Geschichte des Computers

Definition - Computer Ein Computer ist eine Rechenmaschine, die automatisch arbeitet, (die Rechenoperationen werden selbständig ausgeführt) und programmierbar ist (die Abfolge der Rechenoperationen kann verändert werden)

Im Altertum Einfachstes Hilfsmittel: die 10 Finger Einfache Rechenhilfen schon 9000 v. Chr.: Knochen, Holzstäbchen, Rechensteine. Erstes Rechenwerkzeug (etwa 1100 v. Chr. in China): ABAKUS

Der Abakus Der Abakus wird von chinesischen und japanischen Geschäftsleuten und Buchhaltern noch immer häufig benutzt. Geübte Benutzer können schnellere Ergebnisse erzielen, als es mit einer elektronischen Rechenmaschine möglich ist. Der Abakus besteht aus mehreren Reihen Perlen, die nach bestimmten Regeln verschoben werden

Exkursion in die Welt der Zahlen Verschiedene Kulturen verwendeten unterschiedliche Zahlensysteme: Chinesen, Griechen, Römer: 5-er System Inder, Ägypter, Sumerer, Babylonier: 10-er System Überbleibsel in der heutigen Sprache: franz. Quattre-vingt-dix (4*20+10) 10er System kam erst um 1500 n. Chr. mit den Arabern nach Europa

Erste Rechenmaschinen der Neuzeit Erste mechanische Rechenmaschinen wurden im 17. Jh. von Schickhardt, Pascal und Leibnitz erbaut.

Um 1623 – Wilhelm Schickhard Wilhelm Schickard war Professor für orientalische Sprachen und Astronomie an der Universität in Tübingen. Er war ein Freund des berühmten Astronomen Johannes Kepler, für den Schickard seine Rechenmaschine entwickelte.

Funktionsprinzip

Um 1642 – Blaise Pascal entwickelte die "Pascaline", eine mechanische Rechenmaschine, für die Addition und Subtraktion sechsstelliger Zahlen.

1647 - Gottfried Wilhelm Freiherr von Leibniz War einer der letzten Universalgenies des Jahrtausends Er entwickelte das Duale Zahlensystem =Grundlage der heutigen Rechner Im Dualsystem gibt es nur 2 Ziffern: 0 und 1 entspricht auch: falsch – wahr, Strom fließt – Strom fließt nicht  Binärformat

Rechenmaschinen der Neuzeit Erste Rechenmaschine, die als Computer bezeichnet werden kann, wurde von Charles Babbage im Jahr 1822 entworfen. Ihr mechanischer Aufbau war jedoch so kompliziert und teuer, dass sie erst 1990 (!) im wissenschaftlichen Museum in London nachgebaut wurde.

Die Differenzmaschine von Babbage Die Difference Engine enthält zahlreiche Exemplare eines addierenden Grundbauteils, die so miteinander gekoppelt sind, dass sie die Differenzenmethode realisieren. Die fertige Maschine wäre von monumentaler Größe und Komplexität gewesen: fast zwei-einhalb Meter hoch, mehr als zwei Meter breit, etwa einen Meter tief, mehrere Tonnen schwer und aus ungefähr 25 000 Teilen zusammengesetzt.

Erste elektronische Rechen-maschinen Die ersten programmierbaren, elektronischen Rechenmaschinen wurden unabhängig voneinander in England (Colossus), Amerika (Mark) und Deutschland (Z-1) am Ende des zweiten Weltkrieges gebaut. Sie dienten ausschließlich militärischen Zwecken (Chiffrier- und Dechiffriermaschinen)

1941- Conrad Zuse Seine Erfindungen haben eine große Bedeutung für die Computerentwicklung Aufbauend auf der Rechenmaschine von Babbage erweiterte er sie um einige Merkmale: Rein duale (binäre) Darstellung der Zahlen Die Gleitpunktdarstellung

Zuses Z3 (1945) Zuse baute 1936-1938 die Z1 in der elterlichen Wohnung. In den Jahren 1940-1941 konstruierte er den Relaisrechner Z3, der 1941 in Betrieb genommen wurde. Die Z3 war der erste voll funktionsfähige programmgesteuerte elektromechanische Digitalrechner, sie arbeitete mit Dualzahlen.

