Die Geschichte der Elektronikcomputer, Teil 3: ENIAC

Weitere Artikel der Reihe:

• Die Geschichte des Relais
  • Die Methode der „schnellen Informationsübertragung“, oder die Geburt des Relais
  • Fernschreiber
  • Galvanismus
  • Unternehmer
  • Und hier ist endlich das Relais
  • Der sprechende Telegraph
  • Einfach verbinden
  • Die vergessene Generation der Relaiscomputer
  • Die elektronische Ära
• Die Geschichte der elektronischen Computer
  • Prolog
  • Koloss
  • ENIAC
  • Die elektronische Revolution
• Die Geschichte des Transistors
  • Sich tastend in der Dunkelheit bewegen
  • Aus dem Schmelztiegel des Krieges
  • Mehrfache Neuerfindung
• Die Geschichte des Internets
  • Das Backbone-Netzwerk
  • Zerfall, Teil 1
  • Zerfall, Teil 2
  • Interaktivität entdecken
  • Interaktivität erweitern
  • ARPANET – die Geburt
  • ARPANET – Paket
  • ARPANET – Subnetz
  • Der Computer als Kommunikationsgerät
  • Die Geschichte des Internets: Inter-Netz-Interaktion

Das zweite Projekt zur Schaffung eines elektronischen Computers, das als Ergebnis des Krieges entstand, benötigte, wie der "Colossus", viele Köpfe und Hände für eine fruchtbare Umsetzung. Doch wie der "Colossus" wäre er niemals entstanden, hätte nicht eine einzige Person eine Besessenheit für Elektronik. In diesem Fall hieß er John Mauchly.

Die Geschichte von Mauchly verknüpft sich auf geheimnisvolle und verdächtige Weise mit der Geschichte von John Atanasoff. Wie Sie sich erinnern, ließen wir Atanasoff und seinen Assistenten Claude Berry im Jahr 1942 zurück. Sie hatten die Arbeit an dem elektronischen Computer aufgegeben und sich anderen Militärprojekten zugewandt. Mauchly hatte viel mit Atanasoff gemeinsam: Beide waren Physikprofessoren an wenig bekannten Instituten, die nicht über den Ruf und das Ansehen verfügten, die in breiten akademischen Kreisen geschätzt wurden. Mauchly fühlte sich isoliert als Lehrer am winzigen Ursinus College in einem Vorort von Philadelphia, das nicht einmal so bescheidenen Ruf hatte wie der Bundesstaat Iowa, wo Atanasoff arbeitete. Keiner von beiden tat etwas, um die Aufmerksamkeit ihrer elitäreren Kollegen, sagen wir mal, von der Universität Chicago, auf sich zu ziehen. Doch beide waren von der exzentrischen Idee gepackt: eine Rechenmaschine aus elektronischen Komponenten zu bauen, denselben Teilen, aus denen Radio- und Telefonverstärker hergestellt wurden.


John Mauchly

Wettervorhersage

Eine Zeit lang entstand eine bestimmte Verbindung zwischen diesen beiden Männern. Sie trafen sich Ende der 1940er Jahre auf einer Konferenz der American Association for the Advancement of Science (AAAS) in Philadelphia. Dort präsentierte Mauchly seine Forschung zu zyklischen Mustern in Wetterdaten mithilfe eines von ihm entwickelten elektronischen harmonischen Analysators. Dies war ein analoger Computer (also einer, der Werte nicht digital, sondern als physikalische Größen darstellt, in diesem Fall als Strom — je mehr Strom, desto größer der Wert), der in seiner Funktionsweise einem mechanischen Gezeitenvorhersagegerät ähnlich war, das von William Thomson (später Lord Kelvin) in den 1870er Jahren entwickelt wurde.

Atanasow, der im Saal saß, wusste, dass er einen Gefährten auf der einsamen Reise ins Land der elektronischen Berechnungen gefunden hatte, und ging ohne Zögern nach Moushley, um ihm von der Maschine zu erzählen, die er in Ames gebaut hatte. Aber um zu verstehen, wie Moushley überhaupt auf der Bühne mit seiner Präsentation des elektronischen Wettercomputers gelandet ist, muss man zu seinen Wurzeln zurückkehren.

