Rechenmaschinen

Der weite Weg bis zur technischen Revolution

Prolog

Auf den folgenden Seiten möchte ich versuchen ein paar Meilensteine in der Entwicklung der Computer aufzulisten. Es dürfte wohl unmöglich sein, eine komplette Übersicht zu erstellen und ist auch hier gar nicht beabsichtigt. Ein weiteres Problem: Wie soll eine Auflistung der wichtigsten Ereignisse aussehen? Thematisch oder Chronologisch geordnet? Geordnet nach Personen oder Rechenmaschinen? Ich habe mich für eine chronologische Auflistung entschieden, in der ich bei den einzelnen Personen eine kleine Biographie mit aufgenommen habe.

Wer diese Seiten ergänzen möchte, weil die eine oder andere Persönlichkeit fehlt, kann mir seine Ergänzung gerne, wenn möglich mit Bild(ern), zusenden. Ich werde den Namen des Autors gerne, sofern er mit dieses erlaubt, mit auf diesen Seiten veröffentlichen.

Evolution

Der Anfang

Vor ca.10 bis 15 Mrd. Jahren wird das Universum geboren. Nach einer Sekunde beginnen Elektronen und Antielektronen, die Positronen, zu kollidieren. Glücklicherweise bleiben aber einige „wenige“ Elektronen übrig, die später (für uns) noch sehr wichtig sein werden… Nach einer Minute gibt es die ersten „einfachen“ Elemente, wie Wasserstoff und Helium, aber erst nach weiteren 300000 Jahren entstehen die ersten schwereren Atome.

1 Mrd. Jahre nach dem Urknall entstehen die ersten Galaxien und nach 5-10 Mrd. Jahren (oder auch vor 5 Mrd. Jahren für uns) bildet sich die Erde. Vor 3,4 Mrd. Jahren entstehen dann die ersten Einzeller, aber es soll noch weitere 1,7 Mrd. Jahre dauern, bis sich eine einfache DNS entwickelt. Vor 700 Mio. Jahren entstehen schließlich die ersten Pflanzen und Tiere und „nur“ 695 Mio. Jahre später erscheint der erste Mensch in Form des „Homo habilis“. Nach ein paar „Weiterentwicklungen“, über den „Homo erectus“ (vor 2 Mio. Jahren), „Homo sapiens“ (vor 500.000 Jahren) und „Homo sapiens neanderthalensis“ (vor 100.000 Jahren), erscheinen vor 90.000 Jahren unsere ersten Vorfahren, der „Homo sapien sapiens“. Dieser ist 60.000 Jahre später auch die einzige überlebende Unterart.

Die technische Entwicklung und die ersten Zahlensysteme

Vor 10.000 Jahren beginnt dann das moderne Zeitalter der technischen Entwicklung mit der landwirtschaftlichen Revolution. Aber es soll noch weitere 4500 Jahre dauern, bis die ersten Schriften in Gebrauch sind. Über die ganzen Jahrhunderte hinweg, bedient sich der Mensch seiner Finger, um zu zählen. Kein Wunder, dass die ersten Zahlensysteme deshalb von der Anzahl der Finger ausgehen. Römer, Maya und Chinesen führten ein Fünfer-System ein, Sumerer und Ägypter ein Zehner-System, Inder und Maya ein Zwanziger-System und Sumerer und Babylonier kannten auch noch ein Sechziger-System, das heute noch bei der Zeiteinteilung von Uhren verwendet wird.

AbakusAb 3500 v.Chr. entstehen die ersten vollständigen Zahlensysteme. Die Babylonier (3500-3200 v.Chr.) sind dir ersten, gefolgt von den Ägyptern (3500-3000 v.Chr.). Ca. 3200 v.Chr. wird die erste Rechenmaschine, der Abakus, entwickelt. Dieser erlaubt es Zahlen relativ schnell zu addieren und subtrahieren. Die Römer verwenden ein Rechenbrett, das sie Abakus (von abax, Tafel) nennen. Später entsteht die heute bekanntere Form mit beweglichen Kugeln. Derartige Rechenbretter gibt es auch bei anderen Völkern, z.B. bei den Chinesen als Suan-pan bekannt, bei den Russen als Stschoty. Ab 3000 v.Chr. entstehen dann endlich die ersten Uhren, in Form von Wasseruhren. Die Chinesen machen hierbei den Anfang, 1500 Jahre später folgen die Äqypter und weitere 800 Jahre später die Assyrier.

