Dinosauriermaschinen und die Lust am Hacken

Eine kurze Geschichte der Computer.

Der Mathematiker, Programmierer und SF-Autor Rudy Rucker stellt die wichtigsten Etappen der Geschichte der Computer dar, erläutert, warum der Umgang mit Computern so faszinierend ist, und findet trotzdem eine Fahrt auf einer alten Achterbahn wesentlich eindrucksvoller als eine VR-Simulation

Rudy Rucker in Telepolis über Künstliches Leben

Eine der einfachsten Rechenarten ist das Addieren von Zahlen. Es gibt zwei alte Techniken, die dazu benutzt wurden: den Abakus und das Rechenbrett. Beim vertrauten Abakus entsprechen Reihen von Kugeln unterschiedlichen Zehnerpotenzen, auch wenn der Abakus oft so gebaut wurde, daß jede Reihe von Kugeln in zwei Bereiche aufgeteilt wurde: in einen unteren Bereich mit fünf Kugeln und einen oberen Bereich mit einer oder zwei Kugeln, die für fünf der unteren Kugeln stehen können.

Die Z3 von Konrad Zuse

Ein Rechenbrett ist primitiver. Hier hat man keine Kugeln auf Schnüren, sondern lose Steine, die in Reihen geordnet werden können und aufeinander folgende Zehnerpotenzen darstellen. Wenn man mehr als zehn Zählsteine in einer Reihe anordnet, kann man diese aus der Reihe entfernen und eine "Übertragung" ausführen, indem man einen Zählstein der nächst höheren Reihe hinzufügt. Oft besaßen Rechenbretter aufeinander folgende Reihen, die ähnlich wie bei einem Hauptbuch verschiedene Quantitäten darstellten, und manchmal waren die sich abwechselnden Reihen und Kolumnen in verschiedenen Farben wie bei einem Schachbrett markiert. Daraus entwickelte sich das englische Wort "Exchequer", was in etwa dem deutschen Finanzministerium entspricht.

Wenn man einen Abakus oder ein Rechenbrett benutzt, entsteht das Problem, daß man das Ergebnis zerstört, wenn man eine der Übertragungen vergißt. Eine erste Lösung fand man in einem Odometer, der von Heron von Alexandrien in der römischen Zeit beschrieben wurde. Wie heute war Herons Odometer ein Mittel, um zu messen, wie weit ein Fahrzeug, z. B. eine Kutsche, gerollt ist. Die grundlegende Idee bestand aus einer Reihe von verbundenen Zahnrädern, bei der ein unten angebrachtes Zahnrad sich ganz um sich selbst drehen mußte, bevor sich das eine Stufe weiter oben befindliche Rad um eine Kerbe drehte.

Der große französische Philosoph und Mathematiker Blaise Pascal legte 1644 die Idee des Odometers aus Zahnrädern für den Bau einer von Hand betriebenen mechanischen Addiermaschine zugrunde, die er stolz Pascaline nannte. Anstatt das sich ganz unten befindliche Zahnrad nur wie bei einem Odometer immer eine Kerbe weiter zu drehen, sollten die Benutzer der Pascaline einen Stift benutzen, um jedes der acht Räder so weit zu drehen, daß sie die Ziffern einer Zahl darstellen, die zum Ergebnis addiert werden. In den 50er Jahren, zur Zeit der Taschenrechner, konnte man in Geschäften für Geschenkartikel überall billige Apparate aus Plastik kaufen, die ähnlich wie eine Pascaline funktionierten.

Rechenmaschine von Leibniz

Es gab viele Variationen der Pascaline. Schwieriger war die Herstellung einer Maschine zum Multiplizieren. Der Philosoph Leibniz versuchte, einen solche Mechanismus zu bauen, aber er funktionierte nicht verläßlich. Das Gerät hatte auch den Nachteil, daß der Benutzer nicht einfach Zahlen eingeben, einen Hebel drehen und die Lösung erhalten konnte, sondern er mußte einige Zwischenschritte ausführen.

