Wenn wir an Computer denken, stellen wir uns normalerweise leuchtende Displays, miteinander verbundene Netzwerke, die digitale Informationen teilen, und mehr Softwareanwendungen vor, als jeder Mensch jemals verwenden könnte – aber das ist nur ein Teil der Geschichte des Computers.
Analoge Computer und später mechanische Computer waren ein wesentlicher Bestandteil des Strebens der Menschheit nach wissenschaftlichen Entdeckungen, angetrieben von unserem Wunsch, zukünftige Ereignisse und Ergebnisse zu antizipieren. Für eine Spezies, die dank unserer größeren Gehirne und unserer Fähigkeiten im Werkzeugbau die ganze Welt erobert hat, ist esEs überrascht nicht, dass wir künstliche Werkzeuge verwenden, um unsere Intelligenz bereits seit unserer Geschichte zu erweitern und zu verbessern – und wahrscheinlich sogar noch länger.
Von der sorgfältigen Positionierung von Steinen in England über die aufsteigenden Wasseruhren der chinesischen Song-Dynastie bis hin zur präzisen Anordnung mechanischer Zahnräder in den visionären Erfindungen von Blaise Pascal und Charles Babbage haben analoge und mechanische Computer unseren Vorfahren gute Dienste geleistet und ihnen geholfennicht nur überleben, sondern gedeihen, indem wir die Grenzen unserer Biologie überschreiten.
Stonehenge berechnet die Sonnenwende
In der Salisbury Plain im Süden Englands bildet eine Ansammlung von etwa 100 massiven und grob gleichmäßig geschliffenen Steinen ein Paar stehender Ringe, deren Zweck der Geschichte verloren gegangen ist, deren Bau jedoch vor der Erfindung des Rades begann und mindestens dauerte1.500 Jahre zu vervollständigen, und möglicherweise noch länger.
Das Werk mehrerer unterschiedlicher Kulturen und über Jahrtausende hinweg aufgebaut, ist Stonehenge eines der rätselhaftesten Monumente der Menschheit. Bis weit ins Mittelalter wurde Stonehenge von einigen als das Handwerk von Merlins Zauberei während spätere Archäologen seinen Bau mystischen keltischen Druiden zuschrieben – er liegt jedoch mindestens 1.000 Jahre vor der Ankunft der Kelten in England.
Wer auch immer es gebaut hat oder irgendwann zu seinem Bau beigetragen hat die Bedeutung der Wintersonnenwende klar verstanden auf der nördlichen Hemisphäre. Die Wintersonnenwende markiert den kürzesten Tag des Jahres und die längste Nacht, aber eher als ein düsterer Anlass wird die Wintersonnenwende von vielen Kulturen typischerweise als der große Wendepunkt ihrer jährlichen Routine gefeiert.
Wenn heute die längste Nacht des Jahres ist, dann beginnt morgen die Dunkelheit und Kälte des Winters nachzulassen und weichen schließlich dem Frühling und Sommer. Die Wintersonnenwende wird normalerweise als Anlass für Hoffnung und Optimismus angesehen, und die Steine von dem, was der höchste Trilithon in Stonehenge gewesen wäre, als sie noch gestanden hätten, hätte die untergehende Sonne zur Wintersonnenwende perfekt eingerahmt und diese wichtige Jahreszeitenwende markiert.
Während der Sommersonnenwende geht die Sonne direkt hinter einem einzigen großen Stein, der etwas außerhalb von Stonehenge liegt, dem sogenannten Heel Stone, auf und strahlt ihre ersten Lichtstrahlen direkt in das Herz des Denkmals. Als längster Tag des Jahres, viele Kulturen auf der ganzen Welt haben im Laufe der Geschichte die Sommersonnenwende mit Festen und Festen für verschiedene Sonnengötter und Erntegottheiten gefeiert, und die prähistorischen Völker um Stonehenge haben wahrscheinlich dasselbe getan.
Obwohl wir so etwas wie Stonehenge vielleicht nicht als Computer sehen, ist es auf einer sehr grundlegenden Ebene, was es ist, auch wenn sein Zweck nach modernen Standards sehr eng definiert ist.