Technische Daten der „Z3“ 600 Relais für das Rechenwerk, 2000 Relais als Speicher, Beherrschte die 4 Grundrechenarten und das Wurzelziehen, Eine Multiplikation dauerte 4-5 Sekunden, Die Z3 konnte schon 15-20 Rechenoper-ationen in einer Sekunde durchführen.

1944 - Howad H. Aiken Entwickelte den Relaisrechner „Mark I“ Technische Daten: 15 m lang, 2,5 m hoch 70000 Einzelteile 80 km Leitungsdraht

Die erste Computergeneration (1946-1958) Entwicklung einer Rechenmaschine zur schnellen Ausführung von Berechnungen ballistischer Flugbahnen für Kanonen und Geschosse. Diese Maschine wurde Electronic Numerical Integrator and Calculator (ENIAC) genannt. Die ENIAC gilt als erste elektronische Rechenmaschine. Sie vertritt die erste Computergeneration, weil erstmals Röhren als Schaltelemente eingesetzt wurden.

ENIAC Daten: 17000 Röhren 500000 Lötverbindungen 30 Tonnen Gewicht Stromverbrauch: 200 000 Watt Rechenleistung: wie einfacher Taschenrechner heute

ENIAC Die Kontrollelemente auf der linken Seite, ein kleiner Teil der Ausgabegeräte auf der rechten Seite Die ENIAC wurde programmiert, indem die Kabelverbindungen geändert wurden, was jede Menge Handarbeit bedeutete.

ENIAC Welche der 17000 Röhren ist denn nun defekt? Oder liegt es an den 500000 Lötstellen Reparatur des ENIAC

ENIAC Zur Program-mierung wurden die Kabelverbin-dungen umge-steckt.

1958-1962 Die 2. Computer-generation Entscheidender Schritt: Entwicklung des Transistors 1947 in den USA. Im Vergleich zur Röhre oder Relais: Ideales Steuerelement, da Geringerer Stromverbrauch, Kleineres Volumen, Sehr viel schnellere Schaltvorgänge.

Beispiel: Bell DEC PDP-8 1965: erster „Massen-computer“: 50000 verkaufte Expemplare Preis: 5000 – 20000 US $ Rechengeschwindigkeit: 10000 Additionen pro s

Die 3. Computergeneration Entscheidender Schritt: Entwicklung des Integrierten Schaltkreises (IC: integrated circuit) Auf der Basis solcher ICs baute Texas Instruments 1967 den ersten Taschenrechner  Geburtsstunde der 3. Generation

1962-1970 Die dritte Computergeneration Vorteile der IC‘s: Kürzere Stromwege  höhere Geschwindigkeit Bauweise  geringe Störanfälligkeit Geringe Baugröße ermöglicht vielfältigen Einsatz. Problem: Komplizierte Programmierung Relativ hoher Preis  Computer noch nicht im Heimbereich

1971... Die 4. Generation Merkmale: Hochintegrierte und sehr hoch integrierte Schaltkreise zum Bau von Mikroprozessoren. 1971: Intel‘s 4004 2300 Transistoren auf einem IC Taktfrequenz: 108 kHz 60000 Befehle pro s (=0,06 MIPS vgl. Pentium 25 000 000 MIPS)

Weiterentwicklung Sekunde MIPS bedeutet M illion I nstructions per Second, zu deutsch: Millionen Befehle pro Sekunde.

Zusammenfassung Rechenmaschinen Die ersten mechanischen Rechenmaschinen bestanden aus kompliziert gebauten Zahnradsystemen. Vorherrschendes Zahlensystem war das Dezimalsystem. Erst mit der Entwicklung des Binären (dualen) Zahlensystems, das nur die Zustände 0 und 1 kennt, waren die theoretischen Grundlegen gelegt, elektrische oder elektronische Rechenmaschinen zu bauen.

Zusammenfassung Computergenerationen Computer der ersten Generation arbeiteten mit Relais oder Röhren (50er Jahre) Die zweite Generation arbeitete mit Transistoren (1958 – 1963) In der dritten Generation wurden die Transistoren in Integrierte Schaltkreise „eingebettet“. In der vierten Generation werden Rechner so leistungsfähig, dass grafische Benutzeroberflächen verwendet werden können.