Den Höhepunkt der auf Zahnrädern basierenden Rechner wurde mit der Arbeit von Charles Babbage und seinen Nachfolgern in der Mitte des 18. Jahrhunderts erreicht. Es war die Blütezeit der Dampfmaschinen - der Lokomotiven und der Spinnmaschinen. Warum sollte man also nicht eine Maschine bauen, die so Berechnungen ausführt wie ein maschineller Webstuhl? Die ideale Anwendung für sich wiederholende Berechnungen im Großhandel ist die Bildung von mathematischen Tabellen, beispielsweise Tabellen logarithmischer und trigonometrischer Funktionen. In der Wissenschaft des 19. Jahrhunderts wurden solche und andere Tabellen viel verwendet, z.B. astronomische Tabellen, von denen man die errechneten Positionen von Himmelskörpern zu verschiedenen Zeiten ablesen konnte, oder "Lebenstabellen", aus denen sich das erwartete Einkommen von Menschen unterschiedlichen Alters ersehen ließ.

Differenzmaschine

Babbage kam auf die Idee, eine Maschine aus Zahnrädern zu bauen, die mathematische Tabellen errechnen und drucken sollte. Warum sollte man die Rechenmaschine nicht selbst das Ergebnis ausdrucken lassen, anstatt Irrtümer zu ermöglichen, die dadurch entstehen, daß ein geschriebenes Ergebnis in eine Setzmaschine eingegeben wird? Es war eine Idee, die ganz in das Großbritannien der industriellen Revolution paßte.

Babbage nannte seinen ersten Entwurf für eine Rechenmaschine "Differenzmaschine". Weit von einem Computer zur Lösung allgemeiner Aufgaben entfernt ist sie ein sehr spezialisierter Uhrwerkmechanismus, der die sogenannte "Differenzen-Methode" benutzte, um die Werte von polynomischen Funktionen durch wiederholte Additionen zu erzeugen.

Babbage stellte ein kleines Modell seiner Differenzmaschine fertig. Das Modell konnte drei Differenzen und sechs Zahlen verarbeiten. 1822 überzeugte er den Finanzminister, ihm für die Entwicklung einer Differenzmaschine 1500 Pfund zu geben, die bis zu 20 Dezimalstellen und sechsstellige Differenzen berechnen konnte. (Wenn eine endlich lange Dezimalzahl nicht einen einfachen Bruch darstellt, ist ihre letzte Ziffer stets eine Quelle von Ungenauigkeiten, weil die endlos vielen Ziffern nach der letzten Stelle außer Acht gelassen werden. Wenn man diese Zahlen addiert und multipliziert, arbeitet sich der Fehler von der letzten Stelle mit einer Geschwindigkeit von einer Stelle pro Operation nach links voran. Babbage wollte sechs Rechengänge mit jeder seiner Zahlen ausführen, und wünschte, daß 12 Ziffern ganz genau seien. Um also sicherzugehen, hatte er vor, 20 Ziffern zu verwenden. Selbst wenn die letzten sechs Ziffern bei einer sechsstufigen Berechnung fehlerhaft sein würden, würden die ersten vierzehn noch immer richtig und die ersten zwölf tadellos sein.)

Wie es sich herausstellte, war Babbage ein frühes Beispiel für einen im Computerbereich nicht ungewöhnlichen Menschen: ein Techniker von Traumgebilden, also ein leidenschaftlicher Bastler, der niemals etwas fertigstellt. Die Konstruktionszeichner, Handwerker und Arbeiter von Babbage konnten kein einziges wichtiges Teil der Differenzmaschine fertigstellen, weil er stets neue Ideen hatte und die Pläne veränderte. In den zehn Jahre nach seinem ersten Forschungszuschuß gab er weitere 17000 Pfund von der Regierung und eine entsprechende Summe eigener Gelder aus. Schließlich stellte die Regierung die Unterstützung ein und die Angestellten von Babbage verließen ihn. Zu dieser Zeit hatte er die Idee für eine neue und bessere Maschine, die er "Analytische Maschine" nannte: ein noch besseres Traumgebilde, mit dem wir uns gleich beschäftigen werden.

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