Weitere Artikel der Reihe:
- Die Geschichte der Relais
- Die Geschichte der elektronischen Computer
- Die Geschichte des Transistors
- Die Geschichte des Internets
Wie bereits erwĂ€hnt, , suchten Radio- und Telefoningenieure nach leistungsfĂ€higeren VerstĂ€rkern und eröffneten ein neuesTechnologiefeld, das schnell als Elektronik bekannt wurde. Elektronische VerstĂ€rker konnten leicht in digitale Schalter umgewandelt werden, die mit einer viel höheren Geschwindigkeit arbeiteten als ihre elektromechanischen Verwandten â die Telefonrelais. Dank des Fehlens mechanischer Teile konnten elektronische Röhren innerhalb von Mikrosekunden oder sogar noch schneller ein- und ausgeschaltet werden, im Gegensatz zu den Dutzenden Millisekunden oder mehr, die Relais benötigten.
Von 1939 bis 1945 wurden auf Basis dieser neuen elektronischen Komponenten drei Computer gebaut. Die Bauzeiten fallen nicht zufĂ€llig in die Zeit des Zweiten Weltkriegs. Dieser Konflikt, der in der Geschichte seinesgleichen sucht, als er die Menschen in das Joch der Kriegsmaschinerie zwang, verĂ€nderte fĂŒr immer die Beziehungen zwischen den Staaten sowie zwischen Wissenschaft und Technik und brachte eine FĂŒlle neuer GerĂ€te in die Welt.
Die Geschichten der drei ersten Computer sind untrennbar mit dem Krieg verbunden. Der erste war der EntschlĂŒsselung deutscher Nachrichten gewidmet und blieb bis in die 1970er Jahre geheim, als er nur noch von historischem Interesse war. Der zweite, von dem die meisten Leser wahrscheinlich gehört haben, war der ENIAC, ein militĂ€rischer Rechner, der zu spĂ€t fertiggestellt wurde, um im Krieg hilfreich zu sein. Doch hier betrachten wir die frĂŒheste dieser drei Maschinen, das Meisterwerk .
Atanasoff
Im Jahr 1930 erfĂŒllte Atanasoff, der in Amerika als Sohn eines Emigranten aus , endlich seinen Jugendtraum und wurde theoretischer Physiker. Doch wie bei den meisten Ă€hnlichen Bestrebungen stellte sich die RealitĂ€t als anders heraus, als er erwartet hatte. Insbesondere musste Atanasoff, wie die meisten Ingenieur- und Physikstudierenden der ersten HĂ€lfte des 20. Jahrhunderts, die mĂŒhsamen Anforderungen stĂ€ndiger Berechnungen ertragen. Seine Dissertation an der UniversitĂ€t Wisconsin ĂŒber die Polarisation von Helium erforderte acht Wochen lang mĂŒhsame Berechnungen mit einem mechanischen Tischrechner.
John Atanasoff in seiner Jugend
Bis 1935 hatte Atanasoff bereits eine Professur an der Iowa State University inne und beschloss, etwas gegen diese Last zu unternehmen. Er begann, mögliche Wege zum Bau einer neuen, leistungsstĂ€rkeren Rechenmaschine zu skizzieren. Analogmethoden wie den Differentialanalysator des MIT wies er aufgrund ihrer Limitationen und Ungenauigkeiten zurĂŒck. Stattdessen entschied er sich, eine digitale Maschine zu entwickeln, die mit Zahlen als diskrete Werte und nicht als kontinuierliche Messungen arbeitet. Schon in seiner Jugend hatte er mit dem BinĂ€rsystem vertraut gemacht und wusste, dass es sich viel besser fĂŒr die Struktur von Ein-/Ausschaltern eignet als die gewohnten Dezimalzahlen. Daher entschied er sich, eine binĂ€re Maschine zu bauen. SchlieĂlich kam er zu dem Schluss, dass sie am schnellsten und flexibelsten sein mĂŒsste, wenn sie elektronisch wĂ€re und elektronische Röhren fĂŒr die Berechnungen nutzt.
Atanasov musste sich auch ĂŒber den Aufgabenbereich im Klaren sein â fĂŒr welche genau Berechnungen sollte sein Computer geeignet sein? Letztendlich entschied er, dass er sich mit der Lösung von linearen Gleichungssystemen beschĂ€ftigen wĂŒrde, indem er sie auf eine einzige Variable reduzierte (mithilfe von ) â dieselben Berechnungen, die auch in seiner Dissertation vorkamen. Er wollte bis zu dreiĂig Gleichungen und bis zu dreiĂig Variablen in jedem System unterstĂŒtzen. Ein solcher Computer könnte wichtige Aufgaben fĂŒr Wissenschaftler und Ingenieure lösen, ohne dabei ĂŒbermĂ€Ăig komplex zu sein.
