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Geschichte der Rechentechnik

- viele würden Computer als Entwicklung d. Nachkriegszeit bezeichnen
- Ergebnis einer jahrhundertelangen Entwicklung auf den Gebieten Logik, Mathematik und Automatik, beginnend in Antike

Abakus:
- älteste Rechenhilfen
- bereits 444 v.Chr. vom griechischen Philosophen Heredot von Harlicarnassus erwähnt
- in der Ausprägung als Handabakus als 1. Taschenrechner der Welt anzusehen
- das bedeutendste Rechenhilfsmittel der Menschen in der Antike und den folgenden Epochen
- wers beherrscht ( bequeme Rechenmethode - in kleinen Läden
- Der römische Abakus: - postkartengroß - von führenden römischen Kaufleuten verwendet
- Der chinesische Abakus: - Rechenprinzip: bi-quintal, entstand durch 5-Finger-Technik
- Russischer Abakus: - wie heutiger Rechenschieber
- Handabakus: Aufbau ähnlich d. chin. Abakus - postkartengroß

Napierschen Rechenstäbe:
- Lord Napier of Merchiston
- wichtiger Meilenstein für Erfindung der 1. Rechenmaschine
- sollten bei Multiplikation mehrstelliger Zahlen behilflich sein
- Funktion - durch geschicktes Zusammenlegen kann man die einstelligen Multiplikationen schnell ablesen und im Kopf addieren ( Division auch möglich
- hat die Erfindung erst in seinem Todesjahr 1617 veröffentlicht, da er die Stäbe aufgrund seiner „Erfindung“ der Logarithmen für unbedeutend hielt. .
- diese Multiplikationshilfe wurde bis ins 19. Jhd. Benutzt & in der Zeit weiterentwickelt
- über verschiedene Veränderungen verfeinerte schließlich Pater Ägidius von Kremsmünster die Stäbe zu einen 6-Walzen-System ( Walzen ließen sich mithilfe von Knöpfen drehen
- Walzen sind in Metallrahmen einspannt, dessen Rückseite eine kleine Additions-/ Sutraktionstabelle trägt.
- dies war Grundlage für die von Pascal entworfene 1. mechanische Rechenmaschine
- Davor entwickelte jedoch Wilhelm Schickard 1623 die 1. halbmech. Rechenmaschine
- die Existenz dieser Idee gelang jedoch erst 300 Jahre später an die Öffentlichkeit, da man es zu dieser Zeit erst mit gefundenen Schriftstücken beweisen konnte; Originale wurden zerstört
- Maschine konnte Addition und Subtraktion mit automatischen 10erübertragung durchführen
- für Multiplikation & Division wandte nutzte Schickard die Verfeinerung der Napierschen Stäbe (von Pater…)
- abgelesenen Multiplikations- und Divisionsergebnisse mussten dann per Hand ins Addierwerk übernommen werden ( deshalb nur halbmechanisch
- Der nächste Schritt bestand nun darin, den Rechenvorgang selbst zu mechanisieren.
- Der französische Logiker Blaise Pascal war mit 19 Jahren einer der Ersten, der eine funktionsfähige mechanische Rechenmaschine entwarf.
- enthielt ein mehrstelliges Ziffernwerk mit Übertrag und ist vor allem wegen ihrer leichten Bedienbarkeit als Vorläufer moderner Tischrechner bekannt geworden.
- Die Maschine konnte rein mechanisch nur addieren und subtrahieren, man konnte dennoch aufgrund der bekannten Algorithmen multiplizieren und dividieren
Gottfried von Leibniz ließ sich von Pascal zum Bau einer 4-Spezies-Rechenmaschine anregen
- versah seiner Konstruktion mit verschiebbaren Schlitten, wodurch ihm erstmals die stellenrichtig wiederholte Addition gelang
- konstruierte er ein neuartiges Schaltorgan, eine Walze mit abgestuften, gestaffelt angeordneten Zähnen, mit der er die Multiplikationsfunktion realisierte
- Das Resultat dieser Anstrengungen war die 1673 vorgestellte „Staffelwalze“
- Die Zehnerübertragung dieser Maschine bereitete allerdings herstellungstechnische Schwierigkeiten, die während seiner Lebzeiten nie zufrieden stellend gelöst werden konnte
- Einen weiteren Meilenstein in der Geschichte des maschinellen Rechnens stellte die Giovanni Poleni mit seiner Rechenmaschine Anfang des 18. Jahrhunderts dar.