Moushley wurde 1907 in die Familie des Physikers Sebastian Moushley geboren. Wie viele seiner Altersgenossen interessierte sich der Junge für Radio und Elektronenröhren und schwankte zwischen Karrieren als Elektrotechniker und Physiker, bevor er sich entschloss, sich auf Meteorologie an der Johns Hopkins Universität zu konzentrieren. Leider fiel er nach dem Abschluss direkt in die Fänge der Großen Depression und war dankbar, 1934 an der Ursinus College eine Stelle als einziges Mitglied der Physik-Fakultät zu bekommen.

Ursinus College 1930

In Ursinus widmete er sich dem Projekt seiner Träume – den versteckten Zyklen der globalen Naturmaschine auf die Spur zu kommen und das Wetter nicht für Tage, sondern für Monate und Jahre im Voraus vorhersagen zu lernen. Er war überzeugt, dass die Sonne das Wettergeschehen steuert und jahrelange Muster, die mit der Sonnenaktivität und den Flecken verbunden sind, hervorbringt. Er wollte diese Zusammenhänge aus der riesigen Menge an Daten, die das amerikanische Wetterbüro gesammelt hatte, mithilfe von Studenten und einem Satz von Tischrechnern, die er für einen Appel und ein Ei von bankrotten Banken erstanden hatte, extrahieren.

Bald wurde klar, dass die Daten zu umfangreich waren. Die Maschinen konnten Berechnungen nicht schnell genug durchführen, und zudem traten menschliche Fehler auf, beim ständigen Übertragen der Zwischenergebnisse von der Maschine auf Papier. Mauchly begann, über einen anderen Weg nachzudenken. Er wusste von Zählern auf Elektronenröhren, die erstmals von Charles Wynn-Williams geschaffen wurden und die seine Physiker-Kollegen zur Zählung subatomarer Teilchen verwendeten. Angesichts der Offensichtlichkeit, dass elektronische Geräte Zahlen aufzeichnen und speichern konnten, fragte sich Mauchly, warum sie nicht auch komplexere Berechnungen durchführen sollten. Über mehrere Jahre hinweg experimentierte er in seiner Freizeit mit elektronischen Komponenten: Schaltern, Zählern, Maschinen zur Substitutionsverschlüsselung, die eine Mischung aus elektronischen und mechanischen Komponenten nutzten, und einem harmonischen Analysator, den er für ein Projekt zur Wettervorhersage einsetzte, das Daten extrahierte, die Ähnlichkeiten mit mehrwöchigen Mustern in den Niederschlagsmengen aufwiesen. Diese Entdeckung führte Mauchly 1940 zur AAAS und dann auch Atanasov zu Mauchly.

Besuch

Ein Schlüsselereignis in der Beziehung zwischen Mauchly und Atanasov fand sechs Monate später, zu Beginn des Sommers 1941, statt. In Philadelphia erzählte Atanasov Mauchly von dem elektronischen Computer, den er in Iowa gebaut hatte, und erwähnte, wie günstig es für ihn gewesen war. In ihrem weiteren Schriftwechsel machte er weiterhin faszinierende Andeutungen darüber, wie er seinen Computer für nicht mehr als 2 $ pro Stelle gebaut hatte. Mauchly war interessiert und ziemlich überrascht von diesem Erfolg. Zu diesem Zeitpunkt hatte er bereits ernsthafte Pläne zur Konstruktion eines elektronischen Rechners, aber ohne Unterstützung des Colleges müsste er jegliche Ausrüstung aus eigener Tasche bezahlen. Für eine Röhre wurden üblicherweise 4 $ verlangt, und um eine binäre Ziffer zu speichern, benötigte man mindestens zwei Röhren. Wie konnte es Atanasov gelungen sein, so viel Geld zu sparen?