Ein Kunstwerk
Bis Mitte der 1930er Jahre hatte die Elektroniktechnologie im Vergleich zu ihren AnfĂ€ngen vor 25 Jahren eine bemerkenswerte Vielfalt erreicht. Zwei Entwicklungen waren besonders gut fĂŒr das Projekt von Atanasov geeignet: das Relais-Flipflop und der elektronische ZĂ€hler.
Seit dem 19. Jahrhundert verfĂŒgten Ingenieure fĂŒr Telegraphie und Telefonie ĂŒber ein praktisches GerĂ€t namens Schalter. Ein Schalter ist ein bistabiles Relais, das Permanentmagnete verwendet, um in dem Zustand zu verbleiben, in dem Sie ihn gelassen haben â entweder offen oder geschlossen â bis es ein elektrisches Signal zum Umschalten erhĂ€lt. Elektronenröhren waren dafĂŒr jedoch nicht geeignet. Sie hatten kein mechanisches Element und konnten âoffenâ oder âgeschlossenâ sein, solange der Strom durch die Schaltung floss oder nicht floĂ. Im Jahr 1918 verbanden die beiden britischen Physiker William Eccles und Frank Jordan zwei Röhren so, dass ein âTrigger-Relaisâ entstand â ein elektronisches Relais, das nach dem anfĂ€nglichen Impuls dauerhaft eingeschaltet bleibt. Eccles und Jordan entwickelten ihr System fĂŒr Telekommunikationszwecke fĂŒr das britische Admiralty gegen Ende des Ersten Weltkriegs. Der von Eccles und Jordan entworfene Schaltkreis, der spĂ€ter als Flip-Flop bekannt wurde, kann auch als Speichermedium fĂŒr eine BinĂ€rziffer betrachtet werden â 1, wenn das Signal ĂŒbertragen wird, und 0 in anderen FĂ€llen. Auf diese Weise können n Flip-Flops eine BinĂ€rzahl mit n Stellen darstellen.
Zehn Jahre nach dem Trigger kam es zu einem weiteren signifikanten Durchbruch in der Elektronik, der die Welt des Rechnens beeinflusste: elektronische ZĂ€hler. Und erneut, wie es oft in der frĂŒhen Geschichte des Rechnens der Fall war, wurde Langeweile zur Mutter der Erfindung. Physiker, die die Strahlung subatomarer Teilchen untersuchten, mussten entweder Klicks hören oder stundenlang fotografische Aufzeichnungen studieren, um die Anzahl der Entdeckungen zu zĂ€hlen und die Strahlungsgeschwindigkeit von Teilchen durch verschiedene Substanzen zu messen. Mechanische oder elektromechanische ZĂ€hler waren eine verlockende Möglichkeit, diese Aufgaben zu erleichtern, jedoch bewegten sie sich zu langsam: Sie konnten nicht eine Vielzahl von Ereignissen registrieren, die mit Millisekundenunterschieden auftraten.
Eine SchlĂŒsselperson bei der Lösung dieses Problems war , der unter Ernest Rutherfords Leitung im Cavendish-Labor in Cambridge arbeitete. Wynn-Williams hatte ein ausgeprĂ€gtes Geschick im Umgang mit Elektronik und verwendete bereits Lampen (oder Ventile, wie sie in GroĂbritannien genannt wurden), um VerstĂ€rker zu erstellen, mit denen man die Ereignisse an den Teilchen hören konnte. Anfang der 1930er Jahre erkannte er, dass Ventile zur Erstellung eines ZĂ€hlers verwendet werden konnten, den er âDual-scale Counterâ nannte â sprich, einen binĂ€ren ZĂ€hler. Im Wesentlichen handelte es sich um eine Anordnung von Triggern, die in der Lage waren, Schaltungen ĂŒber eine Kette weiterzuleiten (in der Praxis verwendete er , eine Art von Lampen, die kein Vakuum, sondern Gas enthalten, das nach vollstĂ€ndiger Ionisierung des Gases eingeschaltet bleiben konnte).