Die Position der Sonne im Laufe des Jahres, relativ zu den Trilithon-Steinen der beiden Ringe von Stonehenge, entspricht digitalen Bits in einem Prozessor: Entweder geht die Sonne zwischen einem bestimmten Trilithon auf oder unter oder nicht: entweder wahr oder falsch, 1oder 0. Wenn Sie eine 1 sehen, wissen Sie, dass eine Sonnenwende gekommen ist, ansonsten 0 und Sie wissen, dass Sie bis morgen warten müssen, um diese grobe Berechnung erneut durchzuführen.
Obwohl es wie übertrieben erscheint, Jahrtausende damit zu verbringen, einen analogen Computer mit Dutzenden von massiven Steinen mit einem Gewicht von 40 Tonnen zu bauen, die zwei Stockwerke hoch sind und aus bis zu 200 Meilen Entfernung stammennur um dir zu sagen, ob heute einer von zwei ganz bestimmten Tagen im Jahr ist, es zählt immer noch.
Also herzlichen Glückwunsch, prähistorische Völker Englands, all die harte Arbeit aus mehreren Kulturen und viele Tausende von Menschen haben sich am Ende ausgezahlt.
Der Antikythera-Mechanismus zeichnet den Himmel auf
Ohne Frage, die Alten waren wirklich in Astrologie.
Die Bewegung des Mondes, der Planeten und der Sterne am Nachthimmel und die komplizierten Tierkreise, die verschiedene Zivilisationen entwickelten, um die vielen Muster zu verstehen, die sie sahen, beeinflussten alles von der Regierungsverwaltung bis hin zu religiösen Praktiken und Bräuchen.
Die Grundlagen der modernen Astronomie wurden durch einige der ältesten jemals gefundenen menschlichen Strukturen gelegt, wie Göbekli Tepe in der Türkei, die vielleicht eines der frühesten Observatorien war, die jemals gebaut wurdenerbaut vor etwa 12.000 Jahren.
Wir haben jedoch nicht nur Observatorien gebaut, wir haben Computer gebaut, die uns helfen, den Kosmos zu verstehen. Zumindest sagen Forscher, dass der unglaubliche Antikythera-Mechanismus, der von den meisten als der älteste bekannte mechanische Computer angesehen wird, dafür entwickelt wurde.
Entdeckt 1901 in einem alten Schiffswrack Vor der Küste der griechischen Insel Antikythera wird angenommen, dass der Antikythera-Mechanismus mehr als 2.000 Jahre alt ist. Griechische Wissenschaftler haben das Gerät als irgendwann zwischen 205 vwar bereits ein gut genutztes Gerät, als das Schiff, das es trug, irgendwann zwischen 70 und 60 v. Chr. sank.
Ursprünglich in einer Holzkiste gebaut, die eine komplizierte Anordnung von mindestens 37 Bronzezahnrädern enthält – wenn die wiederhergestellte Beschriftungen auf dem Gerät sind korrekt — der Antikythera-Mechanismus repräsentierte ein mechanisches Modell des damals bekannten Universums im Wesentlichen das innere Sonnensystem zusammen mit Jupiter und Saturn.
Indem Sie ein paar Zifferblätter auf der Vorderseite einstellen und eine Kurbel an der Seite der Box die längst verfallen ist drehen, können Sie den ägyptischen Kalender und die 12 Tierkreiszeichen durchlaufen, um vorherzusagen, was Sie darin sehen würdenden Nachthimmel zu einem bestimmten Datum in der Zukunft. Vielleicht hat er Ihnen sogar das Datum der nächsten antiken griechischen Olympischen Spiele mitgeteilt.
Wissenschaftler glauben auch nicht, dass dieses Gerät für die damalige Zeit einzigartig war. Die Komplexität des Getriebeaufbaus und das Modell des Universums, das es vorhersagte, haben sich wahrscheinlich aus einfacheren mechanischen Computern mit enger definierten Vorhersagen entwickelt, was bedeutet, dass solche Geräte möglicherweise gewesen sein könntennoch vor dem zweiten Jahrhundert v. Chr. verwendet.
