Notes

Geschichte der Rechentechnik - Epochen der Informationsgesellschaft


Die Vorgeschichte – Die Zeit ohne Elektronik

Die Rechentechnik hat „Hand und Fuß“
Finger und Zehen sind das älteste Rechenhilfsmittel. Diese Methode wurde schon in der Urzeit verwendet. Das Rechnen mit „Händen und Füßen“ wird heute immer noch von jedem benutzt, ob es Naturvölker, Schüler oder Erwachsene sind.
http://www.rechenhilfsmittel.de/kh_curta.pdf
http://www.lerncafe.de/static_pages/lerncafe/55/index-option=com_content&task=view&id=604&Itemid=826.php.html

Das Kerbholz
Das Kerbholz ist das wahrscheinlich, nach dem mit Rechenhilfsmittel „Zählen mit den Händen“, das älteste Rechenhilfsmittel. In Erscheinung ist es etwa 30.000 v. Chr. getreten.
Mit ihm wurden Dinge wie Vieh, Sklaven usw. durch die Anzahl der Kerben im Kerbholz festgehalten. Damit war ein eindeutiger Nachweis möglich, wer wem wie viel getauscht hat.
http://geschichtederziffernundzahlen.gmxhome.de/GeschichteRecx.html

Der Abakus
Abakus ist aus dem griechischen entlehnt und bedeutet so viel wie „Tafel“ oder „Brett“.
Einer der ersten Abakusse tauchte etwa zwischen 2700 und 2300 v. Chr. auf und ist vermutlich sumerischen Ursprungs. (Sumer wird der Teil zwischen der Stadt Bagddad und dem Persischen Golf bezeichnet). Dieser war eine Holz- oder Tontafel, welche in Spalten unterteilt war, wobei jede Spalte eine Stelle im sumerischen Sexagesimalsystem darstellte. (Sexagesimalsystem = Stellenwertsystem bis 60). Auf diese Spalten legten dann die Sumerer gleichgroße Steine oder kurze Schilfrohre. Circa 2000 v. Chr. wurde der Abakus von den Babylonern übernommen und auf das Dezimalsystem übersetzt und angepasst.

https://de.wikipedia.org/wiki/Sumer
https://de.wikipedia.org/wiki/Sexagesimalsystem
https://de.wikipedia.org/wiki/Abakus_(Rechenhilfsmittel)

Napiersche Rechenstäbchen
Die Napiersche Rechenstäbchen wurde von John Napier, welcher von 1550 bis 1617 lebte, entwickelt. Diese galten als eine der ersten Multiplikationshilfen. Die Stäbchen bildeten die Grundlage für die erste Rechenmaschine von Wilhelm Schickard.
https://www.fmi.uni-jena.de/fmimedia/Fakultaet/Institute+und+Abteilungen/Abteilung+f%C3%BCr+Didaktik/GDI/Napiersche+Rechenst%E2%80%9Ebchen.pdf
https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/mathematik/artikel/napierstaebchen
 

0. Generation
Je nach Quelle wird als 0. Generation der Computer entweder ab ca. 1600 bis ca. 1940 (sprich von den Mechanischen Rechenmaschinen bis zu den Relaisrechnern(Elektromechanische Rechner)) oder ab den Relaisrechnern selbst. Allgemeine Merkmale der 0. Generation sind die Berechnung mithilfe von mechanischen Bauteilen. Das Relais selbst gilt als ein zwar durch Elektromagnetismus auslösender Schalter, da dabei aber durch einen Anker die Arbeitskontakte geschlossen werden gilt dieser auch elektromechanisches Bauelement.
Nachfolgend sind ein paar mechanische Rechenmaschinen aufgeführt und auch etwas näher beschrieben.