Der Wynn-Williams-ZĂ€hler wurde schnell zu einem unverzichtbaren LaborgerĂ€t fĂŒr alle, die sich mit Teilchenphysik beschĂ€ftigten. Physiker bauten sehr kleine ZĂ€hler, die oft drei Stellen enthielten (also bis sieben zĂ€hlen konnten). fĂŒr langsame mechanische ZĂ€hler und zur Aufzeichnung von Ereignissen, die schneller eintreten, als der ZĂ€hler mit langsam beweglichen mechanischen Teilen sie registrieren könnte.
Theoretisch hĂ€tten solche ZĂ€hler auf Zahlen beliebiger GröĂe oder Genauigkeit erweitert werden können. Sie waren, streng genommen, die ersten digitalen elektronischen Rechenmaschinen.
Der Computer von Atanasoff-Berry
Atanasoff kannte diese Geschichte, die ihn von der Möglichkeit ĂŒberzeugte, einen elektronischen Computer zu bauen. Doch er verwendete keine binĂ€ren ZĂ€hler oder Flip-Flops. ZunĂ€chst versuchte er, leicht modifizierte ZĂ€hler als Grundlage seines Zahlensystems zu nutzen â denn was ist Addition anderes als wiederholtes ZĂ€hlen? Aus irgendeinem Grund gelang es ihm jedoch nicht, die ZĂ€hlkreise ausreichend zuverlĂ€ssig zu gestalten, weshalb er seine eigenen Schaltungen fĂŒr Addition und Multiplikation entwickeln musste. Er konnte Flip-Flops nicht fĂŒr die temporĂ€re Speicherung binĂ€rer Zahlen verwenden, da sein Budget begrenzt war und er sich eine ehrgeizige Zielvorgabe setzte, dreiĂig Koeffizienten gleichzeitig zu speichern. Wie wir gleich sehen werden, hatte diese Situation schwerwiegende Folgen.
Bis 1939 hatte Atanasoff mit dem Entwurf seines Computers abgeschlossen. Nun benötigte er eine Person mit den passenden Kenntnissen fĂŒr den Bau. Er fand einen solchen Mann in Clifford Berry, einem Absolventen des Ingenieurprogramms am Iowa State Institute. Bis Ende des Jahres hatten Atanasoff und Berry einen kleinen Prototypen gebaut. Im folgenden Jahr vollendeten sie die vollstĂ€ndige Version des Computers mit dreiĂig Koeffizienten. In den 1960er Jahren, als ein Autor ihre Geschichte aufdeckte, nannte er ihn den Atanasoff-Berry-Computer (ABC), und dieser Name setzte sich durch. Allerdings konnten nicht alle MĂ€ngel behoben werden. Insbesondere gab der ABC einen Fehler von etwa einem binĂ€ren Ziffern pro 10.000 zurĂŒck, was fĂŒr groĂe Berechnungen fatal gewesen wĂ€re.
Clifford Berry und der ABC im Jahr 1942
Dennoch kann man in Atanasoff und seinem ABC die Wurzeln und die Quelle aller modernen Computer finden. Hat er (mit der gekonnten Hilfe von Berry) nicht den ersten binÀren elektronischen Digitalcomputer geschaffen? Sind dies nicht die grundlegenden Merkmale von Milliarden von GerÀten, die die Wirtschaft, die Gesellschaft und die Kultur weltweit formen und steuern?
Aber lassen Sie uns zurĂŒckblicken. Die Begriffe digital und binĂ€r sind nicht das exklusive Gebiet von ABC. Zum Beispiel war der Bell-Komplexzahlencomputer (Bell Complex Number Computer, CNC), der etwa zur gleichen Zeit entwickelt wurde, ein digitaler, binĂ€rer, elektromechanischer Computer, der in der Lage war, Berechnungen in der komplexen Ebene durchzufĂŒhren. Sowohl ABC als auch CNC hatten gemeinsam, dass sie Probleme in einem begrenzten Bereich lösten und im Gegensatz zu modernen Computern keine beliebige Sequenz von Anweisungen akzeptieren konnten.
Bleibt noch der Begriff âelektronischâ. Obwohl die mathematischen Innereien von ABC elektronisch waren, arbeiteten sie auf elektromechanischen Geschwindigkeiten. Da Atanasoff und Berry aus finanziellen GrĂŒnden keine Elektronenröhren zum Speichern von Tausenden von binĂ€ren Ziffern verwenden konnten, setzten sie elektromechanische Komponenten ein. Mehrere Hundert Trioden, die grundlegende mathematische Berechnungen durchfĂŒhrten, waren von rotierenden Trommeln und summenden Lochkartenmaschinen umgeben, in denen die zwischenzeitlichen Werte aller Berechnungsschritte gespeichert wurden.