Um den Punkt wirklich nach Hause zu bringen, es würde mehr als ein Jahrtausend dauernfür ein so ausgeklügeltes Gerät wie der Antikythera-Mechanismus, das anderswo auf der Welt neu erstellt werden soll, was uns zeigt, wie leicht der technologische Fortschritt zurückgenommen werden kann und wie fortschrittlich die hellenistische Wissenschaft wirklich war.
Die Schlossuhr: Ismail al-Jazari 'Geniales mechanisches Gerät'
Ismail al-Jazari war ein Erfinder, Gelehrter, Maschinenbauingenieur und Mathematiker aus dem 12. Jahrhundert. Er war berühmt für seine außergewöhnliche Arbeit bei der Entwicklung mechanischer Geräte gegen Ende des islamischen Goldenen Zeitalters, das sich vom 8. Jahrhundert bis 1258 erstreckt, als Dschingis Khan die Hauptstadt des abbasidischen Kalifats Bagdad im heutigen Irak plünderte.
Geboren in der oberen mesopotamischen Region Jazira, ist über al-Jazira nicht viel bekannt, außer was er in seinem über sich selbst schriebBuch des Wissens über geniale mechanische Geräte, aber wir wissen, dass er Hofingenieur einer Vasallendynastie des Kalifats in Ostanatolien war, eine Position, die er von seinem Vater geerbt hat.
Ismail al-Jazari ist oft als Vater der Robotik bekannt für seine brillanten mechanischen Automaten und komplexen Wasseruhren, die oft Tiere und Menschen zeigen, die vorgeschriebene Aktionen ausführen, wie zum Beispiel eine Trommel schlagen, um die Zeit zu schlagen.
Möglicherweise war sein Größter der Schlosswasseruhr. Während Wasseruhren seit dem alte Griechen, bis ins dritte Jahrhundert v. Chr. zurückreichend, und einige der fortschrittlichsten Wasseruhren des mittelalterlichen Chinas und der islamischen Welt waren großartige Ingenieursleistungen, Uhrwerk ist nicht dasselbe wie Computer im Allgemeinen.
Wir sagen allgemein, weil die Schlosswasseruhr von al-Jazari nicht nur ein Meisterwerk des Maschinenbaus war, sondern auch ihre komplizierte, koordinierte Aktion und ihre Fähigkeit, "umprogrammiert" zu werden, indem der Wasserstand des Antriebsmechanismus in gemessenen Intervallen eingestellt wird, um dieTageslänge das ganze Jahr über verdient er die Auszeichnung als weltweit erster programmierbarer Analogcomputer.
Blaise Pascals Pascaline macht die Mathematik für die Massen — irgendwie
Blaise Pascal gilt weithin als einer der großen Universalgelehrten der Wissenschaftliche Revolution, formuliert Theorien über alles, von der mathematischen Wahrscheinlichkeit bis zur Atmosphärenwissenschaft. Mit seinem Pascaline, das weithin als der weltweit erste praktische mechanische arithmetische Taschenrechner gilt, leistete er auch einen wichtigen Beitrag auf dem Gebiet der Computer.
1639 wurde Pascals Vater in eine regionale Steuerverwaltung in der französischen Stadt Rouen berufen. Er brauchte keine besonders mühsame Mathematik wie die Berechnung der zu machen.Bahn eines Kometen oder Planetenkörper, Er musste nur die typischen Konto-, Saldo- und Zahlungszahlen im Auge behalten, mit denen sich jeder Buchhalter auseinandersetzen müsste.
Zu dieser Zeit gab es keine einfache Möglichkeit, die Monotonie wiederholter einfacher Arithmetik wie Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division zu lindern, ohne auf umständliche Unmengen mathematischer Tabellen mit vorberechneten Zahlen für verschiedene Operationen zurückzugreifen.
