Quelle: Konrad Zuse Internet Archive
Computer gehören mittlerweile fest zu unserem Leben dazu und bestimmen unseren Alltag. Von der Nutzung am Arbeitsplatz, über Gaming zuhause, bis zum Musik hören, Nachrichten schreiben und Social Media auf unserem Handy. Wie unsere Computer heutzutage funktionieren und was dahintersteckt, haben wir uns bereits im letzten Beitrag „Vom Klick zur Anzeige, so rechnen Computer“ genauer angeschaut. Doch wie fing diese Reise an?
Die Geburt des Computers
Wenn wir an die Anfänge der Computertechnik denken, fallen uns oft Heimcomputer wie der Macintosh von Apple aus dem Jahr 1984 ein. Dieser war bekannt für die erste kommerziell verfügbare grafische Benutzeroberfläche und das Betriebssystem macOS. Ein weiteres Beispiel ist MS-DOS von Microsoft, welches 1981 eingeführt wurde und über die Kommandozeile gesteuert wurde.
Andere denken vielleicht sogar noch an die alten Konsolen und Spielhallenautomaten aus den 1970ern.
Die ersten Computer, deren Ursprünge noch einige Jahre weiter zurück liegen, verfügten allerdings noch nicht mal über ein Betriebssystem und unterschieden sich stark von den heutigen Geräten – sie erinnerten eher an massive Serverschränke. Dies änderte sich erst mit dem Einsatz von Transistoren und der Erfindung der Mikroprozessoren, Anfang der 1970er.
Zu Beginn wurden sich Funktionen gewünscht, die des eines heutigen Taschenrechner gleichen. Auch wenn es bereits seit langer Zeit Hilfen für mathematische Rechnungen wie den Abakus, den Rechenschieber und sogar die mechanische Rechenmaschine gab, sollte dies nun noch einfacher und komplett automatisiert werden. In diesem Kontext sagte Konrad Zuse einmal humorvoll: „Ich bin zu faul zum Rechnen.“
Die Idee eines frei programmierbaren Computers wird dem britischen Mathematiker Charles Babbage zugeschrieben. Dieser soll die Idee schon 1823 gehabt haben, konnte diese aber, aufgrund der mechanischen Limitierungen seiner Zeit, nicht umsetzen.
Erst kurz vor Beginn des zweiten Weltkrieges nahmen, unabhängig voneinander, mehrere Personen diese Idee wieder auf. Die erstmalige Fertigstellung einer solchen Maschine, namentlich die Z1, wird Konrad Zuse im Jahre 1938 zugeschrieben. Die Nachfolger Z2 und Z3 stellte er 1939 beziehungsweise 1941 fertig.
Die Z1: Der erste mechanische Versuch
Die Z1 baute Zuse noch aus dünnen Metallblechen- und stäben zusammen und war rein mechanisch. Der einzige elektrische Teil dieser Maschine war der verbaute elektrische Staubsaugermotor, der zur Steuerung der Mechanik diente. Ähnlich zu heutigen Computern besaß die Z1 schon ein Steuer- und Rechenwerk, einen Arbeitsspeicher, einen Massenspeicher und Ein- und Ausgabeeinheiten. Dies änderte sich auch bei der Z2 und der Z3 nicht. Zudem war es möglich alle drei Maschinen zu programmieren.
Dieser erste Entwurf war allerdings, aufgrund der rein mechanischen Bauteile, nicht nur sehr langsam, er konnte nur eine Operation pro Sekunde durchführen (1 Hertz), sondern auch fehleranfällig. Dies war bedingt durch die benötigte Präzision, die Zuse mit seinen händisch hergestellten Bauteilen nicht erreichen konnte. Infolgedessen konnte die Z1 zwar Rechnungen korrekt lösen, war allerdings durch die Unzuverlässigkeit in der Praxis unbrauchbar.
Die Z2: Ein Beweis für die Funktionsfähigkeit von Relais
Quelle: [pixabay]
Relais sind elektromagnetische Schalter, die durch elektrischen Strom getätigt werden. In einem Relais gibt es eine Spule; wird diese Spule von Strom durchflossen, entsteht ein Magnetfeld. Dieses zieht einen Anker an, der durch seine Bewegung zwei Kontakte zusammendrückt und den Schalter schließt. So kann mit einem kleinem Steuerstrom ein größerer Stromkreis gesteuert werden. Außerdem vereinfacht sich die Realisierung des Binärsystems, wenn kein Strom fließt – 0, wenn Strom fließt – 1.
Dank des Einsatzes von Relais arbeitete die Z2 nicht nur schneller , sondern auch bedeutend zuverlässiger als ihr Vorgänger, da die Anzahl der beweglichen Teile reduziert wurden.
In die Z2 baute Zuse allerdings nicht alle Funktionen ein, die nachher in der Z3 waren. Die Z2 wurde von Zuse hauptsächlich als Konzeptversuch für Relais gebaut und wurde somit nicht in der Realität eingesetzt.
Die Z3: Der erste voll programmierbare Computer
In der darauffolgenden Z3 orientierte sich Zuse an der Logik der Z1, verbaute allerdings 2000 Relais, 600 für das Rechenwerk und 1400 für den Speicher, und optimierte ihre Konstruktion. Er verwendete noch weniger mechanische Teile und setzte stärker auf elektromagnetische Lösungen wie Relais. Dies steigerte sowohl die Leistung (5,3 Hertz) als auch die Zuverlässigkeit der Z3 erneut. Vergleichsweise haben heutige CPUs eine Taktrate von mehreren Gigahertz – Sie sind also mehr als 100 Millionen Mal so schnell. Die größten Unterschiede zwischen der Z2 und Z3 war, dass die Z3 voll programmierbar war, mit einem vollständigen automatisierten Programmablauf arbeitete, mit Gleitkommazahlen rechnete und Quadratwurzeln berechnen konnte.
Viele dieser Konzepte sind immer noch Grundlagen unserer modernen Computer und gehen auf Zuses Design zurück.
Falls euch dieses Thema interessiert und ihr gerne mehr über den Aufbau und Funktionen einzelner Komponenten lernen wollt, seid gespannt auf den nächsten Beitrag.
Verantwortlich für die Inhalte dieses Beitrags ist Marc Weerts.
Schreibe einen Kommentar