Atanasov und Berry leisteten eine beeindruckende Arbeit, indem sie Daten mit enormer Geschwindigkeit auf Lochkarten lasen und schrieben, indem sie diese elektrisch durchbrannten, anstatt die Löcher mechanisch zu stanzen. Dies fĂŒhrte jedoch zu eigenen Problemen: Genau der Brenner war verantwortlich fĂŒr einen Fehler pro zehntausend Zahlen. DarĂŒber hinaus konnte die Maschine selbst bei gröĂtem Einsatz nicht schneller als eine Zeile pro Sekunde "bearbeiten", was bedeutete, dass ABC nur eine Berechnung pro Sekunde fĂŒr jedes der dreiĂig arithmetischen GerĂ€te durchfĂŒhren konnte. Die restliche Zeit saĂen die Elektronenröhren untĂ€tig da und konnten sich nicht zurĂŒckhalten, wĂ€hrend die gesamte Maschine quĂ€lend langsam um sie herum drehte. Atanasov und Berry schnallten ein edles Pferd an eine Heuwagen. (Der Projektleiter fĂŒr die Rekonstruktion von ABC in den 1990er Jahren schĂ€tzte die maximale Geschwindigkeit der Maschine, einschlieĂlich aller Zeitverluste, die durch die Operatorarbeit zur Aufgabenstellung verursacht wurden, auf fĂŒnf Additionen oder Subtraktionen pro Sekunde. Das ist, natĂŒrlich, schneller als ein menschlicher Rechner, jedoch nicht die Geschwindigkeit, die wir mit elektronischen Computern verbinden.)
Das ABC-Schema. Die Trommeln speicherten temporÀre Eingaben und Ausgaben auf Kondensatoren. Die Thyratron-Schaltung zur Durchstechung von Karten und der Kartenleser zeichneten die Ergebnisse eines gesamten Schrittes des Algorithmus auf (indem sie eine der Variablen aus dem Gleichungssystem entfernten).
Die Arbeiten am ABC kamen Mitte 1942 zum Stillstand, als Atanasoff und Berry in die schnell wachsende US-MilitĂ€rmaschinerie eintraten, wo nicht nur Körper, sondern auch Köpfe benötigt wurden. Atanasoff wurde in das Marine Artillerie-Labor in Washington berufen, um ein Team zu leiten, das akustische Minen entwickelte. Berry heiratete Atanasoffs SekretĂ€rin und fand eine Stelle in einer kalifornischen Firma, die militĂ€rische VertrĂ€ge hatte, um dem Wehrdienst zu entkommen. Atanasoff versuchte eine Zeit lang, seine Erfindung im Bundesstaat Iowa patentieren zu lassen, jedoch ohne Erfolg. Nach dem Krieg wandte er sich anderen Dingen zu und beschĂ€ftigte sich nie wieder ernsthaft mit Computern. Der Computer selbst wurde 1948 auf die MĂŒlldeponie geschickt, um im BĂŒro Platz fĂŒr einen neuen Absolventen des Instituts zu schaffen.
Möglicherweise hat Atanasov einfach zu frĂŒh mit der Arbeit begonnen. Er stĂŒtzte sich auf bescheidene UniversitĂ€tsstipendien und konnte nur ein paar tausend Dollar fĂŒr die Entwicklung von ABC ausgeben, sodass Sparsamkeit alle anderen Probleme in seinem Projekt ĂŒberlagerte. HĂ€tte er bis Anfang der 1940er Jahre gewartet, hĂ€tte er vielleicht einen staatlichen Zuschuss fĂŒr ein voll funktionsfĂ€higes elektronisches GerĂ€t erhalten. In diesem Zustand â mit eingeschrĂ€nkter Anwendung, komplizierter Steuerung, unzuverlĂ€ssig und nicht sehr schnell â wurde ABC nicht zu einer vielversprechenden Werbung fĂŒr die Vorteile elektronischer Berechnungen. Die amerikanische MilitĂ€rmaschinerie lieĂ ABC, trotz des gesamten Bedarfs an Berechnungen, in der Stadt Ames, Iowa, verrosten.