Nach sechs Monaten hatte er endlich Zeit, nach Westen zu fahren, um seiner Neugier nachzugehen. Nach anderthalbtausend Kilometern im Auto kamen Mauchly und sein Sohn im Juni 1941 zu Besuch bei Atanasov in Ames. Mauchly berichtete später, dass er enttäuscht weggefahren sei. Das billige Datenspeichergerät von Atanasov war überhaupt nicht elektronisch, sondern funktionierte mit elektrostatischen Ladungen auf einer mechanischen Trommel. Dadurch und aufgrund anderer mechanischer Teile, wie wir bereits gesehen haben, konnte er Berechnungen nicht einmal annähernd in den Geschwindigkeiten durchführen, von denen Mauchly träumte. Später nannte er es „ein mechanisches Spielzeug, das einige Elektronenröhren verwendete“. Doch kurz nach dem Besuch schrieb er einen Brief, in dem er die Maschine von Atanasov lobte und schrieb, dass sie „im Grunde elektronisch war und jede lineare Gleichungssystem mit nicht mehr als dreißig Variablen in nur wenigen Minuten lösen konnte“. Er behauptete, sie könnte schneller und günstiger sein als die mechanische differentielle Analyzer Busch.

Dreißig Jahre später werden die Beziehungen zwischen Mauchly und Atanasov entscheidend im Rechtsstreit Honeywell gegen Sperry Rand, der dazu führte, dass die Patentanmeldungen für den von Mauchly geschaffenen elektronischen Computer annulliert wurden. Ohne etwas über die Verdienste des Patents selbst zu sagen, und trotz der Tatsache, dass Atanasov der erfahrenere Ingenieur war, und angesichts von Mauchlys misstrauischer Meinung über den Computer von Atanasov, die im Nachhinein geäußert wurde, gibt es keinen Grund zu vermuten, dass Mauchly etwas Wichtiges aus der Arbeit von Atanasov gelernt oder kopiert hat. Doch wichtiger ist, dass die ENIAC-Architektur nichts mit dem Computer von Atanasov-Berry zu tun hat. Das Höchste, was man sagen kann, ist, dass Atanasov das Vertrauen von Mauchly gestärkt hat, indem er die Möglichkeit bewiesen hat, dass ein elektronischer Computer funktionieren kann.

Schule von Moore und Aberdeen

Zur gleichen Zeit fand sich Mauchly am selben Ort wieder, von dem aus er angefangen hatte. Es gab keinen magischen Trick für kostenspeichernde Elektronik, und solange er in Ursinus blieb, hatte er nicht die Mittel, seinen elektronischen Traum zu verwirklichen. Dann hatte er Glück. Im Sommer 1941 besuchte er einen Sommerkurs für Elektronik an der Moore School of Engineering an der University of Pennsylvania. Zu diesem Zeitpunkt war Frankreich bereits besetzt, Großbritannien war belagert, U-Boote durchpflügten den Atlantik, und die Beziehungen Amerikas zu der aggressiven expansionistischen Japan verschlechterten sich schnell [Hitlerdeutschland griff die UdSSR an / Anm. d. Übers.]. Trotz der isolationistischen Tendenzen in der Bevölkerung schien eine amerikanische Intervention möglich, vielleicht sogar unvermeidlich, für elitärere Gruppen aus Orten wie der University of Pennsylvania. Die Moore School bot einen Weiterbildungskurs für Ingenieure und Wissenschaftler an, um die Vorbereitung auf mögliche militärische Arbeiten zu beschleunigen, insbesondere im Bereich der Radartechnologien (Radar hat ähnliche Eigenschaften wie elektronische Berechnungen: Es verwendete Elektronenröhren zur Erzeugung und Zählung von hochfrequenten Impulsen und den Zeitintervallen zwischen diesen; jedoch bestritt Mauchly später, dass Radar einen erheblichen Einfluss auf die Entwicklung des ENIAC hatte).

Moore School of Engineering

Der Kurs führte zu zwei wesentlichen Konsequenzen für Mauchly: Erstens verband er ihn mit John Presper Eckert, genannt Pres, aus einer örtlichen Familie von Immobilienmagnaten, und dem jungen Wunderkind der Elektronik, das seine ganzen Tage im Labor des Fernsehpioniers verbrachte, Philo Farnsworth. Später wird Eckert das Patent (das später für ungültig erklärt wird) für den ENIAC mit Mauchly teilen. Zweitens sicherte dies Mauchly einen Platz an der Moore School und beendete seine lange akademische Isolation im Sumpf des Ursinus College. Offensichtlich geschah dies nicht wegen irgendeiner besonderen Verdienste von Mauchly, sondern einfach, weil die Schule verzweifelt Leute brauchte, um die Wissenschaftler zu ersetzen, die an militärischen Aufträgen gearbeitet hatten.

