Elektronische Datenverarbeitung (EDV) einst und jetzt

Die Entwicklung der Rechnertechnik

Zählrahmen gab es schon 1100 v. Chr. in China und Japan. 62 n. Chr. erfand Heron v. Alexandria mit dem automatischen Tempeltüröffner den ersten programmgesteuerten Automaten (Seilwindungen auf einer Programmwalze). Um 800 n. Chr. entwickelten die Araber die indischen Zahlzeichen weiter und führten mit der Null auch den Stellenwert der Ziffern ein: Statt für Fünfer, Zehner, Fünfziger, Hunderter, Fünfhunderter und Tausender neue Zahlzeichen zu brauchen wie die Römer konnte man nun platzsparend, übersichtlich und damit für das Rechnen tauglich mit lediglich 10 Ziffern auskommen: z.B. 1673 statt MDCLXXVIII). 1588 erfand der Schweizer Jost Bürgi das Rechnen mit Logarithmen, machte es aber erst 1605 Kepler zugänglich und veröffentlichte seine Logarithmentafeln erst 1620, nachdem John Napier aus Schottland die Logarithmen nochmals erfunden, veröffentlicht und den darauf basierenden Rechenschieber entwickelt hatte.

Die erste mechanische Rechenmaschine mit Ziffernrädern und Zehnerübertragung stammt von Wilhelm Schickard (1624), verbesserte Modelle 1642 und 1647 von Blaise Pascal, 1673 von Gottfried Wilhelm von Leibnitz (alle 4 Grundrechenarten). Leibnitz schrieb 1679 auch eine Abhandlung über das heute von allen Computern verwendete duale Zahlensystem (in dem nur die Ziffern 0 und 1, entsprechend "Strom aus" und "Strom ein" benützt werden). 1728 konstruierte Falcon eine Webstuhlsteuerung mit gelochten Holzbrettchen, 1805 Joseph Maria Jacquard den Webstuhl mit Lochkarten aus Karton. Charles Babbage (1792-1871) entwarf 1833 das Konzept einer "Analytical Engine", das von Augusta Ada Countess of Lovelace (1815-1852, gilt als erste Programmiererin) veröffentlicht wurde. Georg Boole (1815-1864) formulierte die seit Aristoteles (330 v. Chr.) bekannte formale Logik streng mathematisch (Boolesche Algebra). 1886 konstruierte Hermann Hollerith eine elektromechanische Zähl- und Sortiermaschine mit Lochkarten, die zur Auswertung der amerikanischen Volkszählung 1890 in Serie produziert wurde. Aus Holleriths Firma entstand 1924 der IBM-Konzern. 1938 zeigten C. E. Shannon und Shestakovs, dass alle Rechenarten sich auf die Booleschen Grundoperationen UND, ODER und NICHT zurückführen lassen.

In Deutschland entwickelte Konrad Zuse von 1934 bis 1941 drei Rechner ZUSE Z1 .. Z3 in Relaistechnik [Relais = elektromagnetischer Schalter, schliesst bzw. öffnet Kontakte, wenn Strom durch die Spule seines Elektromagneten fliesst], eine Plan Zuses für einen Rechner mit 1500 Elektronenröhren scheiterte am fehlenden Geld. In den USA bauten George R. Stibitz (Bell Telephone Labs, 1937) und Howard H. Aiken (Harvard University, Mark I, 1939-1944, in Betrieb bis 1959) weitere elektromechanische Rechner. Diese Rechner funktionierten nach den Konzepten von Babbage, obwohl Zuse und Aiken weder voneinander noch von Babbage wussten. Der erste Elektronenröhren-Rechner ENIAC (Electronic Numerical Integrater And Computer) von W. J. Eckert und J.W. Mauchly 1946 belegte eine Fläche von 10x15 m, wog 35 Tonnen und verbrauchte mit 18'000 Röhren (Ausfallrate: 2-3 Röhren pro Woche) und 1500 Relais stolze 150 kW elektrische Leistung bei einer Taktrate von 0,1 MHz (erster IBM-PC 4,7 MHz, heutige PC knapp 2000 MHz).