Kriegstechnologien
Der Erste Weltkrieg schuf ein System massiver Investitionen in Wissenschaft und Technologie, das sich auf den Zweiten Weltkrieg vorbereitete. Nur wenige Jahre nach Beginn der Konflikte fanden in der KriegsfĂŒhrung an Land und auf See der Einsatz von chemischen Waffen, Magnetminen, LuftaufklĂ€rung und Bombardierungen statt. Kein politischer oder militĂ€rischer FĂŒhrer konnte diese rasanten VerĂ€nderungen ignorieren. Sie waren so schnell, dass frĂŒhzeitige Forschungen das KrĂ€fteverhĂ€ltnis entscheidend beeinflussen konnten.
In den USA standen ausreichend Materialien und Köpfe zur VerfĂŒgung (viele von ihnen waren aus dem nationalsozialistischen Deutschland geflohen), und das Land war von den unmittelbaren KĂ€mpfen um Ăberleben und Dominanz, die andere LĂ€nder betrafen, weitgehend abgekoppelt. Dadurch konnte die Nation diese Lektion besonders klar lernen. Dies zeigte sich darin, dass umfangreiche industrielle und intellektuelle Ressourcen fĂŒr die Entwicklung der ersten Atomwaffen eingesetzt wurden. Eine weniger bekannte, aber ebenso wichtige und umfassende Investition war die Entwicklung der Radartechnologie, deren Zentrum im Rad Lab des MIT angesiedelt war.
So erhielt auch der aufkommende Bereich der automatischen Berechnungen einen Teil der militĂ€rischen Finanzierung, wenn auch in deutlich kleinerem Umfang. Wir hatten bereits die Vielfalt elektromechanischer Rechenprojekte erwĂ€hnt, die aus dem Krieg hervorgegangen sind. Das Potenzial von Relais-basierten Computern war, relativ gesprochen, bekannt, da telefonische Vermittlungsstellen mit Tausenden von Relais bereits seit vielen Jahren in Betrieb waren. Elektronische Komponenten hatten sich in diesen MaĂstĂ€ben noch nicht bewĂ€hrt. Die meisten Experten waren der Ansicht, dass elektronische Computer unvermeidlich unzuverlĂ€ssig sein wĂŒrden (ABC war ein Beispiel dafĂŒr), oder dass der Bau zu viel Zeit in Anspruch nehmen wĂŒrde. Trotz des plötzlichen Zuflusses öffentlicher Gelder gab es nur wenige militĂ€rische Projekte im Bereich der elektronischen Berechnungen, und diese waren selten. Es wurden insgesamt nur drei gestartet, und nur zwei davon fĂŒhrten zur Entwicklung funktionierender Maschinen.
In Deutschland bewies der Telekommunikationsingenieur Helmut Schreier seinem Freund Konrad Zuse den Wert einer elektronischen Maschine im Vergleich zur elektromechanischen âV3â, die Zuse fĂŒr die Luftfahrtindustrie baute (spĂ€ter bekannt als Z3). Letztendlich stimmte Zuse zu, an einem zweiten Projekt zusammen mit Schreier zu arbeiten, und das Forschungsinstitut fĂŒr Luftfahrt bot Ende 1941 finanzielle UnterstĂŒtzung fĂŒr einen Prototyp mit 100 Röhren an. Doch zunĂ€chst widmeten sich die beiden MĂ€nner dringenderen militĂ€rischen Arbeiten, und spĂ€ter wurde ihre Arbeit durch bombenbedingte SchĂ€den stark behindert, sodass sie ihre Maschine schlieĂlich nicht zuverlĂ€ssig zum Laufen bringen konnten.
Zuse (rechts) und Schreier (links) arbeiten an einem elektromechanischen Computer in der Berliner Wohnung von Zuses Eltern.
Der erste elektronische Computer, der nĂŒtzliche Arbeit verrichtete, wurde in einem geheimen Labor in GroĂbritannien entwickelt, wo ein Telekommunikationsingenieur einen neuen, radikalen Ansatz zur Kryptoanalyse mit Hilfe von Ventilen vorschlug. Diese Geschichte werden wir beim nĂ€chsten Mal enthĂŒllen.
Weitere LektĂŒre:
âą Alice R. Burks und Arthur W. Burks, Der erste elektronische Computer: Die Geschichte von Atansoff (1988)
âą David Ritchie, Die Computer-Pioniere (1986)
âą Jane Smiley, Der Mann, der den Computer erfand (2010)
Quelle: habr.com
