2.1 Geschichte der Informatik


 

2.1.1 verschiedene Zahlensysteme:


 
 

 

 

2.1.2 Abakus

Der Abakus ist das älteste Rechengerät und seit ca. 6000 Jahren in Verwendung. In vielen Ländern sogar noch heute in Gebrauch. Als Väter der Algebra gelten die Araber und Inder. Sie waren Wegbereiter der maschinellen Rechen- technik.

 

 

2.1.6 John Napier (1550-1617)

John Napier erfand die Logarithmen und entwickelte mit den so genannten Napier-Knochen einen Rechenschieber.

"Napier-Knochen" = Rechenschieber

 

 

2.1.3 Wilhelm Schickard (1592-1635)

Schickard, geboren in Herrenberg, baute 1623 die erste Rechenmaschine mit Zehnerübertrag und sechsstelligen Zahlen. Sie funktionierte auf mechanischem Wege mittels ineinander greifender Zählräder für Addition und Subtraktion und kolonnenartigen Rechenstäben für die Multiplikation. Sie besaß zudem einen Zahlenspeicher.

Leider wurde sie im Dreißigjährigen Krieg zerstört. 1957 wurden sie mit Hilfe der wieder entdeckten Skizzen im Nachlass von Kepler nachgebaut.

   Entwurf Schickard's

Nachbildung
der Rechenmaschine

 

 

2.1.4 Blaise Pascal (1623-1662)

Pascal entwickelte eine Zweispezies-Rechenmaschine »Pascaline«, die mit Zehnerübertrag arbeitete.

 

 

2.1.5 Gottfried W. Leibniz (1646-1716)

Leibniz verbesserte die Pascal'sche Rechenmaschine und entwickelte eine Vierspezies-Rechenmaschine, die leider nicht zuverlässig arbeitete. Zur Multiplikation führte er die »Staffelwalze« ein.

 

2.1.7 Josef Maria Jaquard

Von Automation kann man erst seit der Industriellen Revolution (1750-1850) sprechen. Sie begann mit der Erfindung von  einem Webeautomaten, der für seine Webemuster Lochkarten verwendete(1801).

 


2.1.8 Charles Babbage (1792-1871)

Der Engländer Charles Babbage gilt als der Vater des Computers. Er erstellte ein Modell einer druckenden Differenz-Rechenmaschine, die »Difference Engine«. Diese Differenz-Methode war zur Lösung von Gleichungen gedacht.

1833 Versuch der Konstruktion einer »Analytical Engine«. Das Konzept war ein Programm gesteuerter Universalrechner mit »store« (Vorratskammer), »mill« (Rechenmühle) und »control« (Arbeitsaufsicht) zu bauen.
Sein Plan war, einen Rechner mit 1000 fünfzigstelligen Dezimalzahlen zu bauen. Aber wegen technischer und finanzieller Probleme musste Babbage das Projekt aufgeben. 1855 erst wurde sie dann von Scheutz realisiert.

 

 

2.1.9  Hermann Hollerith (1860-1929)

Elektrische Zähl- und
Registriermaschine von Hollerith

H.Hollerith am
Lochkartenrechner.

 Hermann Hollerith verbesserte die Lochkartentechnik, die damals vor allem bei der Volkszählung verwendet wurde. In der Telefonie (Informationsübertragung) entwickelte man Relais (elektromechanische Schalter), die auch in der Computertechnik verwendet wurde.

Relais


 

 

2.1.10 Alan Turing (1912-1954)

Turing beschrieb 1936 theoretisch das erste Mal einen Universalrechner, die später nach ihm benannte "Turing-Maschine".
Er entwickelte 1943 bei der Entschlüsselung des deutschen »Enigma«-Codes einen Computer »Colossus« mit.


Turings hypothetische Maschine

 

 

2.1.11 Konrad Zuse (1910-1995)

Konrad Zuse entwarf 1933 ein Konzept für einen Programm gesteuerten Universalrechner auf der Basis des Dualsystems und einfacher Schaltungen (UND, ODER, NICHT).
Er baute 1936 den ersten Computer mit Relais. 1938 entwickelte Zuse eine mechanische Rechen- maschine »Z1«, die auf binärer Basis lief. Die Maschine verarbeitete die Zahlen in Gleit- kommadarstellung, wobei die Schaltglieder zur Berechnung aus bistabilen Blechstreifen bestanden. »Z1« war aber noch nicht voll funktionsfähig.
Im Auftrag der Deutschen Luftfahrtindustrie sollte der »Z2« gebaut werden, der aber wegen Beginn des Krieges nicht fertig gestellt werden konnte.


