Als der Computer das Gehen lernte… Teil I

History Lesson

Bereits im 17. Jahrhundert konstruierte Pascal eine Addiermaschine bestehend aus einem komplexen Gefüge aus Zahnrädern und ähnlichen Bauteilen. Solche Rechenmaschinen wurden immer leistungsfähiger und komplexer, waren jedoch auf die Berechnung einzelner eingegebener Rechenaufgaben beschränkt. 1941 gelang der Durchbrauch: Der deutsche Bauingenieur Konrad Zuse erfand programmierbare elektromechanische Rechenautomaten. Die Zuse Z3 (1941) arbeitete mit Relais (elektromagnetischen Schaltern aus der Telefontechnik). Sie verwendete eine binäre Fließkommaarithmetik mit einer Wortbreite von 22 Bit: 1 Bit für das Vorzeichen, 14 Bit für die Mantisse und 7 Bit für den Exponenten. Der Hauptspeicher besaß eine Kapazität von 64 Maschinenwörtern, also 64 × 22 = 132 Bit! Die Z3 war nicht nur der erste funktionsfähige Digitalrechner sondern auch der erste, der auf dem binären Zahlensystem basierte. Die Z3 gilt daher als erster funktionsfähiger Computer.

Der Rechner von Zuse war elektromechanisch, dh die Steuerung des Gerätes geschah indirekt durch elektrischen Strom, der mechanische Bauteile bediente.

Die erste Rechnergeneration (1945 – 1955)
Bei der ersten Rechnergeneration handelte es sich um Röhrenrechner, die von einer Personengruppe entworfen, gebaut, programmiert und gewartet wurden. Programmiert wurde in Maschinensprache ohne jegliches Betriebssystem. Auf der Grundlage der Forschungen von John von Neumann, der das theoretische Modell eines Computers formulierte, wurden in den USA Geräte wie Harvard Mark I (1944, hatte ein Gewicht von 35 Tonnen sowie eine Frontlänge von 16 Metern) und der berühmte ENIAC (1946, der erste rein elektronische digitale Universalrechner) gebaut. Diese erste Generation elektronischer Computer arbeitete mit Elektronenröhren als Schaltelementen.

Die zweite Rechnergeneration (1955 – 1965)
Ab den 1950er-Jahren wurden die teuren und stromhungrigen Röhren durch Transistoren ersetzt was zu den Transistorrechnern führte. Durch die Transistortechnik ließen sich kleinere, leistungsfähigere und weniger störanfällige Rechner konstruieren. Gesteuert wurden diese vorerst durch Lochkarten, bis die Entwicklung von Terminals den direkten Dialog mit dem Computer ermöglichte – Ein Programmierer konnte über eine Tastatur Befehle eingeben und ein unmittelbares Feedback erhalten. Entwicklung, Bau, Programmierung und Wartung wurden nun getrennt. Die nach wie vor riesigen Maschinen waren in eigenen Räumen untergebracht.

Die dritte Rechnergeneration (1965 – 1980)
In den 1960er-Jahren gelang es, durch fotolithografische Verfahren große Mengen von Transistorschaltungen auf Halbleiterplatten unterzubringen – es begann die Entwicklung der integrierten Schaltkreise. Allmählich waren Computer in verschiedenen Größen verfügbar: Die Großrechner oder Mainframes bildeten die Rechenzentren von großen Behörden, Versicherungskonzernen oder Universitäten. Daneben kamen die sogenannten Kleincomputer auf in der Größe von Kleiderschränken. Für spezielle Anwendungszwecke werden Rechner dieser Generation noch heute eingesetzt.

Für Klein- und Minicomputer wurden übrigens die ersten standardisierten Betriebssysteme und Anwendungsprogramme entwickelt. Dies erforderte die Entwicklung leicht kopierbarer Speichermedien. Ein wichtiger Schritt in diese Richtung war die Verwendung von Magnetbandspulen als Datenspeicher, ihr Aussehen und ihre Funktionsweise entsprachen den etwa zur selben Zeit verbreiteten Tonbändern.

Die vierte Rechnergeneration (1980 – heute)
Rechner mit integrierten Schaltkreisen waren fest verdrahtet – sie konnten nur eine einzelne, festgelegte Aufgabe erfüllen. Anfang der 1970er-Jahre wurden zusätzlich frei programmierbare ICs entwickelt, die man Mikroprozessoren nannte. Allgemein wird der Intel 4004 als erster Prozessor betrachtet. Dieser war ein 4-Bit-Mikroprozessor, der Informationen verarbeiten konnte, die aus einer Abfolge von vier Einsen oder Nullen bestanden. Mit dieser Wortbreite lassen sich sechzehn verschiedene Werte darstellen, zum Beispiel die Zahlen 0 bis 15. Der Prozessor verstand verschiedene Arten von grundlegenden Befehlen: Er beherrschte arithmetische Operationen, also Berechnungen in den Grundrechenarten, und konnte logische Verknüpfungen und Vergleiche durchführen und auf der Basis ihrer Ergebnisse die »Entscheidung« treffen, an einer anderen Stelle im Programm fortzufahren.

Der Intel 8080 konnte bereits 8 Bit verarbeiten. Für dieses zunächst nicht besonders nützliche Gerät entwarfen Bastler Schnittstellen für Monitor und Tastatur, und ein junger Programmierenthusiast schrieb einen Interpreter (zeilenweisen Übersetzer) für die einfache Großrechner-Programmiersprache BASIC, der auf dem Gerät lief. Der Programmierer war Bill Gates. Der beliebteste Homecomputer der 8-Bit-Generation wurde der 1983 auf den Markt gebrachte Commodore C64. Eines der wichtigsten Verkaufsargumente war die reichhaltige Auswahl an Software, vor allem Computerspielen. Die nächste Generation von Homecomputern, die in der zweiten Hälfte der 1980er-Jahre erschien, basierte auf dem 16-Bit-Prozessor 68000 von Motorola und seinen Nachfolgern und war mit »richtigen« Betriebssystemen mit grafischer Benutzeroberfläche ausgestattet.

Zu Beginn der 1990er-Jahre wurden die Home- und Personalcomputer nach und nach mit 32-Bit-Prozessoren ausgestattet. Den Anfang machte der IBM-PC/AT mit Intels 80386-Prozessor. Die Leistungssteigerung deser PC’s sorgte dafür, dass diese Rechner die klassischen Homecomputer verdrängten und nach den Büros auch den Heimbereich eroberten. Dazu wurden insbesondere im Bereich der Multimedia-Fähigkeiten große Fortschritte erzielt. Ein gewisses Problem bestand allerdings darin, dass die Betriebssysteme der frühen 1990er-Jahre nicht für die modernen 32-Bit-Architekturen ausgelegt waren. 1995 brachte Microsoft mit Windows 95 ein massentaugliches Kompromiss-System auf den Markt, das zwar noch immer einen MS-DOS-Unterbau besaß, aber innerhalb der grafischen Oberfläche echtes 32-Bit-Multitasking beherrschte.