Mechanische Rechenmaschinen

Die Rechenmaschine von Wilhelm Schickard – „Die Rechenuhr“
Seine Rechenmaschine war die erste urkundlich erwähnte Rechenmaschine, welche er 1623 Johannes Kepler in einem Brief beschrieb. Die Rechenmaschine von Wilhelm Schickard hatte ein Addier- und Subtrahierwerk, sowie eine Vorrichtung zum Multiplizieren und Dividieren, welche den Napierschen Rechenstäbe, aber hier in Form von Zylindern, nachempfunden waren. Die Rechenuhr war in der Lage bis zu sechstellige Zahlen zu Addieren und Subtrahieren und signalisierte auch einen Speicherüberlauf, durch das Läuten einer Glocke.
https://de.wikipedia.org/wiki/Wilhelm_Schickard
https://www.webopedia.com/DidYouKnow/Hardware_Software/FiveGenerations.asp
https://de.wikipedia.org/wiki/Rechenmaschine
https://justsciencestuff.wordpress.com/2013/09/08/67/
Pascaline – Blaise Pascal’s Rechenmaschine
1642 wurde die Rechenmaschine mit dem Namen Pascaline, von Blaise Pascal, erfunden. Sie galt bis zum 20. Jahrhundert als älteste Rechenmaschine, bis zu dem Auffinden von Konstruktionen der „Rechenuhr“ von Wilhelm Schickard. Auch die Pascaline war in der Lage sechsstellige Zahlen zu addieren und subtrahieren. Die Subtraktion wurde aber durch die Addition des Komplements durchgeführt. Dies bedeutete man rechnete nicht 88 – 52 = 36 sondern 88 + 47 = 135 -> 35+1 -> 36. Die 47 kam so zustande indem die die Zahl 52 von 99 subtrahiert wurde. Dann lässt man die 1 Weg und addiert noch 1 auf das Ergebnis. Sowohl die Pascaline als auch die Rechenuhr wurden, aufgrund ihrer teils komplizierten Handhabung, nicht für den alltäglichen Einsatz verwendet, da auch teils Vorrichtungen fehlten die ein sicheres Arbeiten möglich machten.


https://de.wikipedia.org/wiki/Rechenmaschine
https://de.wikipedia.org/wiki/Pascaline
http://www.math.uni-magdeburg.de/private/henning/rechenmaschinen.pdf

 
Staffelwalzen-Maschine von Gottfried Wilhelm Leibniz
Gottfried Wilhelm Leibniz stellte 1673 die vom ihm entwickelte Staffelwalzen-Maschine der Royal Society in London vor. Seine Rechenmaschine war zu der Zeit schon gebrauchsfähig und funktionierte nach dem Staffelwalzenprinzip. Hier ein Bild zur Funktionsweise.
Der Bediener der Maschine stellte das Übertragungszahnrad (Zwischenrad) auf eine Ziffer von 0-9 gestellt. Dann dreht er die Staffelwalze (Nummer 2). Wenn zum Beispiel eine 5 eingestellt wurde greifen bloß 5 der 9 Zähne auf der Staffelwalze, da die restlichen 4 zu kurz sind.
http://www.rechenwerkzeug.de/pics/staffelw.gif
https://de.wikipedia.org/wiki/Staffelwalze

Tabelliermaschine
Diese wurde von Herman Hollerith erfunden und kam 1887 zur Volkszählung in den USA zum Einsatz. Das besondere an ihr war, dass sie mit Lochkarten arbeitete. Man führte in sie Lochkarten per Hand ein und die Maschine diente als Zähler. Die Tabelliermaschine beschleunigte die Auswertung der Volkszählung erheblich. Während die Auszählung 1880 noch 8 Jahre dauerte, konnte die Auswertung mithilfe der Tabelliermaschine der Volkszählung 1890 schon nach 1 Jahr beendet werden.
https://de.wikipedia.org/wiki/Tabelliermaschine
https://de.wikipedia.org/wiki/United_States_Census_1890
 