- siewar eine große, teils hölzerne Rechenmaschine, die ebenso wie die Leibnizsche Staffelwalzenmaschine für alle vier Grundrechenarten gedacht war.
- ungewöhnlicher Antrieb ( Gewichte, wie man sie von großen Standuhren kennt
- für die Übertragung der Zahlenwerte,konstruierte Poleni ein Rad mit ausklappbaren Sprossen, das schon 1676 von Leibniz auf dem Papier entworfen worden
- Die Maschine hat aber wohl nicht richtig funktioniert, denn Poleni zerstörte sie eines Tages wutentbrannt
- konnte aufgrund gefundener Schriftstücke nachgebildet werden
Charles Babbage hat zwei Typen von Maschinen konzipiert, die erste 1822 („Difference engine“) und eine zweite 1833 („Analytical engine“), deren Struktur bereits dem heutigen Computer entspricht
- Die Difference engine sollte mittels Differenzen mathematische Tafeln von Funktionen erstellen können.
- Babbage hat ihren Bau seit 1821 vorangetrieben, doch er konnte sie bis auf ein Teilstück nie vollenden.
- Er entwickelte seine Maschine weiter
- Analytical engine hatte eine arithmetische Einheit, eine Programmsteuerung, welche eine Lochkartensteuerung war, dann einen 167000 Bit-Speicher mit 1000 Zahlen zu 50 Dezimalziffern, den Babbage „Store“ nannte und schließlich eine Eingabeeinrichtung über Lochkarten.
- Ausgabe sollte über Lochkarten, einen Kurvenplotter und eine Glocke erfolgen
- Babbage ging mit seiner damals genialen Idee, die nicht umgesetzt werden konnte, als jener Mann ein, der den Computer 150 Jahre zu früh erfunden hatte (allerdings angetrieben mit Dampfmaschinen und Fussballfeldgröße)
- Nachbauten in der heutigen Zeit bewiesen, dass sein Modell funktioniert hätte!!
- Thomas de Colmar gelang es als 1. eine wirklich nutzbare Rechenmaschine zu entwickeln
- entwarf Staffelwalzenmaschine mit Schiebereinstellung und Kurbelantrieb, die die Multiplikation und Division wie bei der Vierspeziesmaschine von Leibniz ausführte
- ab 1858 zeigte dann auch ein Umdrehungszählwerk den Multiplikator und Quotienten an

- konnte 800 verkaufen
Otto Büttner entwickelte 1888 eine Vierspeziesmaschine, die einen Sonderfall in der Geschichte der Rechenmaschinen darstellt.
- Synthese der Staffelwalzen-und Sprossenradmaschinen wurde angestrebt
- Kastenform der Staffelwalzenmaschinen mit der Technik des Sprossenrades verband
- es gelang trotz tadelloser Funktionsweise nie, eine Serienproduktion zu starten
- Grundlegende Überlegungen zur Entwicklung von elektronischen Rechenmaschinen kamen vom englischen Mathematiker Alan M. Turing
- er bewies 1936 mittels der von ihm erdachten imaginären „Turingmaschine“, dass sich alle mathematische Aufgabenstellungen auf elementare Algorithmen zurückführen lassen
- Diese auf höchstem logischen Abstraktionsniveau erdachte Maschine beschreibt noch heute die Arbeitsweise eines jeden Computers und wurde keinem Computer übertroffen
Konrad Zuse baute dann 1938 den 1. mechanisch frei programmierbaren Rechner der Welt (Z1)
- Z1 bestand aus 20000 Einzelteilen - Multiplikation 2er Zahlen = 5 sek - Konstruktion dennoch mangelhaft
- Z2 war bereits mit elektromechanischen Bauelementen (Relais) ausgestattet - Konstruktion auch schlecht
- Zuse machte dennoch auf sich aufmerksam und bekam 1940 von der DVL (Versuchsanstalt f. Luftfahrt) als Entwicklungsingieneur den Auftrag und die finanziellen Mittel den Z3 zu bauen
- Z3 (1941) 2600 Relais, der 1. funktionsfähige über Lochstreifen programmgesteuerte binäre Rechenautomat
- Speicherung von 64 Zahlen mit je 22 Bit - Zahleneingabe überTastatur - Programmeingabe über gelochten Kinofilmstreifen - beherrschte 4 Grunrechenarten + Ziehung der Wurzel
- Entwicklung von rein nichtmechanischen Schaltelementen war dann der entscheidende Schritt zum Bau von leistungsfähigen Computern (sonst zu lang gedauert)
