Читать книгу Eine Pandemie verändert die Welt - Walter Swoboda - Страница 6

Charles BabbageBabbage, Charles entwarf im frühen 18. Jahrhunderts den ersten frei programmierbaren Computer, der allerdings nie fertig gestellt werden konnte. Das tonnenschwere mechanische Ungetüm wäre 19 Meter lang und drei Meter hoch geworden und scheiterte an den noch nicht genügend ausgereiften feinmechanischen Fertigkeiten der Zeit und den immensen Kosten. Zu seinem Betrieb wäre eine ausgewachsene Dampfmaschine notwendig gewesen. Heute sind sich die Experten aber einig, dass die Analytical EngineAnalytical Engine vom Entwurf her korrekt war, obwohl ein endgültiger Beweis aussteht. Ada LovelaceLovelace, Ada, eine Mitarbeiterin Babbages, wird als die erste Programmiererin der Welt bezeichnet, denn sie schuf eine Eingabetabelle, die als erstes Programm gilt.

Dann vergingen 100 Jahre, bis Konrad ZuseZuse, Konrad den ersten programmierbaren Rechner fertig stellte. Zuses Lebenslauf ist bemerkenswert: Er absolvierte die Schule in Berlin und studierte Bauingenieurwesen. Nach Abschluss und kurzer Berufstätigkeit quittierte er seine Stelle bei einem Flugzeugbauunternehmen und überredete seine Eltern, in deren Berliner Wohnung einen Computer bauen zu dürfen. Was er dann auch tat.

Der Fall ist erstaunlich: Er schaffte mit Mühe und Not sein Studium. Die Eltern waren froh über die sogleich ergatterte Arbeitsstelle. Wir schreiben das Jahr 1935. Es war kurz vor dem Zweiten Weltkrieg. Kaum hat er mit seiner Arbeit begonnen, kündigte er. Für die Eltern ein Schock. Ein zweiter folgte: Nun begann er, im elterlichen Wohnzimmer einen Computer zu bauen. Stellen Sie sich einmal vor, wenn Sie das Nachbarskind frägt, ob es in Ihrer Garage ein Raumschiff zusammenschrauben darf. Ich vermute, dass Zuse mit seinen Eltern viel Glück hatte.

Die rein mechanische Z1 rechnete nur langsam und unzuverlässig, sie war daher nicht recht brauchbar. Ein späterer Bombenangriff zerstörte sie vollständig. Zuse ließ sich nicht entmutigen und entwickelte die Z2. Für diese Maschine sammelte er zunächst 200 elektrische Schalter (Relais) von verschiedenen Telefonfirmen, was damals nicht einfach war. Die Z2 war simpler aufgebaut und nicht frei programmierbar, hatte aber durch den Einsatz der Relais den Vorteil der wesentlich größeren Zuverlässigkeit. Auch sie ging im Krieg verloren. 1941 stellte Zuse dann zusammen mit Helmut Schreyer die Z3 fertig und das war nun wirklich der erste voll funktionsfähige programmierbare Computer dieser Welt. Allerdings wurde auch sie durch Bomben vernichtet. Aber da gab es noch die Z4, die Zuse während der letzten Kriegsjahre begonnen hatte, und die konnte er retten. 1950 vermietete er diese Maschine an die Eidgenössische Technische Hochschule in Zürich und damit war Zuse auch so etwas wie der weltweit erste Computerhändler. Die Konkurrenz hinkte hinterher: Der Vertrieb der amerikanischen ENIAC begann erst einige Monate später.

Zuses Z3 steht als funktionsfähiger Nachbau im Deutschen Museum. Dort befindet auch die originale Z4, die in schlechtem Zustand über diverse Umwege nach München kam. Ende der 90er-Jahre des letzten Jahrhunderts hat Zuse mit Mitarbeitern und jungen Wissenschaftlern versucht, sie wieder zum Laufen zu bringen. Ich war damals Student und hatte Gelegenheit, ihn bei der Arbeit zu beobachten. Es stand inmitten seiner Rechner wie ein menschliches Ausstellungsstück; dabei studierte er riesige Schaltpläne, die verdächtig nach Bauzeichnungen aussahen und kaum auf einen Konferenztisch passten. Ich war schwer beeindruckt.

Er hat es leider nicht zu Ende gebracht. Die Z4 funktioniert immer noch nicht und wird es wohl auch nie wieder tun. In ihr sind 2.200 elektrische Schalter verbaut und es grenzt an ein Wunder, dass die Maschine jemals arbeitete. Zuse hat aus der Erfindung übrigens keinen großen kommerziellen Nutzen ziehen können; bereits 1956 wurde die Zuse KG übernommen. Aber er blieb bis zu seinem Lebensende aktiv der Informatik verbunden. Wie bedeutsam sein Einfluss auf künftige Entwicklungen war, geht aus der Gedenktafel hervor, die in Berlin-Kreuzberg in der Methfesselstraße 7 angebracht ist:

In den kriegszerstörten Häusern

Methfesselstraße 10 und 7

entwickelte und baute Konrad Zuse von 1936 bis 1944

die programm-gesteuerten Rechenanlagen Z1 bis Z4.