John von Neumann (gebürtiger Ungarn, studierte auch in Zürich) veröffentlichte 1945 eine bahnbrechende Idee: Das Programm [die Arbeitsanweisung für den Computer] sollte wie die Zwischenergebnisse nicht fest durch Lochkarten vorgegeben werden, sondern selbst im Arbeitsspeicher hinterlegt werden. Dadurch wurde es erst möglich, den weiteren Verlauf des Programms von den Ergebnissen der vorangegangenen Schritte abhängig zu machen, ohne diese erst mühsam auf Lochkarten auszustanzen und neu einzulesen. M. V. Wilkes baute 1946-1949 an der Universität Manchester den ersten Rechner EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer) nach diesem Prinzip. Funktionen wie Multiplizieren oder Wurzelziehen wurden erstmals nicht in der Schaltung fest vorgegeben, sondern nachträglich mit Programmteilen (Mikroprogrammen) auf ganz wenige Boolesche Grundfunktionen zurückgeführt. Das duale Zahlensystem wurde erstmals 1950 im WHIRLWIND I des MIT (Massachusetts Institute of Technologie) eingesetzt. Das Team um Ken Olsen, Dick Best und George Gerelds gründete 1957 die DEC (Digital Equipment Corporation). Ab 1948 produzierte IBM ihren ersten Rechner SSEC und schickte das kleinere Modell 604 (1400 Röhren) in die Serienproduktion (die Marktforschung schätzte einen Bedarf von 75 Stück, gebaut wurden 5600 Stück, von denen 1975 noch 400 in Betrieb standen!). 1951 folgte Remington (Eckert-Mauchly) mit der grösseren UNIVAC I (5600 Röhren, 45 Stück). 1952 wurde am MIT der Ferritkernspeicher erprobt, der Speicherröhren, Quecksilber-Verzögerungsleitungen und Magnettrommelspeicher ablöste und erst in den 1970'er Jahren von den heute üblichen Halbleiterspeicher (RAM) verdrängt wurde.

Transistoren

Seit etwa 1940 experimentierten William Bradford Shockley, John Bardeen und Walter H. Brattain (Nobelpreis 1956) in den Bell Telephone Labs mit gezüchteten Germanium- und Silizium-Kristallen und stellten 1947 den ersten funktionsfähigen Transistor her, der die Elektronenröhre als Verstärker und Schalter ablöste. Praxistauglich wurde der Transistor allerdings erst 1952. Bell Labs stellte 1955 den ersten Computer mit 800 Transistoren und 11'000 Dioden vor, der 20 mal weniger Strom brauchte als ein vergleichbarer Röhrenrechner. Ab 1957 stellte SIEMENS den ersten volltransistorisierten Computer in die Serie her. Die Sowjetunion löste mit dem ersten künstlichen Satelliten Sputnik in den USA zuerst einen Schock und dann enorme Investitionen in Bildung und Forschung aus. Das Resultat waren Transistoren und integrierte Schaltungen [aus Tausenden von Transistoren und weiteren Elementen auf einem kleinem Siliziumplättchen]. Väter der neue Technologie waren u.a. Jean Hoerni (aus der Schweiz stammend, Fairchild Inc.) und Jack St. Clair Kilby (Texas Instruments).

Programmiersprachen

1954 wurden die erste Programmiersprache FORTRAN (Formula Translation) entwickelt. Programmiersprachen sind eine Mischung aus wenigen englischen Wörtern (Keywords), mathematischen Symbolen und Gestaltungsvorschriften (Syntax bzw. Grammatik) und erlauben es dem Programmierer, die Anweisungen im "Klartext" zu formulieren. Eigene Übersetzungsprogramme (Compiler) bringen die Programme dann in die für den Computer verarbeitbare, für den Menschen dagegen kaum mehr verständliche Form. Bis heute wurden einige Dutzend weitere Programmiersprachen erfunden. Die bekanntesten sind COBOL (Common Business Oriented Language, 1959, Grace Cooper, US-Navy, für kaufmännische Datenverarbeitung), ALGOL (Algorithmic Language, 1960, Prof. H. Rutishauser, ETH Zürich, Grundlage aller modernen strukturierten Programmiersprachen), PASCAL und MODULA 2 (1971 bzw. 1980, Prof. Niklaus Wirth, ETH Zürich), BASIC (Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code), C (1974, Bell Labs, ein Rückschritt gegenüber PASCAL, aber als C++ bzw. Visual-C nebst Visual-Basic der heutige de-facto Standard), CHILL (1981, speziell geeignet für Telekom-Anwendungen) und Java.