Dies inspirierte Pascal, eine Maschine zu entwickeln, die mit Rädern und Schaltern mechanisch addieren und subtrahieren konnte Multiplikation und Division könnten auch durch eine Reihe von Additionen und Subtraktionen erreicht werden. Im Gegensatz zu früheren Versuchen mit mechanischen Taschenrechnern war die Übertragsfunktion zwischen 9 und 0 von einem Rad zum nächsten Rad jedoch vollständig automatisiert.
Dies ermöglichte es einem Benutzer, einfach die Zahlen und die gewünschte Operation einzugeben, und die Berechnung würde die Werte automatisch von einem Rad zum nächsten kaskadieren. Dies ermöglichte Pascal zusammen mit anderen mechanischen Verbesserungen, seine Pascaline auf ein Funktionales zu verkleinernGröße, damit es in einer Büroumgebung verwendet werden kann.
Während dies eine Meilensteinentwicklung in der Geschichte der Geschäftsmaschinen ist, wie solche Geräte in der Neuzeit genannt werden, ist es für den Bereich der Berechnung wichtiger, dass Pascal eine mechanische Lösung zur Automatisierung der Übertragsfunktion in einer arithmetischen Maschine entwickelt hat.
Ja, das hört sich definitiv nicht nach einer großen Sache an, aber diese Innovation ist entscheidend für den Betrieb der CPU eines modernen Computers. Der digital-äquivalente Prozess zu den mechanischen automatischen Tragefunktionen des Pascaline ermöglicht es einer CPU, so zu funktionierenunglaubliche Geschwindigkeiten. Im wahrsten Sinne des Wortes ist der Pascaline also das analoge Äquivalent zu einer arithmetischen Verarbeitungseinheit, einer der grundlegendsten Komponenten des modernen Computerprozessors.
Babbages Analysemaschine verwendet Dampfkraft, um den Rechner zu überwinden
Wenn die mechanischen und analogen Geräte, die wir bisher behandelt haben, die Startrampe für Computer waren, dann war die Analytical Engine die Rakete, obwohl sie noch nie gebaut wurde.
Im Jahr 1822 vollendete der englische Mathematiker Charles Babbage die erste Iteration seiner berühmtesten Erfindung, der Differenzmaschine.
Es war eine mechanisch angetriebene Maschineverwendet für die Berechnung großer Zahlentabellenüber eine mathematische Technik namens Finite-Differenzen-Methode – daher der Name – die nur arithmetische Addition verwendet, um Zahlen zu berechnen dadurch entfällt die Notwendigkeit, die mechanisch viel komplizierteren Divisions- und Multiplikationsoperationen im Gerät zu implementieren.
Nachdem er seine Erfindung in einem Artikel in diesem Jahr bei der Royal Astronomical Society vorstellte, erregte die Difference Engine die Aufmerksamkeit der britischen Regierung, die sehr daran interessiert war, schnell und kostengünstig mathematische Tabellen für die Regierungsverwaltung zu erstellenimmerhin ein weitläufiges Imperium zu verwalten.
Die Regierung gab Babbage über einen Zeitraum von 20 Jahren fast 18.000 Pfund oder etwa 2 Millionen Dollar in modernen US-Dollar, um die Maschine zu entwickeln, bevor sie 1842 schließlich die Bemühungen aufgab, hauptsächlich weil Babbage mehr an der Differenzmaschine arbeitete,desto größer wurde das Projekt.
Bis 1834 hatte Babbage den Bau einer funktionsfähigen Differenzmaschine aufgegeben sehr zum Ärger der Regierung, nachdem er sich eine Maschine vorgestellt hatte, die weitaus fortschrittlicher war als das einfache Berechnen und Tabellieren der Ergebnisse von Polynomgleichungen. Diese neue Analytische Engine würde Babbages Fokus verbrauchenfür den Rest seines Lebens.
Ähnlich wie seine frühere Difference Engine enthielt die Analytical Engine Hunderte von Spalten mit nummerierten Rädern und Zahnrädern, die eine Dezimalzahl mit bis zu 40 Stellen enthalten würden.
