computerUSA
Werbung
Computer-Entwicklung in den USA und England Von Gerald Angermair, Philipp Straub und Tobias Simon TUM, 8.5.2003 Gliederung USA ENIAC John von Neumann England 8.5.2003 Alan Touring COLOSSUS Computerentwicklung USA und England 2 John Vincent Atanasoff John Vincent Atanasoff (1903-1995) empfand elektromagnetische und Analogrechner für zu langsam, restriktiv und ungenau Entwickelte Prototyp des Atanasoff Berry Computers (ABC) (Dezember 1939) Vakuumröhren statt Relais Basiert auf binären Zahlen Fand keine ernsthafte Verwendung 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 3 Mauchly und Eckert 1941: Treffen Atanasoffs mit Physiker John W. Mauchly Mauchly fasste 1942 Überlegungen in einem kurzem Memorandum zusammen Elektroingenieur J. P. Eckert, Jr. erhielt Bericht und nahm an Entwicklung teil Beide wurden zu führenden Entwicklern des ENIAC 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 4 Ballistics Research Laboratory Aufgabe: Erstellung ballistischer Tabellen Berechnungen waren sehr aufwendig und wurden meist von Frauen per Hand oder mithilfe mechanischer Rechenmaschinen durchgeführt Kauf von Differentialanalysatoren 1942: Treffen zwischen Mauchly, Eckert und Ausbilder Hermann Goldstine Vorschlag der Entwicklung eines Computers für Rechenarbeit 5.Juni 1943 Vertrag zwischen der US-Regierung und der University of Pennsylvania 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 5 Entwicklung des ENIAC Start der Arbeiten: 31. Mai 1943 150000$ wurden veranschlagt Projekt unterlag Geheimhaltung Mauchly übernahm zuerst Designangelegenheiten Eckert wurde zum entscheidenden Mann Überzeugte als Chefingenieur mit seinem Können, Wissen und hohen Standards Fertigstellung im November 1945 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 6 Aufbau des ENIAC 40 u-förmig angeordneten Konsolen zwanzig Akkumulatoren für Additionen und Subtraktionen (0,2ms/Operation) einen Multiplizierer für Multiplikationen (3ms/Operation) Dividier- und Wurzeleinheit (30ms/Operation) Ein- und Ausgabe mittels Lochkarten (IBM Kartenleser und -stanzer) Einheiten für Steuerung und Datenspeicherung 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 7 ENIAC 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 8 Daten des ENIAC 30 x 3 x 1 Meter 30 Tonnen 17000 Elektronenröhren 70000 Widerstände 10000 Kondensatoren 1500 Relais 6000 Schalter 140 kW Verbrauch im Betrieb 100kH Taktfrequenz 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 9 Verwendung des ENIAC Löste Aufgaben sehr schnell Programmierung durch Stecken von Verbindungen Programmierung dauerte länger als Lösung der Aufgabe 100 Ingenieure ~ 1 Jahr --> ENIAC ~ 2 Stunden 2 Wochen Programmieraufwand für 2 Stunden Rechenzeit benötigte Dateneingabe über Lochkarten Ziel = schnellere Programmeingabe 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 10 Einsatzgebiete des ENIAC Entwicklung der Wasserstoffbombe Design von Windkanälen Wettervorhersage Erstellung von Zufallszahlen Berechnung der Flugbahnen von Interkontinentalraketen 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 11 Fazit Electronic Numerical Integrator And Computer Durch zu späte Fertigstellung kein Einsatz für Kriegszwecke im 2. Weltkrieg Blieb Einzelstück, da Programmierung sehr aufwendig und kompliziert erster elektronischer Allzweckrechner Vorläufer unserer gesamten heutigen Computertechnik Weiterentwicklung durch John von Neumann 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 12 John von Neumann 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 13 Ausbildung geboren am 28. Dezember 1903 in Budapest, gestorben am 8. Februar 1957 in Washington DC Er war ein sehr guter Schüler Zusätzlicher Privatunterricht Chemieingenieur und Doktor der Mathematik mit 23 Jahren Hatte klare verständliche Art zu sprechen und konnte sehr gut schreiben 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 14 Berufliche Entwicklung Lehre und Forschung in Zürich, Berlin, Hamburg und Göttingen Wichtige Veröffentlichungen zur Quantenmechanik, Mengenlehre und Algebra 1930-1933: Gastprofessor an der Princeton University 1933: Posten eines Mathematikprofessors am neu gegründeten Institute