Geschichte des Computers

Grundlagen und frühe Rechenhilfen

Die Geschichte des Computers reicht bis in die Antike zurück. Sie umfasst nicht nur moderne elektronische Geräte, sondern auch Zahlensysteme, Rechenmethoden, mechanische Rechenhilfen und frühe Maschinen. Grundlage jeder Computergeschichte ist das Konzept der Zahlen. Es entstand wahrscheinlich aus einfachen Kommunikationsbedürfnissen; in allen bekannten Sprachen gibt es mindestens Wörter für eins und zwei.

Ein wichtiger Schritt war der Übergang von bloßen Anzahlen zu Rechenoperationen wie Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division. Auch Quadratzahlen und Quadratwurzeln gehören dazu. Durch Formeln wurden Rechenverfahren überprüfbar. Im Mittelalter kam das ursprünglich aus Indien stammende arabische Zahlensystem nach Europa. Es erleichterte die Darstellung von Zahlen, Ausdrücken und Formeln auf Papier sowie Tabellen mathematischer Funktionen wie Quadratwurzel, Logarithmus und trigonometrischer Funktionen.

Zu den frühesten Rechenhilfen gehört der Abakus, vermutlich um 1100 v. Chr. im indochinesischen Kulturraum erfunden. Er wurde bis ins 17. Jahrhundert genutzt und in manchen Regionen auch später noch verwendet. Bereits im 1. Jahrhundert v. Chr. entstand mit dem Räderwerk von Antikythera eine frühe Rechenmaschine, wahrscheinlich für astronomische Berechnungen und mit Differentialgetriebe. Nach dem Untergang der Antike ging in Mittel- und Westeuropa viel technisches Wissen verloren, wurde aber im oströmischen und später im arabisch-islamischen Raum bewahrt und weiterentwickelt. Über Kreuzzüge, Handel und die iberische Halbinsel gelangte dieses Wissen wieder nach West- und Mitteleuropa.

Mechanische Rechner und Programmideen

1614 veröffentlichte John Napier seine Logarithmentafel; Jost Bürgi gilt als Mitentdecker der Logarithmen. 1623 baute Wilhelm Schickard die erste Vier-Spezies-Maschine mit getrennten Werken für Addition/Subtraktion und Multiplikation/Division. Sie beruhte auf Zahnrädern aus der Uhrmacherkunst und wurde „Rechenuhr“ genannt. Schickard gilt dadurch als „Vater der Computerära“. 1642 entwickelte Blaise Pascal die Pascaline, eine Zweispezies-Rechenmaschine. 1673 baute Gottfried Wilhelm Leibniz eine Vierspezies-Maschine und erfand 1703 erneut das binäre Zahlensystem, das später Grundlage der Digitalrechner wurde.

Im 19. Jahrhundert wurden Rechenmaschinen systematischer und teilweise programmierbar. 1805 nutzte Joseph-Marie Jacquard Lochkarten zur Steuerung von Webstühlen. 1820 baute Charles Xavier Thomas de Colmar das Arithmometer, den ersten in Massenproduktion hergestellten Rechner. Charles Babbage entwickelte von 1820 bis 1822 die Differenzmaschine und 1837 die Analytical Engine, konnte sie aber aus Geldmangel nicht bauen. 1843 bauten Edvard und George Scheutz in Stockholm den ersten mechanischen Computer nach Babbages Ideen. Im selben Jahr entwickelte Ada Lovelace eine Methode zur Programmierung von Computern nach dem Babbage-System und schrieb damit das erste Computerprogramm.

1890 wurde die US-Volkszählung mit Herman Holleriths Lochkartensystem durchgeführt. 1912 baute Torres y Quevedo eine Schachmaschine, die mit König und Turm einen König matt setzen konnte, und damit den ersten Spielcomputer. Mechanische Rechner wie Addierer, Comptometer, Monroe-Kalkulator, Curta und Addo-X blieben bis in die 1970er Jahre in Gebrauch. Sie arbeiteten im Dezimalsystem; das galt auch noch für Babbages Rechner und für den ENIAC von 1945.

Vom Digitalrechner zum turingmächtigen Computer

Ab den 1930er Jahren entstanden die Grundlagen moderner Digitalcomputer. 1935 stellte IBM die IBM 601 vor, eine Lochkartenmaschine mit einer Multiplikation pro Sekunde; etwa 1500 Exemplare wurden verkauft. 1937 meldete Konrad Zuse zwei Patente an, die bereits alle Elemente der sogenannten Von-Neumann-Architektur beschrieben. Im selben Jahr bauten John Atanasoff und Clifford Berry den Atanasoff-Berry-Computer, einen der ersten Digitalrechner. Alan Turing veröffentlichte 1937 einen Artikel über die Turingmaschine, ein abstraktes Modell zur Definition des Algorithmusbegriffs.