Bis zum Jahr 1942 arbeitete der größte Teil der Mour School jedoch an einem Militärprojekt: der Berechnung ballistischer Trajektorien durch mechanische und manuelle Arbeit. Dieses Projekt entstand organisch aus der bestehenden Verbindung zwischen der Schule und dem Aberdeen-Probegebiet, das 130 km weiter entlang der Küste in Maryland lag.

Der Platz wurde während des Ersten Weltkriegs zur Prüfung von Artillerie geschaffen, um einen vorherigen Platz in Sandy Hook, New Jersey, zu ersetzen. Neben den unmittelbaren Schießübungen bestand seine Aufgabe darin, Schießtabellen zu erstellen, die von der Artillerie im Kampf verwendet wurden. Der Luftwiderstand erlaubte es nicht, den Landepunkt der Granate einfach durch das Lösen einer quadratischen Gleichung zu berechnen. Dennoch war eine hohe Genauigkeit für die Artillerieschüsse enorm wichtig, da gerade die ersten Schüsse den größten Schaden bei den feindlichen Kräften anrichteten — danach versteckte sich der Feind schnell unter der Erde.

Um eine solche Genauigkeit zu erreichen, erstellten moderne Armeen detaillierte Tabellen, die den Schützen anzeigten, wie weit ihre Granate nach dem Schuss unter einem bestimmten Winkel landen würde. Die Ersteller verwendeten die Anfangsgeschwindigkeit und die Position der Granate, um ihre Position und Geschwindigkeit über kurze Zeitintervalle zu berechnen, und wiederholten dann dieselben Berechnungen für das nächste Intervall und so weiter, hunderte und tausende Male. Für jede Kombination von Kanone und Granate mussten solche Berechnungen für alle möglichen Schusswinkel unter Berücksichtigung unterschiedlicher atmosphärischer Bedingungen durchgeführt werden. Die Berechnungsbelastung war so groß, dass in Aberdeen die Berechnungen aller Tabellen, die nach dem Ende des Ersten Weltkriegs begonnen wurden, erst 1936 abgeschlossen wurden.

Offensichtlich benötigte Aberdeen eine bessere Lösung. Im Jahr 1933 schloss es einen Vertrag mit der Mour School: Die Armee finanzierte den Bau von zwei Differentialanalysatoren, analogen Computern, die nach einem Schema der MIT unter der Leitung von Vannevar Bush. Einer wurde nach Aberdeen geschickt, während der andere in der Mour School blieb und nach dem Ermessen der Professoren verwendet werden sollte. Der Analysator konnte in fünfzehn Minuten eine Trajektorie erstellen, für deren Berechnung ein Mensch mehrere Tage benötigt hätte, obwohl die Genauigkeit der Berechnungen des Computers etwas geringer war.

Demonstration eines Haubitzen in Aberdeen, ca. 1942

Im Jahr 1940 forderte die Forschungseinheit, die jetzt die Ballistische Forschungsbibliothek (Ballistic Research Laboratory, BRL) genannt wird, ihre Maschine zurück, die an der Moore School stand, und begann mit den Berechnungen der Artillerietabellen für den bevorstehenden Krieg. Die Rechnungsgruppe der Schule wurde ebenfalls zur Unterstützung der Maschine mit menschlichen Rechnern herangezogen. Bis 1942 arbeiteten 100 Frauenrechnerinnen an der Schule sechs Tage die Woche und verrechneten die Berechnungen für den Krieg – darunter war auch Mauchly's Frau, Mary, die an den Schusstabellen von Aberdeen arbeitete. Mauchly wurde zum Leiter einer anderen Gruppe von Rechnern ernannt, die an den Berechnungen für Radarantennen arbeiteten.