for Advanced Studies Ab dem Krieg: Zusammenarbeit mit dem Militär 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 15 Gründung der Spieltheorie Von Neumann verfasste: „Zur Theorie der Gesellschaftsspiele“ 1940 traf von Neumann Ökonomen Oskar Morgenstern Schrieben zusammen Werk "Theory of Games and Economic Behavior„ Die Spieltheorie wurde mit dessen Veröffentlichung begründet 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 16 Die Spieltheorie Modell, dass versucht interaktives Verhalten mathematisch zu fassen und zu beschreiben Verhaltensbestimmung von Akteuren mit unterschiedliche Kenntnissen über die Situation Theorie findet beim Militär Anwendungsmöglichkeit Weitere Anwendungsgebiete: Wirtschaft Gentechnik und Evolutionstheorie 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 17 Militärische Zusammenarbeit Ab 1943: Mitarbeit am Manhattan Project zur Entwicklung der Atombombe Problem der Auslösung von Explosionen (Lösung: Implosion) mathematische Modelle für die Flugbahnen von Bomber Bestimmung von potentiellen Zielen der Bomben 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 18 ENIAC Im August 1944 traf von Neumann Hermann Goldstine vom Ballistics Research Laboratory Er sah, dass ENIAC nützlich für seine Arbeiten am Manhattan Project sein würde Er machte sich mit ENIAC vertraut und erkannte Schwachpunkte Entwicklung eines logischen Gerüst des Nachfolgers EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 19 EDVAC Schrieb 101seitigen Bericht: „First Draft of a Report on the EDVAC“ führte eine logische Struktur für Computer ein, die „von Neumann Architektur“ 5 Hauptkomponenten 8.5.2003 Eingabe für Programme und Daten Ausgabe berechneter Ergebnisse Rechenwerk zur Durchführung arithmetischer Operationen Steuerwerk zur Abarbeitung der Programmbefehle Arbeitsspeicher zur Speicherung von Programmen und Daten Computerentwicklung USA und England 20 von Neumann Architektur Meilenstein in der Computertechnik Wesentliche Neuerung Einführung von Programmen als andere Form von Daten Entwicklung von der externen starren Programmsteuerung zur internen flexiblen Datenverarbeitung Urheberstreit entbrennt 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 21 von Neumanns Tod Nach dem Krieg blieb von Neumann Berater des Militärs 1958 verstarb er an einem Krebsleiden, entstanden durch die Atombombenversuche 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 22 Alan Turing Alan Mathison Turing wird am 23.Juni 1912 in Paddington, London geboren Wächst bei pensioniertem Freunden und Bekannten auf Hat zuerst persönliche und schulische Probleme Zieht mit Eltern nach Frankreich 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 23 Alan Turing Entdeckt Interesse für Mathematik und Kryptographie Mathematik-Stipendium am King´s College in Cambridge Eine Eins im Abschlussexamen Forschung in Cambridge vielversprechendster Mathematiker in Großbritannien 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 24 Berechenbarkeit Gödels Unvollständigkeitssätze stifteten Verwirrung Hilberts Entscheidungsproblem brachte Turing zum Nachdenken Turing definierte den zentralen mathematischen Begriff der Berechenbarkeit Es ergab sich für ihn eine grundlegende Frage: Wie lauten die mech. Vorgehensweisen um festzustellen, ob eine mathematische Aufgabe beweisbar ist? 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 25 Turing Maschine Berechnungen bestehen aus strengen Prozessen die auch eine Maschine ausführen kann Er machte es sich zur Aufgabe die theoretische Natur einer solchen Maschine zu definieren Er definierte die Turing Maschine 1936 wurde sie zum Inbegriff für die moderne Theorie von Entscheidbarkeit und Berechenbarkeit 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 26 Princeton Turing geht 1936 an die Princeton Universität Veröffentlichung von „On Computable Numbers“ Weitere Forschungsgebiete: Algebra und Nummerntheorie Kontakt zu von Neumann 1938 Rückkehr nach Cambridge 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 27 Code and Cypher School 1939: Abkommandierung zum englischen Geheimdienst Er wurde zum Leiter des Dechiffrierteams in Bletchley Park Projekt unter strengster