History of Computer Systems [HOC]

Transkript

1 Distributed Embedded Systems Group CCS History of Computer Systems [HOC] Johannes Blobel & Falko Dressler Der Weg zum Computer Rechenhilfen Mechanische Rechner Automatisierung 1

2 Rechenhilfen Informationsverarbeitung schon in Mesopotamien (Keilschrift) Hauptschlich Rechnungswesen, Steuern, Kalender Abakus ältestes Rechenhilfsmittel (um 1100 v.chr.) 2

3 John Napier ( ) Schottischer Mathematiker und Naturgelehrter Erfinder des Logarithmus Erfinder der Napierschen Rechenstäbchen um Multiplikationen und Divisionen auszuführen 3

4 Napiersche Rechenstäbchen (1617) 1x1 in Spalten Rechenbeispiel: 4182*6 4

5 Napiersche Rechenstäbchen und Abakus 19. Jahrhundert, Frankreich, Technisches Museum Wien 5

6 Wilhelm Schickard ( ) Mathematiker, Astronom, Geodät Professor für Hebräisch und Astronomie in Tübingen Kepler: beidhändiger Philosoph 1623 Rechenmaschine Multiplikation basierend auf Napier schen Rechenstäben Mechanisches Räderwerk für Addition & Subtraktion Automatischer Übertrag nach 10 Umdrehungen 6

7 Schickardsche Rechenmaschine 7

8 Schickardsche Rechenmaschine Nachbau der Rechenmaschine durch Baron von Freytag Löringhoff (1957) 8

9 Mechanisches Rechenwerk 9

10 Gottfried Wilhelm Leibniz ( ) Bedeutender Philosoph, Mathematiker, Physiker, Jurist, Sprachwissenschaftler, Theologe Briefe mit 1100 Briefpartnern 1673 stellte er in London der Royal Society eine Rechenmaschine vor Erfindung der Staffelwalze und des Sprossenrads 1703 Abhandlung für die Académie des Sciences über binäres Zahlensystem ( Explication de l Arithmétique Binaire ) "Es ist unwürdig, die Zeit von hervorragenden Leuten mit knechtischen Rechenarbeiten zu verschwenden, weil mit dem Einsatz einer Maschine auch der Einfältigste die Ergebnisse sicher hinschreiben kann." 10

11 Vierspezies Rechenmaschine 11

12 Vierspezies Rechenmaschine Mechanische Rechenmaschine ( ) Beherrscht alle vier Grundrechenarten Basierend auf Dezimalsystem Prinzip der Staffelwalze als Basistechnik für über 200 Jahre 12

13 Staffelwalze Zylinder mit 9 unterschiedlich langen Zähnen Horizontale Position von Zahnrad bestimmt Anzahl der eingreifenden Zähne 13

14 Funktionsweise der Staffelwalze 14

15 Funktionsweise Beispiel: =702 (Hier Zwischenschritt vor Übertrag: 692) 15

16 Arithmometer (1855) 16

17 Sprossenrad 17

18 Vierspeziesrechner Brunsviga 20 ( ) 18

19 19

20 Brunsviga 15 20

21 Nahmaufname Triumphator (DDR) 21

22 Gaspard de Prony ( ) Französischer Mathematiker, Hydrauliker & Ingenieur Ab 1794 Matheprofessor an der École Polytechnique in Paris Tafelwerke (Bücher mit mathematischen Tabellen) waren wichtiges Hilfsmittel, aber fehlerhaft De Prony entwickelte System um Erstellung mathematischer Tabellen zu beschleunigen (um 1800) Basierend auf dem Konzept von division of labour von Adam Smith 22

23 Tafelwerke Tabellen mit Werten für trigonometrische Funktionen und Logarithmen Oft fehlerhaft, durch Rechen- und Schreibfehler Fehlerhafte Tabellen zur Navigation führten zu Schiffsunglücken Seite aus Napiers Logarithmentafel 23

24 Das Pariser Rechenzentrum 6-8 Chefmathematiker 5 Hilfsmathematiker 80 Hilfskräfte (einfache Addition/Subtraktion) 24

25 Methode der Differenzen f x = 2x 2 + 3x + 1 x f(x) D 1 D

26 Methode der Differenzen f x = 2x 2 + 3x + 1 x f(x) D 1 D

27 Methode der Differenzen f x = 2x 2 + 3x + 1 x f(x) D 1 D

28 Methode der Differenzen f x = 2x 2 + 3x + 1 x f(x) D 1 D

29 Methode der Differenzen f x = 2x 2 + 3x + 1 x f(x) D 1 D

30 Methode der Differenzen f x = 2x 2 + 3x + 1 x f(x) D 1 D

31 Methode der Differenzen f x = 2x 2 + 3x + 1 x f(x) D 1 D

32 Methode der Differenzen f x = 2x 2 + 3x + 1 x f(x) D 1 D

33 Charles Babbage ( ) Englischer Mathematiker, Ökonom, Erfinder 1828 Lucasian Chair in Cambridge Gründer der British Statistical Society und der Royal Astronomical Society Fellow of the Royal Society (FRS) 1821 Entwurf der Difference Engine No. 1 Um 1842 Entwurf der Analytical Engine 33

