Die Geschichte der Informatik

Obwohl die Geschichte der Informatik auf den ersten Blick relativ kurz ist, ist in den rund 70 Jahren viel auf diesem Gebiet passiert. Schließlich wurden aus den einstigen Giganten kleine, handliche Geräte, die heute in beinahe jedem Haushalt in Deutschland – und weltweit – zu finden sind. Dass Du heute vor einem leistungsfähigen PC oder Laptop sitzt, verdankst Du genialen Erfindungen, die unser Leben stark vereinfachen.

Die Vorläufer der modernen Informatik

Die eigentliche Geschichte der Informatik beginnt erst im 20. Jahrhundert. Allerdings werden heute Rechen- und logische Maschinen zu den Vorläufern der Informatik gezählt. Bei den Rechenmaschinen standen Abakus und Rechenschieber am Beginn der Entwicklung. Eine mechanische Rechenmaschine, die addieren, subtrahieren und Überträge durchführen konnte, wurde 1641 von Blaise Pascal entwickelt. Kurze Zeit später (1673) baute Gottfried Wilhelm Leibniz eine Rechenmaschine, die alle vier Grundrechenarten beherrschte. Die Basis dieser Maschinen waren ineinandergreifende Zahnräder. Im Zuge des technischen Fortschritts konnte Herman Hollerith ab 1886 die Idee der Lochkarten von Charles Babbage (ab 1838) verwirklichen.

Logische Maschinen, die als hardwaremäßige Vorläufer von Computern zu betrachten sind, gehen auf das 13. (!) Jahrhundert zurück. Bei diesen Maschinen wurde im späten 19. Jahrhundert die Mechanik durch elektromechanische und elektrische Schaltungen ersetzt. Der Höhepunkt der logischen Maschinen war in den 1940er und 1950er Jahren. Danach wurden ihre Aufgaben von Computer-Software auf leistungsfähigeren Maschinenkategorien gelöst, und ihre Geschichte fand ein jähes Ende.

Die Computer-Generationen

Um die unterschiedlichen Entwicklungsstufen von Computern zu charakterisieren, wird in der historischen Betrachtung von Generationen gesprochen. Das Ende bzw. den Beginn einer Generation wird durch die verwendete Schaltkreistechnologie markiert. Bis heute lassen sich vier Generationen verorten:

1. Generation (1941 – 1954): Schaltelemente = Elektronenröhren
2. Generation (1954 – 1964): Schaltelemente = Transistoren
3. Generation (1964 – 1980): integrierte Schaltkreise
4. Generation (ab 1980): Mikroprozessoren

1. Generation (1941 – 1954)

Die ersten Computer kamen aus Deutschland

Die Geschichte der Informatik in den Jahren 1941 – 54 ist eng mit dem deutschen Bauingenieur und Erfinder Konrad Zuse verbunden. Bereits 1937 entwickelte er die Z1. Diese Rechenanlage war zwar noch mechanisch, verwendete aber bereit binäre Zahlen. Das Computerzeitalter begann jedoch erst 1941 mit der Z3, die als erste Rechenanlage elektronisch und programmgesteuert war. Die Idee hinter der Zuse Z3 war, Relais und die Dualziffern Null und Eins zu verbinden. Programmiert wurde der Relaisrechner mit Lochstreifen, die zu Schleifen zusammengeklebt waren.

Mit dem Zuse Z3, der aus 2.000 Relais bestand, konnten 64 Wörter mit jeweils 22 Bit gespeichert werden. Für die Multiplikation zweier Zahlen brauchte der Relaisrechner drei Sekunden.

IBM steigt in den Ring

Den ersten Computer (“MARK I”) für IBM entwickelte der Mathematik-Professor Howard Aiken 1944 an der Harvard University. Die Herstellungskosten für den MARK I, der einfache arithmetische Operationen durchführen konnte, beliefen sich auf rund eine Million Dollar. Auch seine Größe war gigantisch: So brachte es der Mark I auf eine Länge von etwa 18 und eine Höhe von 3 Metern.