Zuse 1 von Konrad Zuse
Die Zuse 1 oder auch kurz Z1 genannt ist ein programmgesteuerter mechanischer Rechner, dessen Entwicklung ab 1935 durch Konrad Zuse realisiert wurde. Seine Motivation war zeitaufwändige, gut formalisierbare baustatische Berechnungen zu automatisieren.
Zitat: „Ich bin zu faul zum Rechnen.“ – Konrad Zuse
Der Rechner wurde im Wohnzimmer seiner gebaut und 1937 fertiggestellt. Die Z1 arbeitete als erster Rechner mit binären Zahlen und besaß ein Eingabe-, Ausgabe-, Rechen-, Speicher- und Programmwerk. Die Programme wurden von gelochten Filmstreifen abgelesen. Die Zuse 1 ist somit der Vorläufer des modernen Computers. Anzumerken ist das die Schaltglieder der Z1 sich des Öfteren verhakten. Leider wurde die Z1 durch den Bombenangriff auf Berlin 1943/1944 im Zweiten Weltkrieg zerstört. Aber Konrad Zuse baute von 1986 bis 1989 die Z1 für das Museum für Verkehr und Technik (heute Deutsches Technikmuseum Berlin) nach.

https://de.wikipedia.org/wiki/Z1_(Rechner)
 

Relaisrechner(Elektromechanische Rechner)

Zuse 2
Die Zuse 2 war ein Prototyp von Konrad Zuse um die Relaistechnik zu testen und um zu überprüfen ob Relais zuverlässigere Bauteile waren. Die Z2 wurde 1939 fertiggestellt und besaß eine Taktfrequenz von ca. 10 Hertz, ein binäres Festkommarechenwerk, beherrschte die vier Grundrechenarten, hatte einen 16-Bit-Speicher und wog 300 Kilogramm. Für die Z2 erhielt Zuse 25.000 Reichsmark von der Deutschen Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrttechnik, damit er die Z3 bauen konnte. Durch den Bombenangriff auf Berlin 1943/1944 im Zweiten Weltkrieg wurden die Pläne und Fotos von der Z2 zerstört
https://de.wikipedia.org/wiki/Zuse_Z2
Zuse 3
Die Zuse 3 wurde 1941 von Konrad Zuse Zusammenarbeit mit Helmut Schreyer in Berlin gebaut und war der erste funktionsfähige programmierbare Digitalrechner. Sie wurde am 12. Mai 1941 vor einer Gruppe von Wissenschaftlern vorgestellt. Ihre „Relais-Gleitkommaarithmetikeinheit bestand aus 600 Relais und konnte die vier Grundrechenarten, Quadratwurzel ziehen, Dezimal-Dual und Dual-Dezimalzahlen umwandeln. Außerdem bestand der Relais-Speicher aus 1400 Relais und hatte eine Speicherkapazität von 64 Worten (je 22 Bit für 1 Vorzeichenbit, 7 Bit Exponent und 14 Bit für die Mantisse). Programme wurde auch bei ihr über einen Lochstreifenleser eingelsen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Zuse_Z3

http://www.math.uni-magdeburg.de/private/henning/rechenmaschinen.pdf
http://www.rechenhilfsmittel.de/addierer.htm
https://de.wikipedia.org/wiki/Zuse_Z2
Der Mark 1
Der Mark 1 ist der zweite turingmächtige (universell programmierbarr) Computer nach dem Zuse 3. Er wurde von Howard Hathaway Aiken von der Harvard-Universität in Cambridge, Massachusetts, und IBM-Ingenieuren (Clair Lake, Frank E. Hamilton, Benjamin Durfee, James W. Bryce) entwickelt und von IBM gebaut zwischen 1943 und 1944 gebaut. Der Mark 1 verfügte über einen In- und Output über Lochstreifen.Eines der ersten Programme wurde am 29. März 1944 von John von Neumann ausgeführt. Dieser arbeitete am Manhattan Projekt und wollte ermitteln ob die Implosion zur Sprengung einer Atom Bombe eine realisierbare Möglichkeit ist. Seine Ausmaße waren 16m lang, 2,4m hoch, 0,6m tief und wog etwa 4500kg.
https://en.wikipedia.org/wiki/Harvard_Mark_I


 

