Computer-Entwicklung in den USA und England Von Gerald Angermair, Philipp Straub und Tobias Simon TUM, 8.5.2003

Computer-Entwicklung in den USA und England

Von Gerald Angermair, Philipp Straub und Tobias Simon

TUM, 8.5.2003

8.5.2003 Computerentwicklung USA und England 2

Gliederung

USA ENIAC John von Neumann

England Alan Touring COLOSSUS


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


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


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


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


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


ENIAC


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


Verwendung des ENIAC

Löste Aufgaben sehr schnell 100 Ingenieure ~ 1 Jahr --> ENIAC ~ 2 Stunden

Programmierung durch Stecken von Verbindungen

Programmierung dauerte länger als Lösung der Aufgabe 2 Wochen Programmieraufwand für 2 Stunden

Rechenzeit benötigte Dateneingabe über Lochkarten Ziel = schnellere Programmeingabe


Einsatzgebiete des ENIAC

Entwicklung der Wasserstoffbombe Design von Windkanälen Wettervorhersage Erstellung von Zufallszahlen Berechnung der Flugbahnen von

Interkontinentalraketen


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


John von Neumann


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


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


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


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


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


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)


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 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


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


von Neumanns Tod

Nach dem Krieg blieb von Neumann Berater des Militärs

1958 verstarb er an einem Krebsleiden, entstanden durch die Atombombenversuche


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


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


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?


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


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


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“


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


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


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


COLLOSUS


Militärische Entwicklungen

Deutsche Militärführung entwickelte neben Enigma eine weitere Verschlüsselungs-maschine: “Lorenz-Chiffre“

1942 Bletchley Park: Beginn der Untersuchung des Codes der Deutschen Lorenz-Chiffre

Wichtige Erkenntnisse: Nachrichten waren brisant Vermutlich Vernamchiffre (modulare

Addition)


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


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


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


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


COLOSSUS

Sie war schneller als erwartet Lieferte innerhalb von zwei Stunden die

korrekten Einstellungen der Lorenz Dechiffrierung führte die so genannte

Tunny-Machine durch Bau der COLOSSUS unter strikter

Geheimhaltung Definitiv der erste Computer mit

Programm im Speicher


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


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


Ergänzungen?

Fragen?

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Computer-Entwicklung in den USA und England Von Gerald Angermair, Philipp Straub und Tobias Simon TUM, 8.5.2003