Noch gigantischer war der ENIAC (Elektronic Numerical Integrator and Computer), der 1946 von J.P. Eckert und J.W. Mauchly an der University of Pensylvania gebaut worden war. Der ENIAC, für dessen Programmänderung immer einige Tage nötig waren, brauchte eine Fläche von 170 Quadratmetern. Sein Gewicht betrug 27 Tonnen. Und das alles bei einem Kbit Arbeitsspeicher 😉

Ein großer Schritt in die Richtung von dem, was Du heute unter Computern verstehst, gelang John von Neumann. Er und andere Wissenschaftler hatten die Idee, die Programme, die bislang über Lochstreifen gelesen wurden, im Speicher des Computers unterzubringen. Dies geschah zum ersten Mal 1949 an der Universität Cambridge. Deshalb spricht man heute noch vom “von-Neumann-Computer” bzw. vom “speicherprogrammierten Rechner”.
Du wirst sicher keine Betriebssysteme und/oder Rechnerarchitektur-Vorlesung besuchen, in der nicht der “von-Neumann-Rechner” behandelt wird.

2. Generation (1954 – 1964)

In der 2. Computer-Generation wurden Transistoren als Schaltelemente verwendet. Zudem wurden die Rechner kleiner, preiswerter und zuverlässiger. So konnten diese Rechner Additionen in einem Zeitraum von 1 bis 10 Mikrosekunden durchführen. Im Arbeitsspeicher konnten einige tausend Zeichen gespeichert werden.

Neben den Transistoren war aber die Entwicklung von maschinenunabhängigen Programmiersprachen ein weiterer Meilenstein in der Geschichte der Informatik. Die erste Programmiersprache für wissenschaftliche Berechnungen, FORTRAN (FORmula TRANslator), stammt aus dem Jahr 1954 und die erste für wirtschaftsorientierte Lösungen, COBOL (COmmon Business Oriented Language) aus dem Jahr 1959.

Anekdote: FORTRAN-Entwickler sind noch heute gefragte Spezialisten. Noch immer laufen viele kritische Infrastrukturen wie z.B. die Großrechner bei einigen Banken und Finanzinstituten mit Programmen in FORTRAN.

3. Generation (1964 – 1980)

Das Kennzeichen der dritten Generation sind integrierte Schaltkreise. Nun konnten auf einem Chip bis zu zehntausende Transistoren untergebracht werden. Dies führte dazu, dass Computer nicht nur kleiner wurden, sondern auch preisgünstiger produziert werden konnten. Weitere neue Entwicklungen waren das Multi-Tasking, also das gleichzeitige Abarbeiten von mehreren Programmen, und das Time-Sharing, welches die Benutzung eines großen Rechners durch viele Benutzer ermöglichte. Auch wurden sog. Betriebssysteme zur Verbesserung der Computer eingesetzt.

1970 brachte IBM mit dem IBM 370/45 die erste kommerzielle EDV-Anlage auf den Markt, die über einen Arbeitsspeicher aus Halbleitern verfügte, und 1974 kam der erste Small-Business-Computer auf den Markt, der für kleinere Betriebe geeignet war. Da dieser als Ausgabegerät einen Bildschirm hatte, begann mit der 3. Generation auch die grafische Datenverarbeitung.

Das Jahr 1980 wird als Beginn des PC-Booms gesehen. Die PCs waren allerdings noch viel langsamer. So hatte der erste IBM PC:
Den legendären Intel-Prozessor 8088 mit 64 KB RAM und 4.7 MHz und eine monochrome Bildschirmauflösung von 640×200.

4. Generation (ab 1980)

Mit dem Einsatz von Mikroprozessoren begann die rasante Entwicklung von Computern. Denn auf einem Chip können heute mehrere Millionen bis Milliarden Transistorfunktionen untergebracht werden. Und alle auf einer Fläche von nur wenigen Quadratmillimetern. So wurden Computer nicht nur leistungsfähiger, sondern auch kleiner und kostengünstiger. Und auch die Anwendungsmöglichkeiten haben sich vervielfacht, aber das weißt Du ja aus der täglichen Nutzung.

Und auch wenn sich der Trend zur immer weiter gehenden Verkleinerung der Strukturen (siehe Moore’s law) derzeit etwas abflacht, so steht uns die nächste Generation an Computern bereits bevor.