- Dieses Schaltelement war im 2. WK die Vakuumröhre
- Obwohl bereits Konrad Zuse den Gedanken hatte, einen Rechenautomaten mittels der Röhrentechnik aufzubauen, blieb es den amerikanischen Physikern John P. Eckert jr. und John W. Mauchley vorbehalten, den ersten elektronischen Computer, später als „ENIAC“ bekannt, zu konstruieren
- Hauptgrund für diese Entwicklung war der 2.WK, denn ENIAC (vollautomatischer digitaler Rechenautomat) sollte Raketenflugbahnen exakter und schneller berechnen
- 18000 Verstärkerröhren - 1500 elektromagnetische Schaltrelais - Taktfrequenz 5 kHz (d.h. 5000 Befehle pro Sekunde) - Strombedarf 140 kW - Kosten 3 Mio. Dollar - Gesamtgewicht 30 Tonnen -beanspruchte Fläche von 160 m²
- Als militärische Geheimhaltung entfallen war, wurde der ENIAC in der US-Wochenschau als „Elektronisches Gehirn“ vorgestellt
- Als Umsetzung der Erfahrungen bei der Entwicklung des ENIAC erschien 1952 von dem gleichen Entwicklungsteam der EDVAC (Electronic Discret Variable Automatic Computer)
- Dieser Rechenautomat sollte leichter programmierbar und universell nutzbar sein. Eine gute Lösung schien darin zu bestehen, zunächst das Programm selbst in das Speicherwerk zu bringen, in dem die Verarbeitung geschah. -Damit war das Konzept der Speicherprogrammierbarkeit erfunden
- es entfielen beim Programmwechsel zeitaufwendige Umrüstarbeiten, da das neue Programm war einfach in das Speicherwerk zu laden war
- Als John von Neumann von den den Konzepten betreffend des EDVAC erfährt, wird seine weitere Arbeit zu Konzepten der Speicherprogrammierbarkeit am IAS (Institute for Advanced Studies der Princton University) davon stark beeinflußt.
- Das Resultat seiner Arbeiten ist heute als IAS- oder Von-Neumann-Architektur bekannt und bildet die Grundlage heutiger Computer
- durch die Entdeckung der Tatsache, daß zwischen elektrischen Leitern (z.b. Metalle) und Nichtleitern (z.B. Glas, Porzellan) auch Stoffe existieren, deren Leitfähigkeit sich durch äußere Einflüsse stark variieren lässt (Halbleiter), begann mit der Einführung dieses Transistors der der sog. zweiten Computergeneration
- entwickelt von Walter Houser Brattain, John Bardeen und William Bradford Shockley
- jedoch gelang dem Transistor der kommerzielle Durchbruch erst Mitte d. 50er (u.a aufgrund des hohen Preises), was wenig später auch zum Einsatz in Radios und anderen elektronischen Geräten führte
- Vorteile im Gegensatz zur Vakuumröhre: - schneller -stromsparender - geringere Ausfallwahrscheinlichkeit (Bei den großen Röhrencomputern, die mit bis zu 20000 Vakuum-Röhren arbeiteten, betrug die statistische Ausfallsquote etwa eine Röhre in zehn Minuten (!), was den Betrieb doch erheblich erschwerte.)
- man war durch Transistor erstmals in der Lage, Rechner zu entwickeln, die nicht den Platzbedarf eines Einfamilienhauses beanspruchten
- z.B. der „PDP“ (Programmed Data Processor) von der Firma Digital Equipment Corporation - Minicomputer, die in der Lage waren, die bei technischen Prozessen anfallenden Messwerte in Echtzeit zu verarbeiten
- Eine entscheidende Rolle zur Ausweitung dieses Benuzterkreises durch „persönliche“ Computer spielte (und spielt immer noch) der amerikanische Halbleiterproduzent Intel
- Robert Noyce und Gordon Moore gründeten diese Firma 1968 um bis 1970 einen Computerspeicherchip mit der Modellbezeichnung „1103“ zu entwickeln.
- aufgebaut aus: 3000 Transistoren
- dieser Chip konnte 1kBit (1024 Bit) nicht nur speichern, sondern auch verändern, es handelte sich also bereits um einen Schreib-/Lesespeicher, meist englisch Random Access Memory (RAM) genannt
- 1970 sollte Intel für eine japanische Firma einen programmierbaren Chip für eine gänzlich neue Art Tischcomputer entwickeln.
