Weitere Artikel der Reihe:
- Die Geschichte des Relais
- Die Geschichte der elektronischen Computer
- Die Geschichte des Transistors
- Die Geschichte des Internets
Wie wir gesehen haben in , entdeckten Radio- und Telefoningenieure auf der Suche nach leistungsstĂ€rkeren VerstĂ€rkern ein neues technisches Feld, das schnell als Elektronik bezeichnet wurde. Der elektronische VerstĂ€rker konnte leicht in einen digitalen Schalter umgewandelt werden, der mit viel höherer Geschwindigkeit arbeitete als sein elektromechanischer Verwandter â das Telefonrelais. Dank des Fehlens mechanischer Teile konnte die Elektronenröhre in Mikrosekunden oder sogar schneller ein- und ausgeschaltet werden, anstelle der zehntausend Millisekunden oder mehr, die das Relais benötigte.
Von 1939 bis 1945 wurden auf der Grundlage dieser neuen elektronischen Komponenten drei Computer entwickelt. Die Daten ihrer Konstruktion fallen nicht zufĂ€llig in die Zeit des Zweiten Weltkriegs. Dieser Konflikt â ohnegleichen in der Geschichte in der Art, wie er die Menschheit in das Joch der Kriegswagen spannte â verĂ€nderte fĂŒr immer die Beziehungen sowohl zwischen Staaten als auch zwischen Wissenschaft und Technologie und brachte eine Vielzahl neuer GerĂ€te in die Welt.
Die Geschichten der drei ersten elektronischen Computer sind mit dem Krieg verwoben. Der erste war der EntschlĂŒsselung deutscher Nachrichten gewidmet und blieb bis in die 1970er Jahre unter Geheimhaltung, als er kein Interesse mehr weckte, auĂer von historischer Bedeutung. Der zweite, von dem die meisten Leser gehört haben sollten, war der ENIAC, ein militĂ€rischer Rechner, der zu spĂ€t fertiggestellt wurde, um wĂ€hrend des Krieges hilfreich zu sein. Aber hier betrachten wir die frĂŒheste dieser drei Maschinen, das Werk von .
Atanasoff
Im Jahr 1930 verwirklichte Atanasoff, der als Sohn eines Emigranten aus , endlich seinen Jugendtraum und wurde theoretischer Physiker. Doch wie bei den meisten solcher Bestrebungen war die RealitĂ€t nicht das, was er erwartet hatte. Insbesondere musste Atanasoff, wie die meisten Ingenieur- und Physikstudenten der ersten HĂ€lfte des 20. Jahrhunderts, unter den quĂ€lenden MĂŒhen stĂ€ndiger Berechnungen leiden. Seine Dissertation an der UniversitĂ€t Wisconsin zur Polarisation von Helium erforderte acht Wochen mĂŒhsamer Berechnungen mit einem mechanischen Taschenrechner.
John Atanasoff in seiner Jugend
Bis zum Jahr 1935, als er bereits die Position eines Professors an der UniversitĂ€t von Iowa innehatte, beschloss Atanasoff, etwas mit dieser Last zu unternehmen. Er begann, mögliche Wege zum Bau einer neuen, leistungsstĂ€rkeren Rechenmaschine zu erörtern. Nachdem er analoge Methoden (wie den Differenzialanalysator des MIT) aufgrund ihrer Begrenztheit und Ungenauigkeit verworfen hatte, entschied er sich, eine digitale Maschine zu bauen, die mit Zahlen als diskreten Werten und nicht als kontinuierlichen Messungen arbeitete. Seit seiner Jugend war er mit dem binĂ€ren Zahlensystem vertraut und wusste, dass es viel besser auf die Struktur eines Ein/Aus-Schalters passt als die ĂŒblichen Dezimalzahlen. Daher entschied er sich, eine binĂ€re Maschine zu bauen. Und schlieĂlich entschied er, dass sie, um so schnell und flexibel wie möglich zu sein, elektronisch sein und Elektronenröhren fĂŒr die Berechnungen verwenden sollte.