1938 stellte Zuse die Z1 fertig, einen frei programmierbaren mechanischen Rechner mit Gleitkommarechnung. Wegen Problemen mit der Fertigungspräzision war sie nie voll funktionstüchtig. Ein späterer Nachbau nach Originalplänen erreicht mechanisch 1 Hz, also eine Rechenoperation pro Sekunde. Ebenfalls 1938 zeigte Claude Shannon, wie symbolische Logik mit Relais umgesetzt werden kann. Im Zweiten Weltkrieg gab Turing wichtige Hinweise zur Entzifferung der Enigma-Codes und baute dafür die Turing-Bombe, einen speziellen mechanischen Rechner.

1941 baute Zuse die Z3, die erste funktionstüchtige programmgesteuerte binäre Rechenmaschine. Sie bestand aus Relais. Wie 1998 bewiesen wurde, war sie turingmächtig und konnte im Rahmen ihres Speicherplatzes beliebige Algorithmen automatisch ausführen. Deshalb gilt sie oft als erster funktionsfähiger Computer der Geschichte. Andere frühe Digitalrechner waren der Atanasoff-Berry-Computer in den USA und Colossus in Großbritannien; sie dienten Spezialaufgaben und waren nicht turingmächtig. 1944 wurde der ASCC, auch Mark I genannt, fertiggestellt. Zuses Z4 ersetzte bis März 1945 die zerstörte Z3 und wurde von 1950 bis 1955 als zentraler Rechner der ETH Zürich genutzt.

Nachkrieg, Transistoren und Seriencomputer

Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden die Entwicklungen in Europa und Amerika wieder gegenseitig bekannt. 1946 entstand der ENIAC unter John Eckert und John Mauchly an der University of Pennsylvania. Er hatte 20 elektronische Register, 3 Funktionstafeln als Festspeicher, 18.000 Röhren und 1.500 Relais. Er gilt als erster vollelektronischer digitaler Universalrechner; Zuses Z3 war zwar früher, arbeitete aber mit Relais und war nicht vollelektronisch.

1947 baute IBM den Selective Sequence Electronic Calculator, einen Hybridcomputer aus Röhren und mechanischen Relais. Im selben Jahr wurde die Association for Computing Machinery gegründet und der erste Transistor realisiert. William B. Shockley, John Bardeen und Walter Brattain erhielten dafür 1956 den Nobelpreis für Physik. In den späten 1940er Jahren entstand auch der EDVAC, der erstmals die Von-Neumann-Architektur implementierte. 1949 stellte Edmund C. Berkeley mit „Simon“ den ersten digitalen, programmierbaren Computer für den Heimgebrauch vor; er bestand aus 50 Relais und wurde als Bauplan vertrieben. Ebenfalls 1949 stellte Maurice Wilkes den EDSAC vor, den ersten vollständig speicherprogrammierbaren Rechner.

In den 1950er Jahren begann die Produktion kommerzieller Seriencomputer. 1951 baute Remington Rand den UNIVAC I, einen kommerziellen Röhrenrechner. 1955 nahm bei Bell Labs der TRADIC den Betrieb auf, der erste Computer der Welt, der vollständig mit Transistoren statt Röhren bestückt war. Heinz Zemanek begann 1955 mit dem Bau des „Mailüfterls“, des ersten auf europäischem Festland gebauten Transistorrechners, vorgestellt 1958. In der DDR wurde 1954 die OPREMA fertiggestellt. 1956 ging an der ETH Zürich die ERMETH in Betrieb, und IBM fertigte mit RAMAC das erste Magnetplattensystem. 1959 lieferte Siemens den Siemens 2002 aus, den ersten in Serie gefertigten und vollständig transistorisierten Computer des Unternehmens.

Minicomputer, Mikroprozessoren und Personal Computer

In den 1960er Jahren wurden Computer vielfältiger. IBM baute 1960 den IBM 1401, DEC brachte mit der PDP-1 einen frühen Minicomputer heraus, und 1964 folgte mit der PDP-8 ein Minicomputer für unter 20.000 Dollar. Ebenfalls 1964 definierte IBM mit S/360 eine Computerarchitektur, auf der Rechner verschiedener Leistungsklassen denselben Code ausführen konnten. Bei Texas Instruments wurde der erste integrierte Schaltkreis entwickelt. 1965 erschien Olivettis Programma 101 als erster frei programmierbarer Tischrechner der Welt für 3.200 Dollar. 1968 bewarb Hewlett-Packard den HP-9100A als „personal computer“, wobei dies noch nicht dem späteren Begriff Personal Computer entsprach. Im selben Jahr wurde die Nixdorf 820 wichtig für mittlere Datentechnik und dezentrale elektronische Datenverarbeitung. Ebenfalls 1968 stellten Douglas C. Engelbart und William English die erste Computermaus vor. 1969 wurden die ersten Computer per Internet verbunden.