Geheimhaltung und Überwachung Hatte Probleme mit Militärangehörigen Entwicklung der Dechiffriermaschine „Turing Bombe“ 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 28 Turing Bombe Konnte Enigma-Code lesen und entschlüsseln Durch Weiterentwicklung, dechiffrieren des Codes innerhalb nur weniger Minuten Basierte auf „Cribs“ (raten von Mustern und Wörtern) Die Position der deutschen U-Boote konnte schnell in Erfahrung gebracht werden Briten kontrollierten bald den gesamten Funkverkehr der Deutschen Wehrmacht 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 29 Nach dem Krieg Forschung in Cambridge und Manchaster Versuch der Umsetzung der theoretischen Vorgaben der Turing Maschine Mitwirkung bei der Entwicklung der Automatic Computing Engine (ACE) und der Manchaster Automatic Digital Maschine (MADAM) Sein Ziel = „Building a Brain“ Forschungen in Biologie Er war der Ansicht: Computer kann alles, was das Gehirn auch kann 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 30 Turings Tod 1952 Verurteilung wegen Homosexualität entging nur knapp einer Gefängnisstrafe Forderung einer Hormonbehandlung Turing beging am 7. Juni 1954 im Alter von 42 Jahren Selbstmord 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 31 COLLOSUS 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 32 Militärische Entwicklungen Deutsche Militärführung entwickelte neben Enigma eine weitere Verschlüsselungsmaschine: “Lorenz-Chiffre“ 1942 Bletchley Park: Beginn der Untersuchung des Codes der Deutschen Lorenz-Chiffre Wichtige Erkenntnisse: Nachrichten waren brisant Vermutlich Vernamchiffre (modulare Addition) 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 33 Probleme der Lorenz Chiffre Lorenz generierte Schlüssel jedes Mal zufällig Sie erzeugte Zufallszahl durch Rauschverfahren Engländer erkannten Muster in Schlüssel eigentlich irregulären Bewegung der Räder hatten gewisse Regelmäßigkeiten Colonel John Tiltman und Bill Tute versuchten Arbeitsweise von der Lorenz-Chiffre zu verstehen 1942 waren sie erfolgreich 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 34 Robinson Anfang 1943: Entschlüsselung einiger Nachrichten Dechiffrierung dauerte sehr lange Max Newman entwarf automatisierten Weg die Einstellung der Lorenz-Chiffre zu bestimmen TRE setzten Idee in der elektromechanischen Maschine „Robinson“ um Konnte 2 Lochbänder gleichzeitig lesen Bei zu hohem Tempo versagte sie jedoch 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 35 Weiterentwicklung Tommy Flowers fand schnelleres funktionsfähiges Design: Speicherung der Zufallsfolge in Vakuumröhren anstatt Einlesen durch Lochstreifen Keine Synchronisation notwendig Umsetzung in dem Rechner COLOSSUS Start der Entwicklung 1943 Erster Einsatz im Januar 1944 Sofort erfolgreich 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 36 Aufbau der COLOSSUS Röhren wurden benötigt, die sehr teuer und unzuverlässig waren Daten der Robinson: 1500, später sogar 2500 Röhren Verarbeitete 5.000 Zeichen pro Sekunde Stromverbrauch von 4,5 kW Speicher bestand aus 5 Zeichen von je 5 Bits in Schieberegistern 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 37 COLOSSUS Sie war schneller als erwartet Lieferte innerhalb von zwei Stunden die korrekten Einstellungen der Lorenz Dechiffrierung führte die so genannte TunnyMachine durch Bau der COLOSSUS unter strikter Geheimhaltung Definitiv der erste Computer mit Programm im Speicher 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 38 COLOSSUS nach dem Krieg COLLOSUS verkürzte Krieg und rettete viele Menschenleben Es wurden 10 COLOSSI gebaut Nach Kriegsende keine größere Verwendung mehr Totale Demontation der Rechner Verbrennung aller Aufzeichnungen 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 39 Nachbau der COLOSSUS Erst 1970 kam die Existenz von COLOSSUS an die Öffentlichkeit Ab den 1990‘s: Nachbau durch Tony Sale Erster Lauf am 6. Juni 1996 Erkenntnis: COLOSSUS war der erste elektronische digitale Rechner und nicht ENIAC Nachbau ist im Museum des Bletchley Parks zu sehen 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 40 Ergänzungen? Fragen? 8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 41