Die ETH Zürich (Prof. Stiefel) mietete 1950 - 1955 die ZUSE Z4. 1955 - 1958 bauten Stiefel, Speiser und Rutishauser den ERMETH (17'000 Röhren, 7000 Dioden, 200 Relais), der heute im Technorama in Winterthur zu sehen ist. 1957 wurden die ersten kommerziellen Computer in die Schweiz geliefert: eine UNIVAC I an Sandoz in Basel und eine IBM 650 an das Institut Nielsen in Luzern.
Weltweit nahm die Zahl der Computer sprunghaft zu:

Jahr	1957	1961	1963	1965
Anzahl	1'300	7'300	16'500	31'000

1964 entstanden die ersten Miniaturrechner für die Raumfahrt, gleichzeitig etablieren sich Grossrechnersysteme wie die IBM 360 und UNIVAC 1108, die

Heim- und Personal-Computer

Anfang der 1980'er Jahre hatte die Entwicklung der Siliziumtechnologie einen Stand erreicht, der es erlaubte, ganze Rechenwerke (CPU = Central Processing Unit) auf einem Mikrochip zusammenzufassen. Mit solchen Mikroprozessoren konnte man daran gehen, Computer für den Schreibtisch zu bauen und damit den auch in die privaten Haushalte vorzudringen. Zuerst eine Spielerei für Technikbegeisterte, bald schon ein Vergnügen für Jugendliche, aber noch nicht tauglich für seriöse Arbeit - das war der Stand der Modelle, die mit dem Fernsehbildschirm als Anzeigemedium arbeiteten. Als IBM etwa 1985 den Personal Computer mit der Betriebssystem-Software von Microsoft auf den Markt brachte, gab es allerdings schon bessere Maschinen mit leistungsfähigeren Prozessoren und grafikorientierter Software. Allerdings schätzte IBM den Markt realistischer ein als die Konkurrenz und brachte zunächst einmal eine solide Metallkiste ohne Schnickschnack, überzeugte damit die Manager der Grosskonzerte und setzte sich damit auf dem Markt gegen die Konkurrenz durch - denn zu diesem Zeitpunkt war der Markt für die grafikorientierte Oberfläche noch nicht reif.

Das Internet

Die Anfänge des Internets reichen in die Zeit des Kalten Krieges zurück. Die militäre Bedeutung der Rechner nahm zu und man fürchtete das Risiko, dass diese durch einen einzigen konzentrierten Angriff lahm gelegt werden könnten. Deshalb bauten die US-Streitkräfte das ARPANET auf, ein weitverzweigetes Datennetzwerk, das (gegen alle militärische Gewohnheit) nicht hierarchisch strukturiert war. Vor dem Hintergrund der Abrüstung gelang es den Universitäten Mitte der achtziger Jahre, ihr eigenes Netz mit dem ARPANET zu verbinden und damit sehr leistungsfähige Verbindungen für den Datenaustausch zu schaffen. Zum Massenmedium wurde das Internet allerdings erst, als Tim Berners-Lee 1989 am europäischen Forschungsinstitut für Teilchenphysik CERN in Genf die "Hyper Text Markup Language" vorschlug. Weil es sehr viele verschiedene Computer - Systeme und noch mehr verschiedene Software - Produkte zur Textbearbeitung gab, war der Austausch von Texten zwischen Wissenschaftlern schwierig, zumal viele Systeme das Schreiben von mathematischen Formeln auch noch nicht unterstützten. HTML schuf hier einen Standard, der den Austausch von Texten mitsamt dazugehörigen Bildern und Messdaten extrem vereinfachte und gleichzeitig die Grundlage für grafisch gestaltete Internetseiten bildete. Gleichzeitig waren PC's (zumindest in den USA, Europa und Japan) für breite Bevölkerungskreise erschwinglich geworden.

Literatur und Links zur Geschichte der elektronischen Datenverarbeitung und der Computer:

• Weiss Robert, Die Geschichte der Datenverarbeitung, Zürich: Sperry AG, 1983
• Walker Richard et al., Bahnbrechende Erfindungen, Stuttgart: Das Beste, 1998

Kurze Zitate nur mit Quellenangabe (Link). Reproduktion grösserer Teile in gedruckter oder elektronischer Form nur mit schriftlicher Einwilligung erlaubt.