Seit seiner Ankunft an der Moore School förderte Mauchly seine Idee eines elektronischen Computers im gesamten Fachbereich. Er hatte bereits erhebliche Unterstützung durch Presper Eckert und John Brainerd, ein hochrangiges Mitglied der Fakultät. Mauchly lieferte die Idee, Eckert den ingenieurtechnischen Ansatz und Brainerd die Überzeugung und Rechtsordnung. Im Frühjahr 1943 entschied dieses Trio, dass es an der Zeit sei, die seit langem reifende Idee von Mauchly den Militärs vorzustellen. Aber die Rätsel des Klimas, die er lange zu entschlüsseln versucht hatte, mussten warten. Der neue Computer sollte den Bedürfnissen des neuen Besitzers dienen: die ballistischen Flugbahnen von Artilleriemunition nachzuvollziehen und nicht die ewigen Sinuswellen globaler Temperaturzyklen.

ENIAC

Im April 1943 erstellten Mauchly, Eckert und Brainerd einen Entwurf des "Berichts über den elektronischen Differenzialanalysator". Dies zog einen weiteren Verbündeten in ihre Reihen, Hermann Goldstine, einen Mathematiker und Militäroffizier, der als Vermittler zwischen Aberdeen und der Moore School fungierte. Mit Goldstines Hilfe stellte die Gruppe ihre Idee dem Komitee in der BRL vor und erhielt einen Militärzuschuss, mit Brainerd als wissenschaftlichem Leiter des Projekts. Sie mussten die Maschine bis September 1944 mit einem Budget von 150.000 US-Dollar fertigstellen. Das Team nannte das Projekt ENIAC: Electronic Numerical Integrator, Analyzer and Computer (Elektronischer numerischer Integrator und Rechner).

Von links nach rechts: Julian Bigelow, Hermann Goldstine, Robert Oppenheimer, John von Neumann. Das Foto wurde am Princeton Institute for Advanced Study nach dem Krieg mit einem späteren Modell des Computers aufgenommen.

Wie auch im Fall des „Colossus“ in Großbritannien, zeigte sich die autoritative Ingenieursgemeinschaft in den USA, zum Beispiel das National Defense Research Committee (NDRC), skeptisch gegenüber dem ENIAC-Projekt. Die Moore School hatte keinen Ruf als Elite-Bildungseinrichtung, bot jedoch die Idee, etwas Nie dagewesenes zu schaffen. Sogar bei industriellen Giganten wie RCA gelang es nur mühsam, relativ einfache elektronische Zählerschaltungen zu entwickeln, ganz zu schweigen von einem konfigurierbaren elektronischen Computer. George Stibitz, der Architekt der Relaiscomputer im Bell Laboratory, der damals am NDRC-Projekt arbeitete, war der Meinung, dass die Entwicklung des ENIAC zu viel Zeit in Anspruch nehmen würde, um im Krieg von Nutzen zu sein.

In diesem Punkt hatte er recht. Die Entwicklung des ENIAC würde doppelt so viel Zeit und dreimal so viele Mittel in Anspruch nehmen, als ursprünglich geplant. Es erforderte einen beträchtlichen Teil der personellen Ressourcen der Moore School. Für die Entwicklung allein mussten sieben weitere Personen hinzugezogen werden, zusätzlich zu der ursprünglichen Gruppe von Mauchly, Eckert und Brainerd. Wie der „Colossus“ zog der ENIAC eine Vielzahl von Rechnenden hinzu, um bei der Einrichtung ihrer elektronischen Alternative zu helfen. Darunter waren auch die Frau von Herman Goldstine, Adele, und Jean Jennings (später Bartik), die später eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Computern spielten. Die Buchstaben NI im Namen ENIAC deuteten darauf hin, dass die Moore School der Armee eine digitale, elektronische Version des Differentialanalysators zur Verfügung stellte, der Integrale für Trajektorien schneller und genauer als sein analoges mechanisches Pendant lösen sollte. Doch schließlich entstand etwas viel Größeres.

Teil der Ideen des Projekts könnte aus einem Vorschlag von 1940 stammen, der von Irven Travis gemacht wurde. Travis war an der Unterzeichnung des Vertrages zur Nutzung des Analysators durch die Moore School im Jahr 1933 beteiligt, und 1940 bot er eine verbesserte Version des Analysators an, obwohl sie nicht elektronisch, sondern nach digitalen Prinzipien arbeitete. Er sollte mechanische Zähler anstelle von analogen Rädern verwenden. Bis 1943 hatte er die Moore School verlassen und ein Amt im Marineführungsstab in Washington übernommen.