Große Schritte

427 v.Chr. wird Platon geboren. In seinen Werken stellt er als erster den Zusammenhang zwischen menschlichen Denken zu der Mechanik dar. Er gehört aber auch zu denen, die die mathematische Theorie sehr viel weiterbringen. Erst 725 wird der nächste große Schritt gemacht: Ein chinesischer Ingenieur und ein buddhistischer Mönch, entwickeln die erste mechanische Uhr, die mit einer Hemmung arbeitet.

Rechenmaschine von Leonardo da Vinci 427 v.Chr. 1494 entwirft Leonardo da Vinci eine erste Uhr mit Pendel (eine korrekt arbeitende Pendeluhr wird aber erst 200 Jahre später gebaut). Er entwirft auch einige mechanische Rechenmaschinen, deren Aufbau aber nicht mehr erhalten ist. Bis zum 17. Jahrhundert wird der Bau von Pendel- und Taschenuhren immer weiter verfeinert. Diese Feinmechanik ist die Grundlage für die Entstehung der ersten mechanischen Rechenmaschinen.

Im 6. bis 8. Jahrhundert v.Chr. entsteht auch unser heutiges Zahlensystem (das indisch-arabische Zahlensystem). Es entsteht in Indien und wird von den Arabern über Spanien nach Europa gebracht. Es ist Adam Ries (fälschlicherweise: Adam Riese) zu verdanken, dass sich dieses Zahlensystem in Deutschland nach anfänglicher Ablehnung und sogar Verbot durchsetzte. Ries schrieb Anfang des 16.Jahrhunderts einige wichtige Rechenbücher, die das Rechnen mit den vier Grundrechenarten mit dem indisch-arabischen Zahlensystem erklärten.

Wilhelm Schickard

Wilhelm SchickardWilhelm Schickard wird am 22.4.1592 in Herrenberg (nahe Tübingen) geboren. Nach seiner Ausbildung an der Universität in Tübingen, studiert er ab 1611 Theologie und orientalische Sprachen bis 1613. Bis 1619 arbeitet er für die Kirche und wird schließlich Professor für Hebräisch an der Universität Tübingen.

Rechenmaschine von Schickard 1623 Er entwickelt 1623, lange vor Pascal und Leibniz, die erste mechanische Rechenmaschine der Welt. Das Original ist nicht mehr erhalten, aber nach schriftlichen Dokumenten wurde ein Nachbau erstellt. Die Maschine beherrscht alle vier Grundrechenarten und wird z.B. von Kepler benutzt. Allerdings sind die Multiplikation und Division nur manuell möglich, Teilprodukte müssen über die Neperschen Rechenstäbe bestimmt werden und dann zur Addition in die Maschine eingegeben werden.

1631 wird er schließlich Professor für Astronomie. Seine Forschungsbereiche umfassen die Astronomie und Mathematik; ein weiteres seiner Gebiete ist die Verbesserung der Karteographie. Schickard stirbt am 24.10.1635 an einer Seuche.

Blaise Pascal

Blaise PascalBlaise Pascal wird am 19.6.1623 in Clermont, Frankreich, geboren. 1632 zieht Blaise Pascal (mit seiner Familie) nach Paris. Er wird von seinem Vater unterrichtet, der bestimmt, dass Blaise keine Mathematik vor seinem 15.Lebensjahr unterrichtet bekommen soll. Blaise wird aber dadurch ermutigt und beginnt sich selber Geometrie im Alter von 12 beizubringen. Als sein Vater entdeckt, dass sein Sohn bereits herausgefunden hat, dass die Summe aller Winkel eines Dreiecks 180 Grad ergibt, erlaubt er ihm ein Exemplar von Euklid. Mit 16 stellt Blaise ein Papier vor, dass einige Geometrische Theoreme enthält. Ende 1639 zieht Pascals Familie nach Rouen um, wo sein Vater die Steuern eintreiben soll.