1. Generation (Elektronenröhrenrechner)
Die 1. Generation ging von 1946 (ab der Veröffentlichung des ENIAC) bis 1955 (Bau des TRADIC – als erster Transistorrechner, welche die 2. Generation einläutet)
Wie der Name schon vermuten lässt basieren sie auf Elektronenröhren, also rein elektrischen Bauteilen. Diese Bauteile wurden für den Speicher und die Schaltung die den CPU darstellte verwendet. Diese Röhren produzierten sehr viel Wärme was eine gute Kühlleistung voraussetzte, da es sonst zu Fehlfunktionen und Störungen kam. Sie waren außerdem teuer, brannten gerne durch, verbrauchten viel Energie und Platz und waren auch unzuverlässig.
Der Ein- und Ausgang wurde mit Hilfe von Lochkarten/-streifen und Magnetbändern realisiert und Elektronenröhrenrechner unterstützen nur Maschinensprache, sprich Instruktionen(entweder im Dual- Hexadezimal oder Oktalsystem) die vom Prozessor direkt ausgeführt werden können. Programmiert wurden diese Rechner anfangs noch mit Steckverbindungen die man dann abfotografierte um ein Programm zu speichern und später wurde dies ebenfalls über Lochkarten realisiert.
http://deacademic.com/dic.nsf/dewiki/926894
https://www.tutorialspoint.com/computer_fundamentals/computer_first_generation.htm
https://www.webopedia.com/DidYouKnow/Hardware_Software/FiveGenerations.asp



ENIAC
ENIAC steht für Electronic Numerical Integrator and Computer und stellt die erste rein elektronische Rechenmaschine dar. Der ENIAC wurde von John Mauchly und John Adam Presper Eckert von der „University of Pennsylvania“ für die Berechnung ballistischer Tabellen für die US-Armee konstruiert bzw. entwickelt. (Ballistik Lehre = Lehre für den geworfenen Körper, in diesem Fall speziell Projektile [Gewehr und Rakten]). Der Tag der offiziellen Inbetriebnahme war der 14. Februar 1946 und der Computer bestand aus circa 20.000 Elektronenröhren, 70.000 Widerständen, geschätzten 5.000.000 händig gelötete Verbindungen, wog etwa 27 Tonnen, hatte eine Grundfläche von 167m² und seine Leistungsaufnahme betrug 150.000 Watt!!! Die Kosten der Konstruktion und der Entwicklung betrugen 487.000$, was 6.887.000$ im Jahr 2017 entspricht.
Für den Input wurde ein von IBM gefertigter Lochkartenleser genutzt und der Output wurde mit einem Lochkartenstanzer, welcher auch von IBM war realisiert.

Weitere namenhaften Beispiele für Elektronenröhrenrechner waren, EDVAC, UNIVAC, IBM-701 und IBM-650.
http://universal_lexikon.deacademic.com/234027/ENIAC
https://en.wikipedia.org/wiki/ENIAC
https://www.tutorialspoint.com/computer_fundamentals/computer_first_generation.htm
https://www.webopedia.com/DidYouKnow/Hardware_Software/FiveGenerations.asp