Die Grundlage der Möglichkeiten des ENIAC bestand, wie auch beim «Koloss», in der Vielfalt der funktionalen Module. Am häufigsten wurden Akkumulatoren zum Addieren und Zählen verwendet. Ihr Schema stammte von den elektronischen Zählern von Winn-Williams, die von Physikern genutzt wurden, und sie führten buchstäblich Addition durch, so wie Vorschulkinder mit den Fingern zählen. Andere funktionale Module umfassten Multiplikatoren, Funktionsgeneratoren, die Daten in Tabellen suchten, was die Berechnung komplexerer Funktionen wie Sinus und Kosinus ersetzte. Jedes Modul verfügte über eigene Programmierungsparameter, mit denen eine kleine Sequenz von Operationen festgelegt wurde. Wie beim «Koloss» erfolgte die Programmierung durch eine Kombination aus einem Schalterfeld und einer ähnlichen Telefonvermittlungselement-Panels mit Buchsen.

Der ENIAC hatte mehrere elektromechanische Komponenten, insbesondere einen Relaisregister, der als Puffer zwischen den elektronischen Akkumulatoren und den von IBM verwendeten Lochkartenmaschinen diente, die für Ein- und Ausgabe genutzt wurden. Diese Architektur ähnelte sehr dem «Koloss». Sam Williams von den Bell Labs, der mit George Stibitz an der Entwicklung von Relaiscomputern arbeitete, baute ebenfalls ein Register für den ENIAC.

Das entscheidende Unterscheidungsmerkmal zum «Koloss» machte den ENIAC zu einer flexibleren Maschine: die Möglichkeit, die Hauptkonfigurationen zu programmieren. Das Hauptprogrammiergerät sendete Impulse an die funktionalen Module, die die Ausführung zuvor festgelegter Sequenzen auslösten, und erhielt Antwortimpulse nach Abschluss der Arbeiten. Anschließend wechselte es zur nächsten Operation in der Hauptsteuerroutine und gab die erforderlichen Berechnungen in Form einer Funktion einer Vielzahl kleinerer Sequenzen aus. Das Hauptprogrammiergerät konnte Entscheidungen mit Hilfe eines Schrittmotors treffen: eines ringförmigen Zählers, der bestimmte, auf welche der sechs Ausgangsleitungen der Impuls umgeleitet werden sollte. Auf diese Weise konnte das Gerät bis zu sechs verschiedene funktionale Sequenzen abhängig vom aktuellen Zustand des Schrittmotors ausführen. Diese Flexibilität erlaubte es dem ENIAC, Probleme zu lösen, die weit über seine ursprünglichen Kompetenzen im Bereich der Ballistik hinausgingen.

Einstellung des ENIAC mit Schaltern und Tastern

Eckert war dafür verantwortlich, dass die gesamte Elektronik dieses Ungeheuers summte und brummte. Er hatte sich selbst die gleichen grundlegenden Kniffe ausgedacht wie Flowers in Bletchley: Die Lampen mussten mit Strömen betrieben werden, die weit unter den üblichen lagen, und die Maschine musste nicht abgeschaltet werden. Aufgrund der enormen Anzahl an verwendeten Lampen war jedoch ein weiterer Trick nötig: Die anschließbaren Module, in denen mehrere Dutzend Lampen montiert waren, konnten leicht herausgenommen und bei einem Ausfall ersetzt werden. Anschließend fand das Wartungspersonal in aller Ruhe die defekte Lampe und ersetzte sie, und der ENIAC war sofort wieder betriebsbereit. Selbst mit all diesen Vorsichtsmaßnahmen konnte der ENIAC, angesichts der großen Anzahl an Lampen, nicht die ganze Nacht oder das gesamte Wochenende lang Berechnungen durchführen, wie es Relaiscomputer taten. Irgendwann ging auf jeden Fall eine Lampe kaputt.