Das Drehen so vieler einzelner Zahnräder und Räder war mit einer Handkurbel unmöglich, wie dies bei früheren mechanischen Rechnern der Fall war.
Und während die Difference Engine Differentialfunktionen berechnete, konnte die Analytical Engine alles berechnen, was berechenbar war. Verwenden von Lochkarten als Eingabe – inspiriert von denen, die verwendet wurden, um Designmuster in die einzugebenJacquard-Webstuhl — und die Ergebnisse auf einem mechanischen Drucker sowie Lochkarten ausgeben konnte — die dann wieder in die Analytical Engine eingelesen werden konnten — die Analytical Engine war ein früher Vorläufer der frühen ENIAC- und UNIVAC-Lochkartencomputer der Mitte des 20. Jahrhunderts.
Es gab auch einen internen Speicher, der 1.000 separate 40 Dezimalstellen aufnehmen konnte.
In einem modernen Computer kann eine einzelne Dezimalstelle in Binärzahlen mit dargestellt werdenln10/ln2 oder ungefähr 3,3219 Bits, die mit insgesamt 40.000 Dezimalstellen multipliziert werden, ergibt ungefähr 132.878 Bits oder 16,6 Kilobyte internen Speicher.
Am wichtigsten ist, dass die Analytical Engine durch Lochkarten programmiert werden konnte, um bedingte Verzweigungen und Schleifenoperationen an den Daten in ihrem Speicher durchzuführen, um neue Zahlen zu erzeugen, die dann wieder im Speicher gespeichert und zur Entscheidung über die Datenmanipulation verwendet werden konntenRegeln und Grammatiken.
Auf diese Weise wurden die tatsächlichen mathematischen Operationen, die die Maschine ausführen konnte, intern nicht durch eines ihrer Zahnräder oder Räder definiert, sondern durch die Eingabe selbst.
So nennen Wissenschaftler aTuring-vollständige Sprache wie die Assemblersprache, die von modernen Prozessoren verwendet wird, um alles auszuführen, von Ihrem Smartphone bis zu den schnellsten Supercomputern der Welt oder den frühenBASIC-Sprachedas brachte in den 1960er Jahren eine Generation von Computerprogrammierern hervor.
Auf der konzeptionellen Ebene unterscheidet sich die Analytical Engine nicht von Ihrem Laptop, außer dass sie im vollständig aufgebauten Zustand mehrere Meter lang und drei Meter hoch gewesen wäre.
DameAda Lovelace, die Tochter des berühmten Dichters Lord Byron, war ein bahnbrechender Mathematiker und Freund von Babbage, der das Potenzial seiner Analytical Engine erkannte und zahlreiche Notizen über seine Funktionsweise an den Rand von Zeitschriftenartikeln schrieb, in denen sein Design beschrieben wurde.
Sie beschrieb, wie die Maschine, die noch nicht gebaut wurde und nie gebaut werden würde, so programmiert werden kann, dass sie eine Sequenz von berechnet.Bernoulli-Zahlen, die ihren Platz in der Geschichte als erste Computerprogrammiererin der Welt festigte und den ersten Proof of Concept für Babbages Analytical Engine lieferte.
Babbage starb 1871, bevor er seine Arbeit abschließen konnte, und obwohl führende Wissenschaftler und Mathematiker seiner Zeit die revolutionäre Brillanz seiner Analytischen Maschine sahen, glaubten sie, dass eine solche Maschine niemals wirklich gebaut werden könnte, oder zumindest dases wäre so teuer zu bauen, dass es unmöglich wäre.
Es sollte nach Babbages Tod noch 65 Jahre dauern, bis ein anderer Informatikpionier, Alan Turing, auf Babbages Analytical Engine aufbauen und unser modernes Computerzeitalter einläuten würde.
Aber trotz all unserer elektrischen Leistung, vielen Milliarden Transistoren auf einem einzigen Siliziumchip und miteinander verbundenen Netzwerken, aus denen das Internet besteht, gibt es immer noch den Reiz dieses größten mechanischen Computers aller Zeiten, das anhaltende Was-wäre-wenn der industriellen Revolution.