- Resultat im Jahre 1971 war der „4004“, ein Mikroprozessor, der ein Halbbyte (4 Bit) parallel verarbeiten konnte und aus 2250 Schaltelementen bestand

CPU-Meilensteine
Intel 4004 1971 erster Mikroprozessor Intel 8008 1972 erweiterter 4004 für 8-Bit-Verarbeitung Intel 8080 1974 erster 8-Bit-Prozessor mit neuer Metalloxidtechnik Mostek 6502 1974 vielseitiger, schneller 8-Bit-Chip (Verwendung im legendären C-64) Zilog Z-80 1974 Weiterentwicklung des Intel 8080 Intel 8086 1978 erste 16-Bit-CPU, Grundlage für den IBM PC Intel 80x86 1980 Weiterführung der "80er"-Reihe (80286, 80386, 80486,Pentium,P6) Motorola 68000 1980 Leistungsfähige 32-Bit-CPU (Eingesetzt z.B. im Amiga, Atari ST und Macintosh-Rechnern)
- Mit der Erfindung des Mikroprozessors ließen sich die in einer CPU enthaltenen Befehlssatz sowie Rechenwerk und Steuerwerk, auf einem Chip vereinen ( war nur noch eine Frage der Herstellungskosten, einen Computer für jeden, der sich dafür interessierte, zu entwerfen
- Bereits Ende der 70er Jahre bewegten sich die Preise für 8-Bit-CPUs in Regionen, die es auch Hobby-Elektronikern ermöglichten, eigene Computerschaltungen zu entwerfen
- der Fernseher wurde dabei als Anzeigegerät und Tonbandkassetten als externen Datenspeicher genutzt
- Ein Produkt des Eigenbau-Booms der 70er ist der amerikanische Computerhersteller Apple
- Deren Gründer, Steven Jobs und Stephan Wozniak, kauften nämlich ursprünglich nur Kits und elektronische Bauteile, um sie für Clubfreunde zu fertigen Hobbycomputern zusammenzusetzen
- es entstand eine gewerbsmäßige Herstellung, und bereits 1976 wurde der "Apple I" vorgestellt.
- überrascht vom Erfolg dieses Rechners, brachten wenig später auch Commodore mit dem „PET“ und die Firma Radio Shack mit dem Tandy-System„TRS-80“ ähnliche Computer auf den Markt
- Den 1. wirklichen Heim-Computer, der auch für jeden erschwinglich war, entwickelte Clive Sinclair
- sein Anfang der 80er vorgestellter „ZX-80“ sprach bewusst im Gegensatz zu anderen Herstellern (z.B. Apple) nicht die Firmen, sondern die Hobby-Anwender als Kunden an
- arbeitete mit einer 8-Bit-CPU - Taktfrequenz von weniger als 1MHz - 1 kByte RAM
- Rechner war für viele die Einstiegsdroge in die Welt der PC’s
- Sinclair löste in der nächsten Jahre einen Boom am Heimcomputer-Markt aus
- So brachten nun auch die Hersteller Atari (600 XL, 800XL, ST), Commodore (VC-20, C-16, C-64, Amiga) und andere (Texas, Philips, ...) vergleichbare und leistungsfähigere Computer auf den Markt
FOLIE zu den Erklärungen
( Römischer Abakus
Chinesischer Abakus (
( Handabakus
Russischer Abakus (
6-Walzen-System
( von Pater Ägidius
von Kremsmünster
halbmechanische
Rechenmaschine (
von Wilhelm Schickard
Pascal’s mechanische
( Rechenmaschine
4-Spezies-Rechenmaschine
von Leibniz (
Poleni’s Rechenmaschine mit Rad, das
( ausklappbaren Sprossen hatte
Difference engine con Babbage (
Analytical Engine
( von Babbage
erste kommerziell
nutzbare Rechenmaschine
von Calmar (
( Kombination Büttners von Staffelwalzen-und
Sprossenradmaschinen
Z3 von Konrad Zuse (
( „das elektronisches Gehirn“
ENIAC
18000 Verstärkerröhren
1500 elektromagnetische Schaltrelais
Taktfrequenz 5 kHz (d.h. 5000 Befehle pro Sekunde)
Strombedarf 140 kW
Kosten 3 Mio. Dollar
Gesamtgewicht 30 Tonnen
160 m² beanspruchte Fläche
erster Transistorrechner (
( „PDP“ der Firma DEC
( Commodore PET
TRS-80 der Firma
Radio Shack (

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