Beispiel einer Vielzahl von Lampen im ENIAC

Die Berichte über den ENIAC erwähnen oft seine enormen Ausmaße. Reihen von Regalen mit Lampen – insgesamt gab es 18.000 davon – mit Schaltern und Tastern würden ein typisches Landhaus und den Rasen davor einnehmen. Seine Größe war nicht nur durch seine Komponenten (die Lampen waren relativ groß) bedingt, sondern auch durch die eigenartige Architektur. Und obwohl alle Computer aus der Mitte des 20. Jahrhunderts nach modernen Maßstäben groß erscheinen, war die nächste Generation elektronischer Computer wesentlich kleiner als der ENIAC und verfügte über deutlich mehr Möglichkeiten bei Nutzung nur eines Zehntels der elektronischen Komponenten.

Panorama des ENIAC an der Moore School

Die groteske Größe des ENIAC resultierte aus zwei grundlegenden Entwurfsentscheidungen. Die erste strebte an, die potenzielle Geschwindigkeit zu steigern, auf Kosten der Kosten und Komplexität. Danach speicherten praktisch alle Computer Zahlen in Registern und verarbeiteten sie in separaten arithmetischen Modulen, wobei die Ergebnisse wieder in den Registern gespeichert wurden. Der ENIAC trennte die Speicher- und Verarbeitungsmodule nicht. Jedes Zahlenspeichermodul war gleichzeitig ein Verarbeitungsmodul, das addieren und subtrahieren konnte, weshalb es viel mehr Röhren benötigte. Man könnte es als stark beschleunigte Version der Menschenrechenabteilung an der Moore-Schule betrachten, da „seine Rechenarchitektur an zwanzig Menschenrechner erinnerte, die mit zehnstelligen Tischrechnern arbeiteten und die Berechnungsergebnisse hin und her übertrugen“. In der Theorie ermöglichte dies dem ENIAC, Parallelrechnungen auf mehreren Akkumulatoren durchzuführen, aber diese Möglichkeit wurde kaum genutzt, und 1948 wurde sie sogar ganz eliminiert.

Die zweite Entwurfsentscheidung ist schwieriger zu rechtfertigen. Im Gegensatz zu ABC oder den Relaismaschinen von Bell speicherte der ENIAC Zahlen nicht in binärer Form. Er übertrug dezimale mechanische Berechnungen direkt in elektronischer Form, mit zehn Triggern für jede Ziffer – wenn der erste leuchtete, war das Null, der zweite Eins, der dritte Zwei usw. Dies war ein enormer Verbrauch teurer elektronischer Komponenten (zum Beispiel benötigen zur Darstellung der Zahl 1000 in binärer Form 10 Trigger, einen für jede binäre Ziffer (1111101000); und in der ENIAC-Schaltung wurden dafür 40 Trigger benötigt, zehn für jede dezimale Ziffer), was anscheinend nur aus Angst vor möglichen Schwierigkeiten bei der Umwandlung zwischen binären und dezimalen Systemen organisiert wurde. jedoch verwendeten der Atanasoff-Berry-Computer, der „Colossus“, und die Relaismaschinen von Bell und Zuse das binäre System, und ihre Entwickler hatten keine Schwierigkeiten mit der Umwandlung zwischen den Basen.

Solche Designlösungen wird niemand wiederholen. In diesem Sinne war ENIAC ähnlich wie ABC – eine einzigartige Kuriosität, aber kein Modell für alle modernen Computer. Sein Vorteil lag jedoch darin, dass er ohne Zweifel die Funktionsfähigkeit elektronischer Computer bewiesen hat, indem er nützliche Arbeiten verrichtete und reale Probleme mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit löste.

Rehabilitation

Bis November 1945 war ENIAC vollständig funktionsfähig. Er konnte nicht mit der Zuverlässigkeit seiner elektromechanischen Verwandten prahlen, aber er war ausreichend zuverlässig, um seinen Geschwindigkeitsvorteil von mehreren Hundert Mal zu nutzen. Die Berechnung der ballistischen Trajektorie, für die der differentielle Analyzer fünfzehn Minuten benötigte, konnte ENIAC in zwanzig Sekunden durchführen – schneller als die Granate selbst fliegt. Und im Gegensatz zum Analyzer konnte er dies mit der gleichen Genauigkeit tun wie ein menschlicher Rechner, der einen mechanischen Taschenrechner verwendet.