1941 ging der Rechner

Zuse Z3

als erster funktionsfähiger Computer

der Welt in Betrieb.

Danach beschleunigte sich die Entwicklung und etliche tonnenschwere Computerungetüme wurden gebaut. Sie füllten ganze Hallen, hatten den Stromverbrauch einer Kleinstadt und benötigten ein eigenes Serviceteam, um funktionsfähig zu bleiben. Grace HopperHopper, Grace, ebenfalls eine frühe Computerpionierin, fand bei einer Kontrolle einer ausgefallenen Einheit eines Großrechners eine Motte zwischen den Kontakten. Das Tierchen hatte sich in die Tiefen des Rechners verirrt und blockierte ein Relais. Hopper, die als Offizierin der US-Armee nicht zimperlich war, entnahm das Insekt und befestigte es mit Klebeband im Wartungsbuch der Maschine. Darunter schrieb sie: „First actual case of bug being found“, womit der Bezeichnung BugBug für einen Computerfehler geboren war. Hopper wurde ebenfalls eine Berühmtheit, allerdings nicht wegen der erwähnten Namensfindung. Sie hatte die Vision, dass Computer einfacher zu programmieren sein müssten als durch das Setzen einzelner Signale mit einer Unmenge von Schaltern. So entwickelte sie den Compiler, eine Art Übersetzer ist zwischen menschlicher Sprache und Maschinenbefehlen.

Wissen | Computer und Medizin

Diese frühen Computer wurden von Anfang an auch für die medizinische Forschung verwendet. In den USA wurden sie für Volkszählungen eingesetzt, bei denen auch gesundheitsrelevante Daten erhoben wurden. In Europa liefen schon früh epidemiologische Auswertungen, um beispielsweise Krebsregister zu schaffen. Auch die Simulation von infektiösen Erkrankungen wurde schon früh simuliert; die gefundenen Ergebnisse ließen sich dann spätestens mit Einsetzen der AIDS- bzw. HIV-Welle verifizieren. Die eingehende Erforschung von Pandemien wäre wegen der vielen zu erfassenden Parametern ohne Computereinsatz nicht denkbar.

1969 betraten das erste Mal Menschen den Mond. Das war eine technische Meisterleistung, denn wie sollte man eine Raumkapsel über Millionen von Kilometern an einer festgelegten Stelle landen, ohne abzuweichen oder das Ziel ganz zu verfehlen? GPS war noch nicht erfunden und auf dem Mond würde es auch nicht funktionieren.

Während der amerikanischen Planungen zur Mondlandung umrundete die russische Mondsonde Lunik 3 den Trabanten und sandte Bilder von seiner Rückseite zur Erde. Frank Forman, William Anders und James Lovell umkreisten den Mond dann mit Apollo 8 zehnmal, ohne zu landen. Sie waren die Ersten, die „the dark side of the moon“ mit eigenen Augen sahen. Die Aussicht muss gespenstisch gewesen sein: wegen des Mondschattens keinerlei Funkkontakt, die Finsternis des Alls und die von der Sonne fahl erleuchtete Mondoberfläche.

Beim Umrunden muss man nicht viel navigieren, denn das Raumschiff kreiste von allein wie ein Satellit um den Mond. Bei Hin- und Rückflug konnte die Position mit Teleskop und Sextant festgestellt werden. Landen ist da schwieriger, denn es sollte schon bekannt sein, wo die Kapsel aufsetzt. Der NASA kam die Tatsache zugute, dass der Mond gegenüber der Erde keine Eigendrehung aufweist. Daher ist es über Funkleitstrahlen machbar, die Abweichung der Landefähre vom festgelegten Kurs genau zu bestimmen. Aber wegen der langen Kommunikationsdauer durch die großen Entfernungen musste es möglich sein, zumindest die wichtigsten Berechnungen vor Ort anstellen zu können, denn eine Steuerung von der Erde aus wäre viel zu träge gewesen. Deshalb wurde eigens ein völlig neuartiger Bordcomputer entworfen und gebaut.

Der AGC (Apollo Guidance ComputerApollo Guidance Computer) ist in zweifacher Hinsicht ein Meilenstein: Er stellt den endgültigen Durchbruch der Digitaltechnik dar, außerdem ist er ein frühes Wunder der Miniaturisierung, wurden doch alle Röhrenbausteine durch die damals brandneuen Transistoren ersetzt. Er wog 32 kg und war nur etwa so groß wie zwei Aktentaschen.

