Rechnungen am Implosionskonzept der Plutonium-Bombe

Kontroverse um den ersten Computer (zuses_rechenmaschine_rojas97.pdf)

• Es ist bis heute umstritten, was der erste Computer war
• In den USA wurde 1945/46 der ENIAC in Betrieb genommen und wird dort seit dem als erster Computer anerkannt
• Z1 und Z3 wurden 1936 und 1941 gebaut
  • konnten die vier arithmetischen Rechenoperationen Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division
• Zuse war auf sich allein gestellt
• ENIAC wurde an der Universität von Pennsylvania mit praktisch unbegrenzter finanzieller Förderung entwickelt
• Konrad Zuse war davon überzeugt mit dem Binärsystem zu arbeiten, da so die einzige Anforderung der Komponenten sind, dass sie zwei klar voneinander unterscheidbare Zustände anzeigen können
  • Das Binärsystem hat den Nachteil, dass man als Mensch nur schwer nachvollziehen kann was der Computer tut. Zuse meinte aber, dass man ja nur das korrekte Ergebnis brauche und der Weg dahin unwichtig ist
• Zuse hat Prozessort von Speicher klar getrennt, was heute selbstverständlich ist
• Der ENIAC rechnet aber mit dem Dezimalsystem und hat Speicher von Prozessor nicht getrennt

1950er Jahre

Grace Hopper (1906-1992)

• 1952 The education of a computer
  • "While the materialization is new, the idea of mechanizing mathematical thinking is not new. Its lineage starts with the abacus and descends through Pascal, Leibniz and Baggage. More"