Rechenmaschine von Pascal 1642 1642 entwickelt Blaise Pascal die erste automatische Rechenmaschine Pascaline der Welt, die seinem Vater bei der Steuerberechnung helfen soll. Die Maschine erlaubt es zu addieren und zu subtrahieren. Blaise Pascal hat bei der Entwicklung mit einigen Schwierigkeiten zu kämpfen, die auf die derzeitige Währung in Frankreich zurückzuführen sind. Bis 1652 werden 50 Prototypen hergestellt, aber es werden nur wenige davon verkauft.

Ab 1646 beginnt Pascal damit Experimente mit dem Luftdruck anzustellen. Ein Jahr später beweist er, dass ein Vakuum existiert. 1653 beschreibt er seine Gesetze vom Druck in einer Abhandlung. Auch studiert Pascal die Gesetze des Pascal’schen Dreiecks und obwohl er nicht der erste dabei ist, ist seine Abhandlung doch die wichtigste über die Binomialkoeffizienten.

Trotz gesundheitlicher Probleme arbeitet er weiter an mathematischen und wissenschaftlichen Problemen, bis er Ende 1654 fast bei einem Unfall ums Leben kommt und seitdem psychische Probleme hat. Pascal wird zutiefst religiös und veröffentlicht anonym religiöse Arbeiten. 1658 beginnt er aber wieder damit über mathematische Probleme nachzudenken. Am 19.8.1662 stirbt Pascal an einem bösartigem Magentumor.

Gottfried Wilhelm von Leibniz

Gottfried Wilhelm von Leibniz Gottfried Wilhelm von Leibniz wird am 1.7.1646 in Leipzig geboren. Er ist der Sohn von Friedrich Leibniz, einem Professor der Philosophie. Schon früh lernt er moralische und religiöse Werte, die in seinem späteren Leben eine große Rolle spielen werden. Im Alter von sieben Jahren besucht er die Nicolai Schule in Leipzig. Dort wird ihm zwar Latein gelehrt, aber er bringt sich selbst noch Griechisch bis zu seinem 12.Lebensjahr bei. Er setzt seine Studien fort mit der aristotelischen Logik. Diese befriedigen ihn aber nicht sehr und so beginnt er damit eigene Ideen zu entwickeln.

1661 – er ist gerade 14 – beginnt er die Universität von Leipzig zu besuchen und Philosophie und Mathematik zu studieren. 1663 beginnt er damit seinen Doktortitel in Philosophie zu erwerben. Anschließend arbeitet er an seiner Habilitation. Seine Arbeit wird 1663 veröffentlicht, trotzdem verweigert man ihm den Doktortitel in Leipzig. Er wechselt an die Universität von Altdorf wo er seinen Doktortitel 1667 erhält. Einen Lehrstuhl lehnt er aber dort ab.

Rechenmaschine von Leibniz 1694 Ab 1667 lebt Leibniz in Frankfurt und beginnt sich für die Bewegungstheorie zu interessieren. Er beginnt auch damit eine Rechenmaschine zu entwickeln. 1672 geht er nach Paris um Louis XIV davon zu überzeugen, lieber mit Ägypten Krieg zu führen, anstelle immer wieder deutsche Gebiete anzugreifen. Zuerst versucht er den Kontakt mit der französischen Regierung herzustellen, aber während er auf eine passende Gelegenheit wartet, trifft er sich immer wieder mit Mathematikern und Philosophen. In Paris studiert er 1672 Mathematik und Physik. 1673 zieht Leibniz nach England und stellt der Royal Society seine (noch nicht fertiggestellte) Rechenmaschine vor. Ende 1673 kehrt Leibniz nach Paris zurück.

1675 benutzt Leibniz zum ersten Mal in einem Skript die „‚Integral‘ f(x) dx“-Schreibweise und gibt die Produktregel der Differentiation an. Leibniz entwickelt in den nächsten Jahren eine Reihe weiterer mathematischer Gesetzmäßigkeiten. 1676 zieht er nach Hannover und drei Jahre später ist er der Urheber der Gesetze der binären Arithmetik, noch bevor Georg Bool 1847 seine Gedanken zur formalen Logik, insbesondere der binären Logik und Arithmetik, formuliert. In dieser Zeit veröffentlicht Leibniz viele wichtige mathematische Skripte.

