Programmieren. Kapitel 2: Der Traum vom automatischen Rechnen ein Streifzug durch die Computergeschichte. Wintersemester 2008/2009

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1 Institut für Telematik Universität zu Lübeck Programmieren Kapitel 2: Der Traum vom automatischen Rechnen ein Streifzug durch die Computergeschichte Wintersemester 2008/2009 Prof. Dr. Christian Werner

2 2-2 Überblick Mechanische Ära 1623: Rechenmaschine von Wilhelm Schickard 1642: Pascaline 1805: Jacquardwebstuhl 1822: Difference Engine 1834: Analytical Engine Elektromechanische Ära 1936: Zuse Z1 1941: Zuse Z3 Röhren Ära 1941: Atanasoff-Berry-Computer 1943: Colossus 1944: Mark : ENIAC : EDVAC 1952: IAS Transistoren Ära 1960: PDP : IBM : PDP 11 Mikroprozessor Ära 1971: Intel : Intel 8080

3 2-3 Mechanischen Ära 1623: Rechenmaschine von Wilhelm Schickard Erfunden von Wilhelm Schickard im Jahre 1623 Addition und Subtraktion von 6-stelligen Dezimalzahlen Primärer Einsatzzweck: Berechnung astronomischer Tabellen "Speicherüberlauf" signalisierte sie durch das Läuten einer Glocke

4 : Rechenmaschine von Wilhelm Schickard (2)

5 : Pascaline Erfunden von Blaise Pascal im Jahre 1642 Sowohl Versionen für Dezimalsystem als auch für andere Zahlensysteme verfügbar Addition bis zu 7-stelligen Zahlen Primärer Einsatzzweck: Addition von Geldbeträgen und Warenmengen zur Steuerberechnung (Vater war Steuerbeamter) Ab 1649: Exklusivlizenz zum Vertrieb von Rechenmaschinen in Frankreich

6 : Pascaline (2)

7 : Jacquardwebstuhl Weiterentwicklung des mechanischen Webstuhls durch den französischen Seidenweber Joseph-Marie Jacquard Steuerung durch Lochkarten pro Schuss wird ein Kettfaden hochgezogen Entwickelt zum Weben groß gemusterter Gewebe

8 : Jacquardwebstuhl (2)

9 : Difference Engine Durch Charles Babbage entwickelt Inspiriert durch die Pascaline Mechanischer Computer zum Berechnen polynomialer Funktionen Funktionsweise am Beispiel: x p(x) = 2x 2 3x + 2 diff1(x) = ( p(x+1) - p(x) ) diff2(x) = ( diff1(x+1) - diff1(x) )

10 : Difference Engine (2)

11 : Analytical Engine Nachfolger der Difference Engine 30 m lang, 10 m breit Antrieb durch Dampfmaschine Steuerung durch Lochkarten Sollte die vier Grundrechenarten beherrschen Vorgesehen waren Speicher- und Rechenwerk Speicher war für Wörter zu 50 Dezimalstellen vorgesehen, was ca. 21 kb entspricht Entwurf von Charles Babbage wurde allerdings nie umgesetzt Babbage: Sobald eine Analytical Engine existiert, wird sie notwendigerweise der Wissenschaft die zukünftige Richtung weisen.

12 : Analytical Engine

13 2-13 Elektromechanische Ära 1936: Zuse Z1 Erfinder: Konrad Zuse Gilt als Vorläufer des modernen Computers Besaß bereits eine Kontrolleinheit, Speicher, Mikrobefehle und Fließkommaberechnung Binäre Zahlendarstellung Steuerung in Form von mit Löchern gestanzten, altem Filmmaterial als Lochkarten Technischer Mangel: Verhakung der mechanischen Schaltglieder (Bleche) Im zweiten Weltkrieg zerstört und in den sechziger Jahren nachgebaut

14 : Zuse Z1 (2)

15 : Zuse Z3 Nachfolger des Z1 (bzw. der Zwischenversion Z2) der erste funktionsfähiger, frei programmierbarer Digitalrechner ( Turing-vollständig!) Basiert (wie die Z2) auf Relais-Technik Ein- und Ausgabegeräte Möglichkeit der Benutzerinteraktion während des Rechenvorgangs Unterstützung von Mikroprogrammen Pipelining von Instruktionsfolgen möglich Parallele Ausführung von Operationen bereits möglich

16 : Zuse Z3 (2)

17 2-17 Röhren Ära 1941: Atanasoff-Berry-Computer erster elektronischer Digitalrechner von John Atanasoff und Clifford Berry am Iowa State College, USA gebaut ABC genannt 300 Vakuum Röhren Binäre (und dezimale) Zahlendarstellung Diente zum Lösen linearer Gleichungssysteme (war nicht programmierbar) Ein- und Ausgabe über Lochkarten

18 : Atanasoff-Berry-Computer (2)

