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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
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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
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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
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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
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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
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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
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ENIAC
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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
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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
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Einsatzgebiete des ENIAC
Entwicklung der Wasserstoffbombe Design von Windkanälen Wettervorhersage Erstellung von Zufallszahlen Berechnung der Flugbahnen von
Interkontinentalraketen
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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
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John von Neumann
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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von Neumanns Tod
Nach dem Krieg blieb von Neumann Berater des Militärs
1958 verstarb er an einem Krebsleiden, entstanden durch die Atombombenversuche
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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
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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
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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?
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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
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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
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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“
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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
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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
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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
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COLLOSUS
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Ergänzungen?
Fragen?