Atanasoff musste sich auch ĂŒber den Aufgabenbereich im Klaren werden â fĂŒr welche Berechnungen sollte sein Computer geeignet sein? SchlieĂlich beschloss er, sich mit der Lösung von Systemen linearer Gleichungen zu beschĂ€ftigen, indem er sie auf eine einzige Variable zurĂŒckfĂŒhrte (mithilfe von ) â den gleichen Berechnungen, die in seiner Dissertation vorherrschten. Er wĂŒrde bis zu dreiĂig Gleichungen und bis zu dreiĂig Variablen in jeder einzelnen unterstĂŒtzen. Ein solcher Computer könnte wichtige Aufgaben fĂŒr Wissenschaftler und Ingenieure lösen und wĂ€re dabei nicht ĂŒbermĂ€Ăig komplex.
Kunstwerk
Bis zum Ende der 1930er Jahre hatte die Elektroniktechnologie im Vergleich zu ihren UrsprĂŒngen vor 25 Jahren eine bemerkenswerte Vielfalt erreicht. Zwei Entwicklungen passten besonders gut zu Atanasoffs Projekt: das Relais-Flip-Flop und der elektronische ZĂ€hler.
Seit dem 19. Jahrhundert hatten Ingenieure von Telegraphen und Telefonen ein praktisches GerĂ€t namens Schalter zur VerfĂŒgung. Ein Schalter ist ein bistabiles Relais, das Permanente Magnete verwendet, um es in dem Zustand zu halten, in dem Sie es gelassen haben â offen oder geschlossen â bis es ein elektrisches Signal zum Wechseln der ZustĂ€nde erhĂ€lt. Aber Elektronenröhren konnten das nicht. Sie hatten kein mechanisches Element und konnten âoffenâ oder âgeschlossenâ sein, solange der Strom im Kreis floss oder nicht floss. Im Jahr 1918 verbanden zwei britische Physiker, William Eccles und Frank Jordan, zwei Lampen so, dass sie ein âRelais-Triggerâ erhielten â ein elektronisches Relais, das stĂ€ndig eingeschaltet bleibt, nachdem es durch einen Anfangsimpuls aktiviert wurde. Eccles und Jordan schufen ihr System fĂŒr Telekommunikationszwecke fĂŒr das britische Admiralitati im Ende des Ersten Weltkrieges. Aber der spĂ€ter als Trigger [engl. flip-flop] bekannt gewordene Circuit von Eccles und Jordan konnte auch als ein SpeichergerĂ€t fĂŒr eine binĂ€re Ziffer betrachtet werden â 1, wenn ein Signal gesendet wird, und 0 in anderem Fall. Auf diese Weise konnten durch n Trigger binĂ€re Zahlen mit n Ziffern dargestellt werden.
Zehn Jahre nach dem Trigger gab es einen weiteren bedeutenden Durchbruch in der Elektronik, der die Welt der Berechnungen erreichte: elektronische ZĂ€hler. Und wieder einmal, wie oft in der frĂŒhen Geschichte der Berechnungen, wurde Langeweile zur Mutter der Erfindungen. Physiker, die die Strahlung von subatomaren Teilchen untersuchten, mussten entweder auf Klicks hören oder stundenlang fotografische Aufzeichnungen studieren und die Anzahl der Feststellungen zĂ€hlen, um die Geschwindigkeit der Strahlung von Teilchen durch verschiedene Substanzen zu messen. Mechanische oder elektromechanische ZĂ€hler boten eine verlockende Möglichkeit, diese VorgĂ€nge zu erleichtern, aber sie bewegten sich zu langsam: Sie konnten nicht eine Vielzahl von Ereignissen registrieren, die mit Millisekundenunterschied auftraten.
Eine SchlĂŒsselperson in der Lösung dieses Problems war , der unter der Leitung von Ernest Rutherford im Cavendish-Labor in Cambridge arbeitete. Wynn-Williams war geschickt im Umgang mit Elektronik und hatte bereits Röhren (oder Ventile, wie sie in GroĂbritannien genannt werden) verwendet, um VerstĂ€rker zu schaffen, mit denen man die Ereignisse um die Partikel herum hören konnte. Zu Beginn der 1930er Jahre erkannte er, dass Ventile zur Konstruktion eines ZĂ€hlers verwendet werden konnten, den er als âZĂ€hler mit binĂ€rer Skalaâ bezeichnete â also einen binĂ€ren ZĂ€hler. Im Grunde genommen war dies eine Reihe von Triggern, die SchaltvorgĂ€nge nach oben in der Kette ĂŒbertragen konnten (in der Praxis verwendete er , eine Art von Röhren, die anstelle eines Vakuums ein Gas enthielten, das im eingeschalteten Zustand bleiben konnte, nachdem das Gas vollstĂ€ndig ionisiert war).