1694 vollendet Leibniz seine Rechenmaschine, die durch wiederholte Addition multipliziert. Diese beherrscht alle vier Grundrechenarten. 1711 wird er von Keill an der Royal Society des Plagiats beschuldigt, ohne dass er seine Meinung dazu äußern kann. Rückendeckung bekommt Keill von Newton. Aber als Newton direkt an Leibniz schreibt, gibt dieser ihm eine detaillierte Beschreibung seiner Kalkulationen. Am 14.11.1716 stirbt Leibniz in Hannover.

Leibniz Rechenmaschine kann aber erst 1894 zur einwandfreien Funktion gebracht werden, als die Feinmechanik weiter fortgeschritten ist.

Charles Babbage

Charles BabbageCharles Babbage wird am 26.12.1791 in London geboren. Er wurde an vielen Privatschulen ausgebildet. Nach dem Besuch der Schule in Alpington wurde er nach Forty Hill, Enfield, Middlesex geschickt. Er zeigt schon früh großes Interesse an der Mathematik und nachdem er die Schule verlassen hat und zu Hause von einem Oxford-Lehrer auf Universitätsniveau gebracht wurde, beginnt er 1810 seine Studien am Trinity College in Cambridge. Babbage bringt in den nächsten Jahren einige Publikationen über Mathematik heraus. Am College in Peterhouse macht er 1814 seinen Abschluss. 1815 zieht er wieder nach London und tritt der Royal Society bei. 1820 wird er an die Royal Society in Edinburgh berufen. Im selben Jahr beginnt er auch für die Royal Astronomical Society zu arbeiten.

Analytischen Maschine von Babbage 1832 Dort erkennt er, wie wichtig eine Rechenmaschine sein kann. Er beginnt mit der Konstruktion einer kleinen Maschine, der „Differenzmaschine“, und stellt diese 1822 fertig. Er wird 1823 dafür von der Royal Astronomical Society ausgezeichnet. Dieses Projekt erweist sich aber als zu kompliziert und zu teuer, so dass er dieses 1834 wieder verwirft und sein Augenmerk auf die Entwicklung eines Allzweckcomputers richtet.

Ab 1832 entwickelt er das Prinzip der Analytischen Maschine. Man kann diese als ersten Computer der Welt bezeichnen, auch wenn diese nie funktionierte. Die Analytische Maschine kann für viele mathematische und logische Probleme programmiert werden und erlaubt es 1000 „Wörter“ mit je 50 Ziffern Länge zu speichern (das sind ca. 175000 Bits).

Babbage konstruiert die Maschine so, dass sie über unendlich viel Speicher verfügt, der über Lochkarten bereitgestellt wird. Bemerkenswert ist auch, dass diese Maschine einem heutigen Rechner schon sehr geähnelt hat, so verfügt sie über eine besondere Speichereinheit für eine Maschinensprache, die der heutigen sehr ähnlich ist und kann logische und arithmetische Operationen wie eine CPU durchführen.

Babbage ist mit Ada Lovelace liiert, der einzigen legitimen Tochter des Dichters Lord Byron. Sie steuert viele Ideen zur Programmierung von Maschinen bei, u.a. erfindet sie die Programmschleifen und Unterprogramme. Ada Lovelace wird so zur ersten Programmiererin der Welt (und bleibt es auch bis ins 20.Jahrhundert).

Bis zu seinem Tode am 18.10.1871 kann Charles Babbage seine „Analytische Maschine“ leider nicht mehr fertigstellen, aber er hinterlässt eine Unzahl von Zeichnungen für diese.