34 Difference Engine Konzept 1822 der Royal Society vorgestellt Finanzierung durch Regierung Mechaniker Joseph Clement Funktionierende Maschine nie fertiggestellt 1855 Georg und Edvard Scheutz (Schweden) zeigten funktionierende Maschine auf der Pariser Weltausstellung 34

35 Difference Engine Demonstrator von Charles Babbage, Science Museum, London 35

36 Difference Engine No. 2 Funktionstüchtige Difference Engine No. 2 im Computer History Museum 36

37 Drucker der Difference Engine 37

38 Addition und Carrie-Mechanismus 38

39 Übersichtsplan Difference Engine No. 2 39

40 Funktionsweise der Difference Engine Erklärung: 9s Erklärung: 9s Erklärung: 9s 9s 9s 40

41 Joseph Marie Jacquard ( ) Französischer Erfinder Sohn eines Webers Benutzte Lochkarten zur Steuerung des Webstuhls Erste programmierbare Maschine 41

42 Babbage - Analytical Engine Ab 1834 entwickelt Babbage neues Konzept: Mill : Rechenwerk (4 Grundrechenarten) Store : Speicher Drucker und Graph-Plotter Steuerung über Lochkarten Grundlegende Eigenschaften eines Computers: Trennung von Speicher und Rechenwerk Trennung von Hard- und Software (programmierbarkeit) Maschine wurde nie gebaut (zu komplex, fehlende Finanzierung) 42

43 Analytical Engine Plan 25 Operation Cards Variable Cards Number Cards 43

44 Analytical Engine Sidney Padua: The Thrilling Adventures of Lovelace and Babbage: The (Mostly) True Story of the First Computer 44

45 Ada Lovelace ( ) Tochter des Dichters Lord Byron Erhielt Mathematik-Unterricht u.a. von Marry Sommerville und Augustus de Morgan Übersetzte Menabreas Skizzen (1840) über die Analytical Engine ins Englische Ausführliche Notizen Das weltweit erste Computerprogramm Algorithmus um Bernoulli-Zahlen zu berechnen 45

46 Bernoulli Algorithmus 46

47 Ada Lovelace [ ] the Analytical Engine weaves algebraical patterns just as the Jacquard-loom weaves flowers and leaves. it might act upon other things besides number, were objects found whose mutual fundamental relations could be expressed by those [ ] the engine might compose elaborate and scientific pieces of music of any degree of complexity or extent the Analytical Engine does not occupy common ground with mere calculating machines. It holds a position wholly its own; 47

48 Herman Hollerith ( ) US-amerikanischer Ingenieur Entwickelte Hollerithmaschine, die 1890 zur Auswertung des US-Census benutzt wurde Verkürzte Auswertung von 8 Jahren auf 1 Jahr Maschine basierte auf Lochkarten Gründete Tabulating Machine Company (1896) Computing-Tabulating- Recording Company (C-T-R) 1911 International Buisness Machines Corporation (IBM)

49 Hollerithmaschine 49

50 Hollerithmaschine 50

51 Lochkarte 51

52 Hollerithmaschine 52

53 Funktionsweise der Hollerithmaschine Jedes Loch in einer Karte repräsentierte Merkmal einer Person (z.b. Geschlecht, Alter, Familienstand, Hautfarbe) Jede Karte wurde manuell eingelesen Wenn elektrischer Kontakt durch Loch hergestellt: Erhöhung eines Zählers Verknüpfungen möglich: z.b.: weiß, männlich, unverheiratet Manuelle Einsortierung 53

54 Vom Zählen zur Datenverarbeitung Nach 1890 verbreitete sich Hollerith System sehr schnell In Deutschland ab 1910: DEHOMAG (Deutsche Hollerith-Maschinen Gesellschaft mbh) Weitere Funktionen kamen hinzu: Automatischer Karteneinzug Dezimale Lochkarte Addier/Subtrahierwerk Drucker Günther Sandner und Hans Spengler: Die Entwicklung der Datenverarbeitung von Hollerith Lochkartenmaschinen zu IBM Enterprise-Servern 54

55 IPM-Rechenautomat Hollerith-Maschinen wurden verknüpft, umgebaut und automatisiert 1944 IPM-Rechenautomat an der Uni Darmstadt (nicht vollendet) 55

56 IBM Lochkarte IBM stellte 1928 standardisiertes Format mit 80 Spalten vor Noch sehr lange in Benutzung für Daten und Programme 56

57 Präsidentenwahl USA 2000 Sehr knappes Ergebnis in Florida Stimmzettel nutzten Lochung, um Stimme zu markieren 57

58 Der Weg zum Computer Napiersche Rechenstäbchen Schickardsche Rechenmaschine Leibniz: Staffelwalze Leibniz: Sprossenrad

59 Der Weg zum Computer Babbage: Difference Engine Babbage: Analytical Engine Hollerith- Maschine