19 : Colossus Entwurf von Max Newman aufbauend auf den Ideen von Alan Turing. Gebaut von Tommy Flowers In England während des Zweiten Weltkriegs speziell zur Dechiffrierung von geheimen Nachrichten des deutschen Militärs genutzt Konnte 5000 Zeichen (zu je 5 Bit) pro Sekunde verarbeiten (Zeichen photoelektrisch von Lochstreifen gelesen) Speicher bestand aus 5 Zeichen von je 5 Bit in Schieberegistern Colossus wurde über Steckkabel und Schalter programmiert (nicht Turing-vollständig)

20 : Colossus (2)

21 : Mark 1 Von Howard H. Aiken bei der IBM entworfen und gebaut Ausgeliefert für die Harvard University Erster voll automatischer digitaler Rechner in den USA Drei Additionen oder Subtraktionen pro Sekunde Eine Multiplikation in sechs Sekunden Eine Division in 15.3 Sekunden Eine logarithmische Funktion in gut einer Minute Erhielt Anweisungen durch gestanzte 24-Kanal- Papierstreifen

22 : Mark 1 (2)

23 : ENIAC E(lectronic) N(umerical) I(ntegrator) A(nd) C(omputer) Während des 2. Weltkrieges geheim an der University of Pennsylvania von John Mauchly und J. Presper Eckert entwickelt Bestand aus Röhren, Dioden, Relays, Widerständen und Kondensatoren Leistungsaufnahme: 150 kw 385 Multiplikationen/Sekunde Programmierung über Patchkabel und Schalter Arbeitete im Dezimalmodus Turing-vollständig

24 : ENIAC (2)

25 : EDVAC Nachfolger des ENIAC EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) Arbeitete nicht mehr im Dezimalsystem, sondern im binär Speicherkapazität: bit Wörter = 5.5 kbytes Anweisungen durch Magnetbandleser Speicherzellen wurden mit Ultraschall- Verzögerungsgliedern realisiert Für jede 8-Studen-Schicht wurden 30 Fachkräfte benötigt.

26 : EDVAC (2)

27 : IAS Entwickelt von John von Neumann am Institute for Advanced Studies in Princeton Programme werden im Speicher abgelegt (bis dahin nur Daten) Von Neumann Architektur: Bis auf wenige Ausnahmen bildet diese Architekturform seit 50 Jahren die Grundlagen von Computern

28 : IAS (2)

29 2-29 Transistoren Ära 1960: PDP 1 PDP-1 (Programmed Data Processor) war der erste Minicomputer Von der Firma DEC (Digital Equipment Corporation) entwickelt Einsatz von Transistor- statt Röhrentechnik Speicheradressierung in 18 Bit großen Worten Hauptspeicher: Bit-Worte = 9 kbyte Programmierbar in Assembler oder in LISP. Erstes Computerspiel: Spacewar! Monitor: rundes Oszilloskop Textcodierung bereits nach ASCII-Standard

30 : PDP 1 (2)

31 : IBM 360 Von IBM für kaufmännische oder für naturwissenschaftlichtechnische Zwecke entwickelt und optimiert Kommerziell sehr erfolgreich Modulares System 8-Bit (1 Byte) Zeichengröße 32- oder 64-Bit Gleitkommaworte Zweierkomplementdarstellung Arbeitsspeicher des Modells 20 = 4 kbytes (1966) erhöhte sich bis auf kbytes im Modell 195 (1971) Extended Binary Coded Decimal Interchange Code (kein ASCII)

32 : IBM 360 (2)

33 : PDP 11 Von der Firma DEC entwickelt 16 Bit Wortbreite (Nachfolger der 12 Bit-Maschinen) Standardisiertes Universelles Bus-System (Unibus) zur Auf- und Umrüstung Intensiver Einsatz im experimentellen Wissenschafts- und Forschungsbereich Durch Unibus konnten Fremdhersteller Peripheriegeräte für die PDP 11 anbieten

34 : PDP 11 (2)

35 2-35 Mikroprozessor Ära 1971: Intel 4004 Von Intel hergestellter 4-Bit-Mikroprozessor Gilt fälschlicherweise als erster Ein-Chip- Mikroprozessor (1968 gab es bereits bei Texas Instruments Arbeiten zu diesem Thema, diese gingen aber nie in Serienproduktion) Strukturbreite: 10 µm Anzahl Transistoren: 2300 Taktfrequenz: 500 khz 740 khz Harvard-Architektur 46 Befehle Bauform: 16 Pin Dual Inline Package (DIP)

36 : Intel 4004 (2)

37 : Intel 8080 Intels erster 8-Bit-Mikroprozessor 18-poligen DIL-Gehäuse 3500 Transistoren Rechenleistung: 0,05 MIPS Taktfrequenz: 500 khz khz Universelle Verwendbarkeit: Fand Verwendung vornehmlich in Terminals, Tischrechnern, Verpackungsmaschinen, Analysegeräten Wichtige technologische Basis für alle weiteren Prozessorentwicklungen, insbesondere Intel 8086 Zilog Z80

38 : Intel 8080 (2)

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