Heute wird oft behauptet, dass ein normaler Taschenrechner mehr Rechenkapazität hätte als der AGC. Aber versuchen sie einmal, mit Hilfe eines Taschenrechners und einigen Funksignalen ihre Position zu bestimmen! Selbstverständlich ist der AGC langsam, wenn er ausschließlich Logarithmen oder Integrale ausrechnen soll. Aber er konnte viel mehr: Er steuerte Navigationsfunktionen des Raumschiffs automatisch, ermittelte dessen Position und sammelte und speicherte wichtige Fluginformationen. Seine Benutzerschnittstelle bestand nur aus 19 Tasten, 14 Kontrolllämpchen und einem sechszeiligen Display, das nur fünf Ziffern pro Zeile darstellte. Alles war da, was benötigt wurde und nicht mehr, er war perfekt eingebettet in seine Aufgabe.

Gibt es einen ‚Einstein der Informatik‘, ein zentrales Genie in den Computerwissenschaften? Wenn jemand diesen Titel verdient, dann ist es Alan TuringTuring, Alan. Er war als junger Mann im Zweiten Weltkrieg Mitarbeiter der britischen militärischen Dienststelle am Bletchley Park, die sich mit der Entzifferung der deutschen Funksprüche befasste. Die Wehrmacht verwendete eine Verschlüsselungsmaschine namens Enigma, die zwar einfach aufgebaut war, aber trotzdem eine große Zahl von Verschlüsselungscodes zuließ. Die Alliierten erbeuteten mehrmals eine solche Maschine, es gelang ihnen aber nicht, die damit verschlüsselten Nachrichten zu entziffern. Die Enigma konnte abhängig vom Geheimcode, der täglich gewechselt wurde, einzelne Buchstaben, Satzzeichen und Ziffern durch andere ersetzen. In ihrem Inneren war ein mechanisches System mit einstellbaren Kodierwalzen installiert, das elektrische Signale verschaltete. Man stellte den Code ein, indem man die Walzen verdrehte, drückte eine Taste der Schreibmaschinentastatur und als Ergebnis leuchtete ein Lämpchen mit dem zugeordneten Buchstaben auf. Das funktionierte in beide Richtungen zum Ver- und Entschlüsseln. Aber es gab ein Problem: Es war unmöglich, ein Zeichen mit sich selbst zu verschlüsseln, weil das bedingt durch die Konstruktion zu einem Kurzschluss geführt hätte. Das war die große Schwachstelle des Systems. Das Team im Bletchley Park konnte zusammen mit der Häufigkeitsverteilung der Buchstaben in der deutschen Sprache eine Maschine entwerfen, die abgehörte Nachrichten innerhalb einiger Stunden entschlüsselte. Jetzt war es möglich, Begleitzüge auf hoher See vor feindlichen U-Booten zu warnen und die U-Boote selbst zu bekämpfen. Um das Geheimnis der neuen Abhörmöglichkeiten zu wahren, schickten die Alliierten einige Male auch eigene Soldaten bewusst ins gegnerische Feuer. Es waren dunkle Zeiten. Die Nazis ahnten aber bis zum Schluss nichts und es ist sehr wahrscheinlich, dass durch das Knacken der Enigma eine atomarer Angriff auf Deutschland verhindert wurde. Man wusste, dass das Land am Ende war und konzentrierte sich auf das unglückliche Japan.

Turing verdient den Titel des bisher größten Genies der Informatik aber vor allem wegen seiner Verdienste um die Theorie der Berechenbarkeit. Er konstruierte im Gedankenexperiment eine Rechenmaschine, die sehr einfach ist: ein langes Papierband, das von einem Schreib-/Lesekopf beschriftet und gelesen wird, ergänzt von einigen elementaren Rechenoperationen. Das Besondere: Turing bewies mathematisch exakt, dass mit seiner Turing-MaschineTuring-Maschine alle berechenbaren Aufgaben gelöst werden können.5

Das ist beachtlich. Wenn das Band lang genug ist (und genügend Zeit vorhanden), dann genügt die simple Maschine vollkommen für alle Aufgaben, die überhaupt berechnet werden können. Turing schuf damit ein Konstrukt, das die vollständige theoretische Basis aller existierenden Computer darstellt. Wir müssen uns nicht mit Megahertz, Speichertechnologien und Programmiersprachen herumschlagen, wenn wir wissen wollen, ob ein Problem gelöst werden kann oder nicht. Wenn es lösbar ist, dann genügt ebenso die Turing-Maschine (mit genügend Zeit) und umgekehrt. Wenn ein Problem nicht von der Turing-Maschine gelöst werden kann, dann geht das es auch mit keinem anderen Hilfsmittel.

Quintessenz

Zur Mitte des 20. Jahrhunderts standen praktisch alle theoretischen Grundlagen herkömmlicher Computer fest.