In den 1970er Jahren veränderte der serienmäßig produzierbare Mikroprozessor die Computerentwicklung: Geräte wurden kleiner, leistungsfähiger und preisgünstiger. 1971 baute Intel mit dem 4004 den ersten in Serie gefertigten Mikroprozessor mit 2250 Transistoren. 1973 erschien der Xerox Alto mit Maus, grafischer Benutzeroberfläche und Ethernet-Karte. 1974 brachte HP den programmierbaren Taschenrechner HP-65 heraus, Motorola den 6800-Prozessor und Intel den 8080. 1975 erschienen Altair 8800 und IBM 5100; außerdem wurde Maestro I von Softlab weltweit die erste integrierte Entwicklungsumgebung für Software. 1976 folgten der Zilog Z80 und der Apple I. 1977 erschienen Commodore PET, Tandy TRS-80 und Apple II. 1978 stellte Intel den 8086 vor, den Urvater der x86-Prozessor-Familie.

Die 1980er Jahre waren die Blütezeit der Heimcomputer mit 8-Bit-Prozessoren und bis zu 64 KiB Arbeitsspeicher, später auch mit 16-Bit- und 16/32-Bit-Prozessoren. Beispiele sind Commodore VC20, C64, Sinclair-Modelle, Amiga und Atari ST. 1981 stellte IBM den IBM-PC vor, legte die Grundkonstruktion offen und schuf damit einen informellen Industriestandard: die IBM-PC-kompatiblen Computer. Heutige PCs mit Windows-Betriebssystem und x86-Prozessoren beruhen auf Weiterentwicklungen dieses Entwurfs. 1984 setzte der Apple Macintosh neue Maßstäbe für Benutzerfreundlichkeit. In dieser Zeit wuchs auch die Computer-Fernvernetzung, unter anderem über Usenet, Mailboxnetze, FidoNet, Z-Netz und MausNet.

Internetzeitalter und Entwicklung im 21. Jahrhundert

Die 1990er Jahre waren das Jahrzehnt des Internets und des World Wide Web. 1991 spezifizierte das AIM-Konsortium aus Apple, IBM und Motorola die PowerPC-Plattform. 1992 stellte DEC erste Systeme mit dem 64-Bit-Alpha-Prozessor vor. 1993 brachte Intel den Pentium-Prozessor heraus, 1995 den Pentium Pro. 1994 präsentierte Leonard Adleman mit dem TT-100 den ersten Prototyp eines DNA-Computers. 1999 baute Intel den Supercomputer ASCI Red mit 9.472 Prozessoren, und AMD stellte mit dem Athlon den Nachfolger der K6-Prozessorfamilie vor.

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts sind Computer in Beruf und Privatleben allgegenwärtig und allgemein akzeptiert. Ihre Leistung stieg weiter, und digitale Rechner wurden unter anderem in Telekommunikation und Bildbearbeitung integriert. 2001 baute IBM den Supercomputer ASCI White, 2002 ging der NEC Earth Simulator in Betrieb. 2003 lieferte Apple den PowerMac G5 aus, den ersten Computer mit 64-Bit-Prozessoren für den Massenmarkt; AMD folgte mit Opteron und Athlon 64.

Ab 2005 produzierten AMD und Intel erste Dual-Core-Prozessoren. 2006 brachte Intel erste Core-2-Quad-Prozessoren heraus, AMD folgte 2007 mit ersten Vierkernprozessoren. Bis 2010 stellten mehrere Firmen Sechs- und Achtkernprozessoren vor. Weil die Taktfrequenzen seit den 1980er Jahren von wenigen MHz bis etwa 4 GHz im Jahr 2015 gestiegen waren, sich danach aber nur noch wenig erhöhen ließen, wurde mehr Rechenleistung vor allem durch mehr Prozessorkerne, größere Busbreiten und die Nutzung von Grafikprozessoren für spezielle Aufgaben erreicht, etwa mit OpenCL und GPGPU. Seit etwa 2005 wurden auch Umweltaspekte wichtiger, darunter Stromsparfunktionen, weniger schädliche Stoffe und Green IT. Ende September 2020 wurde Europas letztes Computerwerk, Fujitsu in Augsburg, geschlossen.