Vorgeschichte

Der Begriff Informatik, der eine Wissenschaft, welche sich mit der Nutzung und Anwendung von Computern mithilfe elektronischer Datenverarbeitung beschäftigt, beschreibt, basiert auf drei prägenden Fachgebieten, die den Grundstein dafür legten:

  • Mathematik (Rechnen mit Zahlen und Bestimmung logischer Vorgänge)
  • Mechanik (Konstruktion und Funktionsweise technischer Geräte)
  • Elektronik (Steuerung und Anwendung des elektrischen Stromes)

Das älteste bekannte Rechenhilfsmittel ist der 1100 v. Chr. von den Ostasiern entwickelte Abakus (lat. "abacus" = Tafel/Brett), der an ein modernes Rechenbrett erinnert und verschiebbare Perlen eingebaut hatte, mit denen man die mathematischen Grundrechenarten (Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division) durchführen konnte.

Die erste mechanische Rechenmaschine wurde jedoch erst 1623 von dem deutschen Astronomen und Mathematiker Wilhelm Schickard entwickelt, um astronomische Rechnungen zu erleichtern. Die Konstruktion des Abakus wurde durch zusätzliche Rechenstäbchen erweitert, mit welchen komplexere Berechnungen, die Multiplikation und Division erhielten, möglich gemacht wurden.

Der französische Mathematiker und Physiker Blaise Pascal entwickelte 1642 eine auf Schickards Version basierenden Rechenmaschine, die dieser konstruktionstechnisch ähnelte. Pascals Rechenmaschine war eine Zweispeziesmaschine, die alle Techniken der Addition und Subtraktion erlaubte.

Die technisch fortschrittlichste Rechenmaschine wurde 1671 von dem deutschen Philosophen und Mathematiker Gottfried Wilhelm Leibniz entwickelt, mit welcher die fließende Durchführung aller vier Grundrechenarten möglich war (Vierspeziesrechner). Anders als bei Schickard und Pascal standen bei Leibniz eher philosophische Motive im Vordergrund. Außerdem war er der erste Mathematiker, der entdeckte, dass binäre Zahlencodes, wie sie heute bei den Programmierungen von Computersystemen verwendet werden, mit den Prinzipien der Arithmetik (Rechnen mit Zahlen/Buchstaben) und der Logik verknüpft werden können.

Zwei Jahrhunderte später kam es erneut zu einer technischen Revolution, als der britische Mathematiker und Philosoph Charles Babbage in den Jahren 1822 bis 1832 gleich zwei mechanische Rechenmaschinen entwickelte, zum einen die Difference Engine, die speziell auf die Berechnung von polynomialen (endliche Summen von Vielfachen von Potenzen) Funktionen ausgelegt war, sowie die Analytical Engine für allgemeine mathematische Anwendungen.

Im Gegensatz zur Difference Engine wurde die Analytical Engine nie vollendet, die detaillierten Pläne gelten aber als korrekt. Die Analytical Engine sollte von einer Dampfmaschine angetrieben werden, die Eingabe sollte mit Lochkarten funktionieren. Hätte Babbage die Maschine vollendet, so wäre sie der erste Computer gewesen. Ada Lovelace, die Lochkartenprogramme für die Analytical Engine entwickelte, gilt heute als die erste Programmiererin.

Um die Datenspeicherung zu vereinfachen, entwickelte der US-amerikanische Unternehmer und Ingenieur Herman Hollerith 1884 die erste elektrisch arbeitende Lochkartenmaschine. Diese wurde unter anderem im Bereich der Eisenbahn eingesetzt, um die Daten aller reisenden Passagiere zu erfassen und zu überprüfen.

Der Abakus, Urheber: Flominator, commons.wikimedia.org, CC BY-SA 3.0

Nachbau von Wilhelm Schickards Rechenmaschine

Blaise Pascals Rechenmaschine, Urheber: David Monniaux, commons.wikimedia.org, CC-BY-SA-2.0

Gottfried Wilhelm Leibniz' Rechenmaschine, Urheber: Pavel Eremeev, commons.wikimedia.org, CC-BY-SA-2.0

Charles Babbages Difference Engine, Urheber: Geni, commons.wikimedia.org, CC-BY-SA-4.0

Teil von Charles Babbages Analytical Engine, Urheber: Science Museum, commons.wikimedia.org, CC-BY-SA-2.0

Herman Holleriths Lochkartenmaschine, Urheber: Adam Schuster, commons.wikimedia.org, CC-BY-SA-2.0

20. Jahrhundert

Als die technische Industrie schon weiter fortgeschritten war, machte es sich der deutsche Bauingenieur und Unternehmer Konrad Zuse es sich zum Ziel, den ersten funktionsfähigen programmgesteuerten Rechenautomaten zu entwickeln. Dies gelang ihm 1937 mit dem Z1, der komplett aus mechanischen Bauteilen zusammengebaut wurde und der erste Rechner war, der mit binären Zahlen arbeitete.

1939 entwickelte Zuse den Nachfolger des Z1, den Z2. Zum Bau wurden Relaisschalter (elektromagnetisch betriebene Schalter) verwendet.

1941 konnte er schließlich das dritte Modell Z3 fertigstellen. Dieser konnte vollautomatisch Berechnungen durchführen und galt als der erste funktionsfähige Digitalrechner weltweit.

1943 entwarf der britische Mathematiker und Informatiker Alan Turing den ersten elektronischen Digitalcomputer Colossus, der hauptsächlich eingesetzt wurde, um Geheimnachrichten des deutschen Militärs während des Zweiten Weltkriegs zu entschlüsseln

1945, wenige Jahre später, schaffte es der US-amerikanische Computerpionier Howard Aiken, den ersten digitalen Großrechner zu entwickeln, den er Mark I taufte.

Nur ein Jahr nach dem Erfolg von Aiken, konstruierten die beiden Computeringenieure und Physiker John Presper Eckert und John William Mauchly den ersten rein elektronischen Universalrechner ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), der von der US-Armee zur Berechnung von ballistischen Tabellen genutzt wurde.

Über die Jahre hinweg entwickelten sich verschiedene Computergenerationen:

1. Generation: Nutzung von Elektronenröhren (1952-1960)

2. Generation: Einsetzung von Programmiersprachen (1960-1965)

3. Generation: Entstehung kleinerer Computer (1965-1970)

4. Generation: Entwicklung von Mikroprozessoren (1970-1980)

5. Generation: Verwendung hochintegrierter Schaltkreise (seit 1980)

Nachbau des Zuse Z1, Urheber: ComputerGeek, commons.wikimedia.org, CC-BY-SA-3.0

Nachbau des Zuse Z3, Urheber: Venusianer, commons.wikimedia.org

Alan Turings Colossus

Howard Aikens Mark I, Urheber: Daderot, commons.wikimedia.org, CC-BY-SA-3.0

Der ENIAC

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