Der ZĂ€hler von Wynn-Williams 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 in der Lage waren, bis sieben zu zĂ€hlen). fĂŒr langsam arbeitende mechanische ZĂ€hler zu schaffen und um Ereignisse aufzuzeichnen, die schneller geschahen, als sie von ZĂ€hlern mit langsam beweglichen mechanischen Teilen registriert werden konnten.
In der Theorie konnten solche ZĂ€hler jedoch auf Zahlen beliebiger GröĂe oder Genauigkeit erweitert werden. Streng genommen waren dies die ersten digitalen elektronischen ZĂ€hlmaschinen.
Der Computer von Atanasoff-Berry
Atanasoff kannte diese Geschichte, was ihn von der Möglichkeit ĂŒberzeugte, einen elektronischen Computer zu bauen. Er verwendete jedoch keine binĂ€ren ZĂ€hler oder Trigger. ZunĂ€chst versuchte er, leicht modifizierte ZĂ€hler als Grundlage fĂŒr das ZĂ€hlsystem zu verwenden â denn was ist Addition anderes als wiederholtes ZĂ€hlen? Aus irgendeinem Grund konnte er jedoch die ZĂ€hlschaltungen nicht zuverlĂ€ssig genug machen, sodass er seine eigenen Schaltungen fĂŒr Addition und Multiplikation entwickeln musste. Er konnte keine Trigger zur temporĂ€ren Speicherung binĂ€rer Zahlen verwenden, da sein Budget begrenzt war und das ambitionierte Ziel festgelegt wurde, gleichzeitig dreiĂig Koeffizienten zu speichern. Wie wir bald sehen werden, hatte diese Situation ernste Folgen.
Bis 1939 hatte Atanasoff mit dem Entwurf seines Computers abgeschlossen. Nun benötigte er jemanden mit den passenden Kenntnissen fĂŒr den Bau. Er fand diese Person in dem Absolventen der Ingenieurausbildung des Iowa State Institute, Clifford Berry. Bis zum Ende des Jahres hatten Atanasoff und Berry einen kleinen Prototyp gebaut. Im folgenden Jahr vollendeten sie die vollstĂ€ndige Version des Computers mit dreiĂig Koeffizienten. In den 1960er Jahren nannte ein Schriftsteller, der ihre Geschichte aufdeckte, ihn Atanasoff-Berry Computer (ABC), und dieser Name blieb haften. Allerdings konnten nicht alle MĂ€ngel behoben werden. Insbesondere gab das ABC einen Fehler von etwa einem binĂ€ren Ziffer auf 10.000, was bei jeder gröĂeren Berechnung fatal gewesen wĂ€re.
Clifford Berry und ABC im Jahr 1942
Dennoch kann man in Atanasoff und seinem ABC die Wurzeln und die Quelle aller modernen Computer finden. Hat er nicht (mit der geschickten Hilfe von Berry) den ersten binÀren elektronischen Digitalcomputer geschaffen? Sind dies nicht die wesentlichen Merkmale von Milliarden von GerÀten, die die Wirtschaft, Gesellschaft und Kultur weltweit formen und steuern?
Kommen wir jedoch zurĂŒck. Die Adjektive digital und binĂ€r sind nicht das Vorrecht des ABC. Zum Beispiel war der Bell Complex Number Computer (CNC), der etwa zur gleichen Zeit entwickelt wurde, ein digitaler, binĂ€rer, elektromechanischer Computer, der in der Lage war, Berechnungen auf der komplexen Ebene durchzufĂŒhren. Sowohl ABC als auch CNC waren insofern Ă€hnlich, als sie Probleme in einem begrenzten Bereich lösten und im Gegensatz zu modernen Computern keine beliebige Folge von Anweisungen akzeptieren konnten.
