1.1 Rechentechnik Geschichte
Die Geschichte der Rechentechnik reicht von einfachen Rechenhilfen über mechanische und elektromechanische Maschinen bis zu heutigen hochintegrierten Computersystemen. Viele Entwicklungen lösten ihre Vorgänger nicht schlagartig ab, sondern wurden über Jahre parallel eingesetzt.
Frühe Rechenhilfen und Zahlendarstellung
Der Abakus gehört zu den ältesten bekannten Rechenhilfen. Er speichert keine Programme, unterstützt aber das schnelle Addieren, Subtrahieren und weitere Rechenverfahren. Seine genaue Entstehungszeit lässt sich nicht auf ein einzelnes Jahr festlegen; frühe Formen sind bereits aus der Antike bekannt.
Adam Ries (1492–1559) erklärte in seinen Rechenbüchern sowohl das Rechnen auf Linien als auch das schriftliche Rechnen mit indisch-arabischen Ziffern. Er führte das Dezimalsystem nicht in Deutschland ein, trug aber wesentlich zu seiner Verbreitung im Alltag bei.
Mechanische Rechenmaschinen im 17. Jahrhundert
Wilhelm Schickard entwarf eine Rechenuhr mit Zahnrädern. Sie unterstützte Addition und Subtraktion; Multiplikation und Division wurden über Rechenstäbe und wiederholte Rechenschritte ausgeführt.
Blaise Pascal entwickelte die Pascaline. Sie addierte und subtrahierte Zahlen mithilfe gekoppelter Zählräder und automatischer Zehnerüberträge.
Gottfried Wilhelm Leibniz entwickelte die Staffelwalzenmaschine weiter. Mit ihr ließen sich die vier Grundrechenarten mechanisch ausführen. Leibniz untersuchte außerdem systematisch das Dualsystem, das später eine Grundlage digitaler Computer wurde.
Lochkarten und die Idee der Programmsteuerung
Die Industrialisierung erhöhte den Bedarf an automatisierter Berechnung, Statistik und Maschinensteuerung. Präzisere Fertigung und neue elektrische Bauteile ermöglichten zugleich komplexere Rechenmaschinen.
Der Jacquard-Webstuhl nutzte Lochkartenfolgen, um Webmuster zu steuern. Die Karten enthielten damit maschinenlesbare Steuerinformationen.
Charles Babbage entwarf die Difference Engine und später die Analytical Engine. Letztere war als allgemeiner programmierbarer Rechner mit Rechenwerk, Speicher und Ein-/Ausgabe gedacht, wurde aber nicht vollständig gebaut.
Ada Lovelace veröffentlichte ausführliche Notizen zur Analytical Engine. Darin beschrieb sie unter anderem ein Verfahren zur Berechnung von Bernoulli-Zahlen und erkannte Einsatzmöglichkeiten über reine Zahlenberechnungen hinaus.
Herman Hollerith wertete die US-Volkszählung mit elektromechanischen Lochkartenmaschinen aus. Lochkarten wurden danach jahrzehntelang zur Eingabe und Speicherung von Daten und Programmen eingesetzt.
Programmgesteuerte und elektronische Rechner
Konrad Zuses Z3 war ein binär arbeitender, programmgesteuerter elektromechanischer Rechner. Sie verwendete Relais und las Programme von gelochtem Filmstreifen.
Die britischen Colossus-Rechner arbeiteten elektronisch mit Röhren und dienten der Entzifferung der Lorenz-Funkfernschreiber. Alan Turing prägte die Kryptoanalyse in Bletchley Park; Colossus wurde maßgeblich von Tommy Flowers und einem Team entwickelt.
Der von Howard Aiken konzipierte Mark I war ein großer elektromechanischer, automatisch arbeitender Rechner. Programme und Daten wurden über Lochstreifen beziehungsweise Schalter zugeführt.
ENIAC wurde öffentlich vorgestellt. Er arbeitete vollständig elektronisch mit rund 18.000 Vakuumröhren. Programme wurden anfangs durch Verkabeln und Schalterstellungen eingerichtet.
Übersicht der Computergenerationen
Die Generationeneinteilung beschreibt jeweils die vorherrschende technische Grundlage der Rechner. Sie ist ein Lernmodell: Die Jahresgrenzen sind nicht weltweit einheitlich, und ältere Technologien wurden häufig parallel weitergenutzt.
| Generation | Zeitraum | Begründendes Merkmal | Auswirkungen und Beispiele |
|---|---|---|---|
| Vorläufer | bis etwa 1945 | Mechanik und elektromechanische Relais | Mechanische Rechenmaschinen, Lochkartenanlagen, Z3 und Mark I; langsamere Schaltvorgänge und bewegliche Bauteile. |
| 1. Generation | etwa 1945–1958 | Vakuumröhren als elektronische Schaltelemente | Sehr hoher Platz- und Energiebedarf, starke Wärmeentwicklung; Maschinensprache und Lochkarten, beispielsweise ENIAC. |
| 2. Generation | etwa 1958–1965 | Transistoren und Halbleiterdioden ersetzen Röhren | Kleinere, zuverlässigere und sparsamere Rechner; Magnetkern- und Bandspeicher sowie höhere Programmiersprachen verbreiten sich. |
| 3. Generation | etwa 1965–1975 | Integrierte Schaltungen (ICs) | Viele Transistoren auf einem Chip: Leistung und Zuverlässigkeit steigen, während Größe und Kosten sinken. |
| 4. Generation | seit den 1970er-Jahren | Mikroprozessoren integrieren zentrale CPU-Funktionen auf einem Chip | 1971 erscheint der Intel 4004. Mikrocomputer und später PCs werden möglich. Der Apple I von 1976 ist ein frühes Beispiel, aber nicht der Beginn dieser Generation. |
| Heutige Entwicklung | bis heute | Sehr hohe Integration, Mehrkernprozessoren und spezialisierte Beschleuniger | CPUs, GPUs, NPUs und System-on-Chip-Designs kombinieren Milliarden Transistoren. |
Gibt es eine fünfte Computergeneration?
Der Ausdruck „fünfte Generation“ wurde besonders in den 1980er-Jahren für wissensbasierte und stark parallel arbeitende Systeme verwendet. Heute besitzt er keine allgemein anerkannte technische Abgrenzung wie Röhre, Transistor, IC oder Mikroprozessor.
Quantencomputer, neuromorphe Rechner, biologische Rechenansätze und KI-Beschleuniger sind wichtige Forschungs- und Spezialgebiete. Sie bilden jedoch nicht automatisch eine gemeinsame fünfte Generation und ersetzen klassische Computer derzeit nicht generell.
Quellen zur fachlichen Prüfung
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