Zuses erste mechanische Rechenmaschine »Z1«


Relaiscomputer von Zuse

Mit dem »Z3« realisierte Zuse 1941 den selben Bauplan wie bei dem »Z1«, aber mit Relais anstelle von mechanischen Schaltgliedern.


Technische Daten des »Z3«:

Merkmale des »Z3«:

1945 entwickelte Zuse den Programmiercode »Plankalkül«. Dieser war die erste künstliche Programmiersprache mit kombinatorischen Verknüpfungen und Maschinenunabhängigkeit.

 

2.1.12 Howard Aiken (1900-1973)

1944 entwickelte Aiken an der Harvard University in Zusammenarbeit mit IBM eine elektronische Rechenmaschine ASCC (Automatic Sequence Controlled Calculator), die »Mark I«.

Die Programmsteuerung funktionierte mittels Lochstreifen. Der Speicher war mechanisch durch Zählräder realisiert. Es fand eine dekadische Datenübertragung statt.
Seine Rechengeschwindigkeit betrug immerhin bei der Addition 0,3 sec und bei der Multiplikation 6 sec.
Wegen seiner Ausmaße (15m x 2,5m, 700.000 Einzelteile, 80km Leitungen, 400.000 Dollar Kosten) wurde die Maschine auch das "Monstrum von Cambridge" genannt. Sie enthielt mehr Relais als Zuses »Z3«!

 

2.1.13 John von Neumann (1903-1957)

Von Neumann entwickelte 1949 eine theoretische Rechenmaschine, das "von-Neumann-Prinzip". Seine Rechnerarchitektur stellt bis heute das am weitesten verbreitetste Rechnerprinzip dar.
Seine Hauptbestandteile sind die fünf Funktionseinheiten Steuerwerk, Rechenwerk, Speicher, Eingabewerk und Ausgabewerk.

 

Aufbau eines "von-Neumann-Rechners" mit seinen Einheiten

Die wichtigsten Merkmale eines "von-Neumann-Rechners":

  1. Die Struktur ist unabhängig von dem zu bearbeitenden Problem.

  2. Zur Lösung eines Problems muss von außen ein Programm eingegeben und im Speicher abgelegt werden.

  3. Befehle und Daten (auch Zwischen- und Endergebnisse) werden im selben Speicher abgelegt.

  4. Der Speicher ist in gleich große Zellen unterteilt, die fortlaufend durchnummeriert sind.

  5. Über die Nummer (Adresse) kann auf den Speicherinhalt zugegriffen werden.

  6. Aufeinanderfolgende Befehle eines Programms werden in aufeinander folgenden Speicherzellen abgelegt.

  7. Das Ansprechen des nächsten Befehls geschieht durch Erhöhung der Befehlsadresse um Eins.

  8. Nur durch Sprungbefehle kann von der Bearbeitung der Befehlsreihenfolge abgewichen werden.

  9. Alle Daten und Befehle werden zur Verarbeitung binär kodiert.

 

 

2.1.14 John W. Mauchly (1907-1980) / J.P. Eckert

Mauchly baute 1946 mit Eckert an der Universität von Pennsylvania einen schnellen Rechenautomaten für spezielle wissenschaftliche Berechnungen. Es handelte sich dabei um den »ENIAC« (Elektronic Numerical Integrator and Calculator).

Er war die erste arbeitsfähige Großrechenanlage, deren Schaltelemente ausschließlich aus Elektronenröhren (18.000 Stück) bestanden. Zur Darstellung einer einzigen Dezimalstelle benötigte er schon 20 Röhren.
Der »ENIAC« zeigte in Design und Struktur eine gewisse Verwandtschaft mit Aikens »MARK I«.

»ENIAC«, der erste arbeitsfähige digitale Röhrencomputer

 

Eine Addition dauerte jetzt nur noch 200 Mikrosekunden, die Multiplikation zweier zehnstelliger Zahlen nahm lediglich 2,8 Millisekunden in Anspruch. Seine Grundfläche nahm 140 m² ein und hatte eine Leistungsaufnahme von 170 Kilowatt. Die Entwicklungskosten verschlangen 500.000 Dollar.

Die Rechengeschwindigkeit des »ENIAC« schnellte gegenüber elektromechanischen Relaisrechnern um mehr als das Zweitausendfache nach oben.

Die beiden Amerikaner Eckert und Mauchly bauten den ersten Computer in Röhrenbauweise, doch erst John von Neumann und die Halbleitertechnik brachten einen durchschlagenden Erfolg in der  Computertechnik.

2.1.15 weitere alte Rechner