Bleibt das âelektronischâ. Aber obwohl die mathematische Innereien des ABC elektronisch waren, arbeitete er mit elektromechanischen Geschwindigkeiten. Da Atanasoff und Berry aus finanziellen GrĂŒnden keine elektronischen Röhren zur Speicherung von Tausenden binĂ€ren Ziffern verwenden konnten, griffen sie auf elektromechanische Komponenten zurĂŒck. Mehrere Hundert Trioden, die grundlegende mathematische Berechnungen durchfĂŒhrten, waren von rotierenden Trommeln und summenden Lochkartenmaschinen umgeben, in denen die Zwischenwerte aller Berechnungsschritte gespeichert wurden.
Atanasov und Berry leisteten Heldentaten, indem sie Daten mit enormer Geschwindigkeit auf Lochkarten lasen und schrieben, indem sie sie mit ElektrizitĂ€t durchbrannten, anstatt sie mechanisch zu lochen. Doch dies fĂŒhrte zu eigenen Problemen: Das GerĂ€t zum Durchbrennen war verantwortlich fĂŒr einen Fehler auf 10.000 Zahlen. DarĂŒber hinaus konnte die Maschine, selbst bei gröĂtem Aufwand, nicht schneller als eine Zeile pro Sekunde bearbeiten, weshalb ABC nur eine Berechnung pro Sekunde mit jeder der dreiĂig arithmetischen Einheiten durchfĂŒhren konnte. In der verbleibenden Zeit saĂen die elektronischen Röhren untĂ€tig âmit den Fingern auf dem Tisch trommelndâ da, wĂ€hrend die gesamte Maschine quĂ€lend langsam um sie herumrotierte. Atanasov und Berry hatten einen reinrassigen Hengst an eine Heuwage gespannt. (Der Projektleiter fĂŒr die Rekonstruktion von ABC in den 1990er Jahren schĂ€tzte die maximale Geschwindigkeit der Maschine, unter BerĂŒcksichtigung aller Zeitverluste, einschlieĂlich der BetĂ€tigung des Operators zur Eingabe der Aufgabenstellung, auf fĂŒnf Additionen oder Subtraktionen pro Sekunde. Das ist natĂŒrlich schneller als ein menschlicher Rechner, aber nicht die Geschwindigkeit, die wir mit elektronischen Computern verbinden.)
Schema von ABC. Die Trommeln speicherten temporĂ€re Eingaben und Ausgaben auf Kondensatoren. Das Thyristor-Schema fĂŒr das Durchbohren von Karten sowie der Kartenleser schrieben und lasen die Ergebnisse eines gesamten Schrittes des Algorithmus (indem sie eine der Variablen aus dem Gleichungssystem entfernten).
Die Arbeiten an ABC kamen Mitte 1942 ins Stocken, als Atanasov und Berry sich der rasch wachsenden MilitĂ€rmaschinerie der USA anschlossen, die nicht nur Körper, sondern auch Köpfe benötigte. Atanasov wurde zur Marine-Artillerielabor in Washington gerufen, um ein Team zu leiten, das akustische Minen entwickelte. Berry heiratete Atanasovs SekretĂ€rin und fand eine Stelle bei einem unter Vertrag arbeitenden Unternehmen in Kalifornien, um nicht zum MilitĂ€r eingezogen zu werden. Atanasov versuchte eine Zeitlang, seine Erfindung im Bundesstaat Iowa patentieren zu lassen, jedoch ohne Erfolg. Nach dem Krieg widmete er sich anderen Dingen und beschĂ€ftigte sich nicht mehr ernsthaft mit Computern. Der Computer selbst wurde 1948 auf die MĂŒlldeponie gebracht, um im BĂŒro Platz fĂŒr einen neuen Absolventen des Instituts zu schaffen.
Vielleicht hat Atanasov einfach zu frĂŒh mit seiner Arbeit begonnen. Er stĂŒtzte sich auf bescheidene UniversitĂ€tsstipendien und konnte nur einige Tausend Dollar in die Entwicklung von ABC investieren. Daher drĂ€ngte die Sparsamkeit alle anderen Probleme seines Projekts in den Hintergrund. HĂ€tte er bis Anfang der 1940er Jahre gewartet, hĂ€tte er einen staatlichen Zuschuss fĂŒr ein vollwertiges elektronisches GerĂ€t erhalten können. In diesem Zustand â mit eingeschrĂ€nkter Anwendung, komplizierter Steuerung, unzuverlĂ€ssig und nicht sehr schnell â war ABC keine vielversprechende Werbung fĂŒr den Nutzen elektronischer Berechnungen. Die amerikanische Kriegsmaschinerie, trotz des groĂen Berechnungsbedarfs, lieĂ ABC im kleinen StĂ€dtchen Ames, Iowa, verrosten.