Herman Hollerith

Herman HollerithRechner von Hollerith 1890 Am 29.2.1860 wird Herman Hollerith in Buffalo, New York, USA geboren. Herman Hollerith besucht das City College in New York ab 1875 und beginnt 1879 an der Columbia School in Mines zu studieren. Nach seinem Abschluss als graduierter Bergwerksingenieur nimmt er 1880 eine Stelle im US-Census als Statistiker an. 1882 tritt er dem Massachusetts Institute of Technology bei, wo er Ingenieure ausbildet. 1884 wechselt er abermals den Job und nimmt eine Stelle am US Patentamt an. 1884 bekommt er sein erstes Patent für ein Verfahren, dass Daten in Lochkarten in elektrische Impulse umwandelt.

1890 lässt sich Herman Hollerith eine elektromechanische Machine zur Informationsverarbeitung mit Lochkarten patentieren. Diese wird 1890 in der 11.US-Volkszählung eingesetzt. Am 11.November 1891 können die Leser im „The Electric Engineer“ folgenden Text lesen: „Dieser Apparat arbeitet unfehlbar wie die Mühlen Gottes, aber er schlägt sie glatt in Bezug auf die Geschwindigkeit“. 1896 gründet er die Tabulating Machine Company, aus der sich später die IBM entwickelt. 1900 verbessert er seine Maschine um eine automatische Lochkartenzuführung, um Daten noch schneller verarbeiten zu können. Nachdem die Tabulating Machine Company einige Firmen übernommen hatte, wird sie in Computing-Tabulating-Recording (CTR) umbenannt. 1924 wird Thomas J. Watson Vorstandsvorsitzender der CTR und nennt diese jetzt International Business Machines (IBM). Die IBM wird Marktführer im Bereich der elektronischen Datenverarbeitung. Am 17.11.1929 stirbt Herman Hollerith in Washington.

Erste Tastaturen

Keyboard nach Christopher Latham Sholes 1874 entwickelt Christopher Latham Sholes ein Keyboard-Layout, das es erlauben soll auf Schreibmaschinen so schnell wie möglich zu schreiben. Ein Problem der ersten Schreibmaschinen ist es, dass die Mechanik sich beim schnellen Schreiben verhakt. So ordnet Sholes die Tasten so an, dass die Hämmerchen von häufig benutzen Zeichenkombinationen (im englischen), wie „sh“, „er“ und „ed“ möglichst weit auseinander liegen, damit diese sich nicht mehr verhaken können. Das erste Keyboard benutzt eine „QWERTY“ Tastatur und verfügt über keine Taste für die „1“, die aber durch ein „I“ dargestellt werden kann. In Deutschland setzt sich „QWERTZ“ und in Frankreich „AZERTY“ durch. Das 10-Finger-System wird aber erst 1888 von Frank E.McGurrin entwickelt, der sich für ein Schnellschreib-Wettbewerb ein eigenes System ausgedacht hatte (und damit auch den Wettbewerb gewinnt).

Keyboard nach August Dvorak Schreibmaschine mit Dvorak-Tastatur 1936 entwickelt August Dvorak eine alternative Tastaturbelegung, die es erlauben soll, wesentlich schneller als mit dem Sholes Keyboard zu schreiben. Er legt die häufiger benutzten Tasten auf die rechte Seite der Tastatur, da die meisten Benutzer Rechtshänder sind, die weniger häufig verwendeten ordnet er auf der linken Seite an. Er versucht dabei die optimale Position basierend auf der Zeichenhäufigkeit und Benutzerergonomie zu finden. Sein Keyboard verfügt auch schon über Großumschalttasten.

Seine Verbesserungen sind extrem zu spüren: Kann man mit Shoes Belegung mit den Tasten in der Grundposition gerade mal 120 Wörter bilden, sind es bei Dvoraks Belegung über 3000 Wörter. Der Benutzer kann ca. 20%-50% schneller schreiben, aber er kommt nicht dazu Schreibmaschinen mit seinem neuen Keyboard zu verkaufen, da die Benutzer nicht wieder umlernen wollen.

Danksagungen & Links

Einige Bilder und Informationen stammten aus folgenden Quellen:

Quellen: HNF – Heinz Nixdorf Museum, German Web Computer Museum, History of Mathematics

Besonderer Dank geht an „History of Mathematics“ deren Biographien ich gekürzt verwenden durfte.