2. Generation (Transisorenrechner)
Die 2. Generation begann, wie schon unter Punkt „1.Generation“ genannt, mit dem Bau des TRADIC 1955 und endete Mitte der 60er Jahre. Der Transistor selbst wurde aber schon 1947 von der Firma Bell Labs in Murray Hill, New Jersey erfunden. Nennenswerte Eigenschaften sind die
größere Zuverlässigkeit, eine kompaktere Größe, weniger erzeugte Abwärme, geringerer Stromverbrauch im Vergleich zu der vorherigen Generation. Leider waren sie immer noch sehr kostenintensiv, aber unterstützten schon Assembler- und mitunter auch Höhere Programmiersprachen .(Anstatt das Verwenden von Zahlen konnten die Programmierer einzelne Wörter für bestimmte Befehle verwenden, der Unterschied zu den Höheren Programmiersprachen liegt aber in der Verwendbarkeit der Programmiersprache, welche bei Assembler nur unter einer bestimmten Computer-Architektur funktionierte, während bei Höheren Programmiersprachen eine gewisse Portabilität aufweist). Namenhafte Beispiele für die 2.Generation sind der der schon genannte TRADIC, der Harwell CADET, UNIVAC 1108, IBM 1620, IBM 7094, CDC 1604 und CDC 3600.
https://en.wikipedia.org/wiki/Assembly_language
https://www.webopedia.com/DidYouKnow/Hardware_Software/FiveGenerations.asp
https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor
https://www.tutorialspoint.com/computer_fundamentals/computer_second_generation.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Harwell_CADET
https://en.wikipedia.org/wiki/TRADIC
3. Generation (Integrierte Schaltkreise)
Die 3.Generation wird ab Mitte der 60er Jahre bis zum Anfang der 70er Jahre angesiedelt. Die Computer nutzen sogenannte ICs (Integrated Circiuts = Integrierte Schaltkreise) anstelle von Transistoren. Ein einzelner IC besitzt selbst viele Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren mit den damit verbundenen Schaltkreisen und wird aus einem Halbleiter hergestellt, die ersten Varianten noch aus Germanium, später und bis heute jedoch aus Silizium. Der erste IC wurde von Jack Kilby, der der Firma Texas Instruments zugehörig war, auf Germanium hergestellt. Integrierte Schaltkreise gelten bis zum heutigen Tag noch als wichtigen Teil der Rechentechnik, da mittlerweile jedes elektronische Gerät welche besitzt.
Vorteile der Integrierten Schaltkreise gegenüber der vorherigen Generation waren das sie noch kleiner waren, noch weniger Wärme erzeugten, schneller waren, weniger Strom verbrauchten, zuverlässiger waren und jetzt auch durchgehend Höhere Programmiersprachen unterstützen.
Eine weitere Neuerung war das nun mit dem Computer nicht mehr über Lochkarten sondern über Keyboard, Monitor und einem Betriebssystem interagiert wurde. Das besondere daran, das Betriebssystem ermöglichte das Ausführen mehrerer Programme zur gleichen Zeit. Aufgrund des kleineren Formats und der günstigeren Anschaffungskosten (im Vergleich zu den vorherigen Generationen) konnten sich nun auch eine größere Menge an Leuten sich diese Geräte für ihr Unternehmen leisten.
Beispiele für die Verwendung von ICs waren IBM-360 series, Honeywell-6000 series, PDP (Personal Data Processor), IBM-370/168 und TDC-316

https://en.wikipedia.org/wiki/Invention_of_the_integrated_circuit
https://www.webopedia.com/DidYouKnow/Hardware_Software/FiveGenerations.asp
https://www.tutorialspoint.com/computer_fundamentals/computer_third_generation.htm
4. Generation (Mikroprozessoren)

Eingeläutet wurde die 4. Generation mit dem Intel 4004, welcher 1971 entwickelt wurde und er stellt den ersten in Serie produzierten sowie auf dem freien Markt erhältlichen Mikroprozessor dar. Dieser arbeitete mit einer Frequenz von 740kHz, besaß 2300 Transistoren und brachte im Prinzip das was in der 1. Generation noch Räume gefüllt hatte, auf etwa 12mm² unter. Durch die nun noch kleineren, günstigeren und vor allem leistungsfähigeren Rechner erfreuten sich die sogenannten „PCs“ (Personal Computer) nun auch einer großen Beliebtheit. Die 4. Generation brachte auch die Entwicklung von Grafischen-Benutzeroberflächen, die Maus und das Internet mit sich.
Darüber hinaus findet der Mikroprozessor bis heute und wahrscheinlich auch bis in weite Zukunft seine Verwendung in allen möglichen elektronischen Geräten.
Mikroprozessoren wurden früher wie auch heute mit Höheren Programmiersprachen programmiert.

https://de.wikipedia.org/wiki/Intel_4004
https://www.webopedia.com/DidYouKnow/Hardware_Software/FiveGenerations.asp
https://www.tutorialspoint.com/computer_fundamentals/computer_fourth_generation.htm
http://www.thocp.net/timeline/1970.htm
https://de.wikipedia.org/wiki/Geschichte_des_Internets
5. Generation (künstliche Intelligenz, Quantencomputer und Parallelrechner)

Eins Vorweg, die 5. Generation erhält laut verschiedenen Quellen unterschiedliche Höhepunkte, ich habe mich für die 3 oben genannten entschieden.