Kriegsrechner
Der Erste Weltkrieg schuf und startete ein System massiver Investitionen in Wissenschaft und Technologie und bereitete es auf den Zweiten Weltkrieg vor. In nur wenigen Jahren verwandelte sich die KriegsfĂŒhrung auf Land und Meer in den Einsatz von Giftgas, Magnetminen, LuftaufklĂ€rung und Bombardements usw. Kein politischer oder militĂ€rischer FĂŒhrer konnte diesen rasanten Wandel ĂŒbersehen. Sie geschahen so schnell, dass frĂŒhzeitig eingeleitete Forschungen das Gleichgewicht in die eine oder andere Richtung kippen konnten.
In den USA gab es genĂŒgend Materialien und Köpfe (viele von ihnen waren aus dem nationalsozialistischen Deutschland geflohen), und sie waren vom unmittelbaren Ăberlebens- und Dominationskampf, der andere LĂ€nder betraf, distanziert. Dies ermöglichte es dem Land, diese Lektion besonders klar zu lernen. Dies Ă€uĂerte sich darin, dass umfangreiche industrielle und intellektuelle Ressourcen in die Entwicklung der ersten Atombombe investiert wurden. Eine weniger bekannte, aber nicht weniger wichtige oder weniger umfangreiche Investition war die Entwicklung der Radartechnologie, deren Zentrum im MIT im Rad Lab angesiedelt war.
So erhielt das aufkommende Gebiet der automatischen Berechnungen seinen Anteil an militĂ€rischer Finanzierung, wenn auch in weitaus geringerem Umfang. Wir haben bereits die Vielfalt der durch den Krieg hervorgebrachten elektromechanischen Rechenprojekte hervorgehoben. Das Potenzial von Relais-basierten Computern war, vorsichtig ausgedrĂŒckt, bekannt, da Telefonzentralen mit Tausenden von Relais zu diesem Zeitpunkt bereits seit vielen Jahren in Betrieb waren. Elektronische Komponenten hatten sich auf solchen MaĂstĂ€ben noch nicht bewĂ€hrt. Die meisten Experten waren der Meinung, dass elektronische Computer unweigerlich unzuverlĂ€ssig sein wĂŒrden (ABC war ein Beispiel dafĂŒr), oder dass der Bau zu viel Zeit in Anspruch nehmen wĂŒrde. Trotz eines plötzlichen Zuflusses staatlicher Mittel gab es nur wenige militĂ€rische Projekte im Bereich elektronischer Berechnungen, und sie waren rar. Es wurden nur drei gestartet, und nur zwei von ihnen fĂŒhrten zur Schaffung funktionsfĂ€higer Maschinen.
In Deutschland bewies der Telekommunikationsingenieur Helmut Schreier seinem Freund Konrad Zuse den Wert einer elektronischen Maschine gegenĂŒber dem elektromechanischen âV3â, den Zuse fĂŒr die Luftfahrtindustrie baute (spĂ€ter wurde er als Z3 bekannt). Zuse stimmte schlieĂlich zu, an einem zweiten Projekt gemeinsam mit Schreier zu arbeiten, und das Forschungsinstitut fĂŒr Luftfahrt bot an, einen Prototyp mit 100 Röhren Ende 1941 zu finanzieren. Doch die beiden MĂ€nner widmeten sich zunĂ€chst einer vorrangigeren militĂ€rischen Arbeit, und danach wurde ihre Arbeit durch durch Bombenangriffe stark verzögert, sodass sie ihre Maschine nie 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 leistete, wurde in einem geheimen Labor in GroĂbritannien entwickelt, wo ein Telekommunikationsingenieur einen neuen radikalen Ansatz zur Kryptoanalyse auf Basis von Ventilen vorschlug. Diese Geschichte werden wir das nĂ€chste Mal enthĂŒllen.
Was sonst noch zu lesen:
âą Alice R. Burks und Arthur W. Burks, Der erste elektronische Computer: Die Geschichte von Atanasoff (1988)
âą David Ritchie, Die Computer-Pioniere (1986)
âą Jane Smiley, Der Mann, der den Computer erfand (2010)
Quelle: habr.com