Wie Stibitz jedoch vorhersagte, kam ENIAC zu spät, um im Krieg zu helfen, und die Berechnung der Tabellen war nicht mehr so dringend erforderlich. In Los Alamos, New Mexico, lief ein Projekt zur Entwicklung von Geheimwaffen, das auch nach dem Krieg fortgesetzt wurde. Dort waren ebenfalls viele Berechnungen erforderlich. Einer der Physiker des Manhattan-Projekts, Edward Teller, war bereits 1942 von der Idee des „Superwaffen“ begeistert: viel verheerender als das, was später auf Japan abgeworfen wurde, mit der Explosionsenergie aus der Kernfusion und nicht aus der Kernspaltung. Teller glaubte, dass er eine Kettenreaktion der Fusion in einer Mischung aus Deuterium (normaler Wasserstoff mit einem zusätzlichen Neutron) und Tritium (normaler Wasserstoff mit zwei zusätzlichen Neutronen) auslösen könnte. Aber dafür musste man mit einem niedrigen Tritiumgehalt auskommen, da dieser extrem selten war.

Deshalb brachte der Wissenschaftler aus Los Alamos Berechnungen zur Überprüfung der Superwaffe in die Moore-Schule, bei denen Differentialgleichungen berechnet werden mussten, die die Zündung einer Mischung aus Deuterium und Tritium für verschiedene Tritiumkonzentrationen modellierten. Niemand in der Moore-Schule hatte die Erlaubnis zu erfahren, wozu diese Berechnungen durchgeführt wurden, aber sie gaben alle Daten und Gleichungen, die der Wissenschaftler gebracht hatte, fleißig ein. Die Einzelheiten der Berechnungen bleiben bis heute geheim (wie auch das gesamte Programm zum Bau der Superwaffe, das heute besser als Wasserstoffbombe bekannt ist), obwohl bekannt ist, dass Teller das Ergebnis der Berechnungen, das im Februar 1946 erzielt wurde, als Bestätigung der Durchführbarkeit seiner Idee ansah.

Im selben Monat stellte die Moore-Schule ENIAC der Öffentlichkeit vor. Während der Eröffnungszeremonie taten die Operatoren so, als ob sie die Maschine einschalteten (obwohl sie natürlich immer eingeschaltet war), führten einige zeremonielle Berechnungen durch, indem sie die ballistische Flugbahn berechneten, um die außergewöhnliche Geschwindigkeit der elektronischen Komponenten zu demonstrieren. Danach verteilten die Mitarbeiter die dabei entstandenen gestanzten Lochkarten an alle Anwesenden.

ENIAC setzte 1946 fort, um einige realistischere Probleme zu lösen: eine Reihe von Berechnungen zum Flüssigkeitsstrom (zum Beispiel zur Strömung um den Flügel eines Flugzeugs) für den britischen Physiker Douglas Hartree, eine weitere Reihe von Berechnungen zur Modellierung der Implosion von nuklearen Waffen, Berechnungen von Flugbahnen für eine neue 90-Millimeter-Kanone in Aberdeen. Dann verstummte die Maschine für anderthalb Jahre. Ende 1946 wurde die Maschine gemäß einem Vertrag der Moore-Schule mit dem Militär eingepackt und auf das Testgelände transportiert. Dort hatte sie ständig mit Zuverlässigkeitsproblemen zu kämpfen, und das BRL-Team konnte sie nicht dazu bringen, ausreichend gut zu arbeiten, um nützliche Arbeit zu leisten, bis zu einem umfassenden Upgrade, das im März 1948 abgeschlossen wurde. Wir werden in der nächsten Folge mehr über das Upgrade sprechen, das ENIAC vollständig modernisierte.

Aber das hatte bereits keine Bedeutung mehr. Niemand kümmerte sich um ENIAC. Der Wettlauf um die Schaffung seines Nachfolgers hatte bereits begonnen.

Was sonst noch zu lesen:

• Paul Ceruzzi, Reckoners (1983)
• Thomas Haigh et al., Eniac in Action (2016)
• David Ritchie, Die Computer-Pioniere (1986)

Quelle: habr.com