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Geschichte der Informatik einfach erklärt
Die Geschichte der Informatik ist mehr als eine Reihe alter Rechner. Sie zeigt, wie Rechenverfahren, programmierbare Steuerungen und immer kleinere elektronische Bauteile zusammenwirkten. Dadurch wurden aus Rechenhilfen universell nutzbare Computersysteme.
Du lernst außerdem, warum Bezeichnungen wie „erster Computer“ nur sinnvoll sind, wenn das verwendete Kriterium genannt wird.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Wie wurden aus Rechenhilfen Maschinen?
Menschen nutzten schon lange vor dem elektronischen Computer Hilfsmittel zum Rechnen. Beim Abakus werden verschiebbare Elemente verwendet, um Zahlen darzustellen und Rechenoperationen auszuführen.
Im 17. Jahrhundert entstanden mechanische Rechenmaschinen. Wilhelm Schickard, Blaise Pascal und Gottfried Wilhelm Leibniz entwickelten Geräte, die Rechenschritte mithilfe beweglicher Bauteile ausführten. Pascals Maschine war vor allem für Addition und Subtraktion ausgelegt. Leibniz arbeitete an einer Maschine für alle vier Grundrechenarten.
Rechenmaschine
Eine Rechenmaschine führt festgelegte mathematische Operationen mechanisch, elektromechanisch oder elektronisch aus. Sie ist nicht automatisch frei programmierbar.
Der entscheidende Fortschritt war zunächst die Mechanisierung: Ein Gerät übernahm Rechenschritte, die vorher ein Mensch ausführen musste. Das bedeutete aber noch nicht, dass die Maschine beliebige Aufgaben lösen konnte.
Automatisches Rechnen und freies Programmieren sind nicht dasselbe. Eine Maschine kann eine feste Aufgabe automatisch ausführen, ohne ein Universalcomputer zu sein.
Wie entstand die Idee des Programmierens?
Im 19. Jahrhundert entwarf Charles Babbage zwei unterschiedliche Maschinen. Die Difference Engine sollte eine bestimmte Klasse mathematischer Tabellen durch wiederholte Additionen berechnen. Sie war spezialisiert und nicht frei programmierbar.
Die geplante Analytical Engine ging weiter. Lochkarten sollten Daten und Anweisungen vorgeben. Außerdem sah der Entwurf getrennte Bereiche für Speicher und Rechenwerk sowie die Wiederholung von Anweisungen vor. Die Maschine wurde nicht vollständig gebaut, doch ihre Pläne verbanden bereits wichtige Ideen späterer Computer.
Ada Lovelace beschrieb 1843 für die Analytical Engine einen Ablauf zur Berechnung von Bernoulli-Zahlen. Dieser enthielt unter anderem Wiederholungen und gilt als frühes komplexes Computerprogramm.
Programm
Ein Programm ist eine geordnete Folge von Anweisungen, die festlegt, welche Schritte ein Rechner ausführen soll.
Lochkarten erfüllten später noch eine andere Aufgabe. Herman Hollerith setzte sie gegen Ende des 19. Jahrhunderts zur maschinellen Erfassung und Auswertung großer Datenmengen ein, unter anderem bei einer Volkszählung.
Bei Babbages Analytical Engine sollten Lochkarten einen Rechenablauf steuern. Bei Hollerith stellten Lochkarten vor allem zu verarbeitende Daten dar. Dasselbe Trägermedium konnte also unterschiedliche Funktionen haben.
Welcher Rechner war der erste Computer?
Auf diese Frage gibt es keine sinnvolle Antwort ohne Zusatz. Historische Rechner erfüllten unterschiedliche Merkmale:
- binär: Zahlen werden mit zwei Zeichen beziehungsweise Zuständen dargestellt;
- programmgesteuert: Anweisungen bestimmen den Ablauf;
- frei programmierbar: Verschiedene Aufgaben lassen sich durch andere Programme bearbeiten;
- elektronisch: Elektronenröhren oder andere elektronische Bauteile übernehmen Schaltvorgänge;
- universell: Die Maschine ist nicht auf nur eine spezielle Aufgabe beschränkt;
- speicherprogrammiert: Daten und Programmanweisungen liegen im Speicher.
Konrad Zuses Z1 von 1937 war mechanisch und binär. Die Z3 von 1941 arbeitete mit elektromechanischen Relais, nutzte binäre Zahlen und wurde durch Lochstreifen gesteuert. Sie gilt nach dem Kriterium eines funktionsfähigen, frei programmierbaren Rechners als wichtiger früher Computer.
Colossus wurde während des Zweiten Weltkriegs zur Entschlüsselung von Nachrichten eingesetzt. Er arbeitete elektronisch, war jedoch für eine besondere Aufgabe gebaut.
Der Harvard Mark I von 1944 war ein großer programmgesteuerter Relaisrechner. ENIAC von 1946 rechnete mit Elektronenröhren sehr schnell und war vielseitiger einsetzbar, musste für neue Aufgaben jedoch aufwendig umgesteckt werden.
Wenn zwei Darstellungen verschiedene Rechner „den ersten Computer“ nennen, müssen sie sich nicht direkt widersprechen. Möglicherweise verwenden sie verschiedene Kriterien wie „elektronisch“, „frei programmierbar“ oder „universell“.
Die Aussage „Colossus war elektronisch“ beschreibt seine Technik. Die Aussage „Die Z3 war frei programmierbar“ beschreibt ihre Nutzbarkeit. Erst wenn dasselbe Kriterium verglichen wird, entsteht ein klarer historischer Vergleich.
Warum war das Speicherprogramm ein Durchbruch?
Bei frühen Rechnern lagen Programme häufig auf Lochstreifen oder wurden durch Schalter und Kabel eingestellt. Ein Programmwechsel konnte deshalb sehr aufwendig sein.
Beim Speicherprogramm werden Anweisungen im Speicher des Rechners abgelegt. Das Steuerwerk liest sie nacheinander und veranlasst die vorgesehenen Operationen. Das erleichtert das Laden, Ändern und Ausführen von Programmen.
Von-Neumann-Architektur
Bei der Von-Neumann-Architektur liegen Programmanweisungen und Daten im selben Speicher. Ein Steuerwerk holt die Anweisungen; das Rechenwerk führt die verlangten Operationen aus.
John von Neumanns Bericht zum EDVAC von 1945 trug zur Verbreitung dieses Konzepts bei. Der Manchester Baby führte 1948 ein gespeichertes Programm aus. Der EDSAC von 1949 war ein weiterer früher speicherprogrammierter Rechner.
Beim ENIAC erforderte eine neue Aufgabe häufig Änderungen an Kabeln und Schaltern. Bei einem speicherprogrammierten Rechner kann stattdessen ein anderes Programm in den Speicher geladen werden. Die Hardware bleibt dabei weitgehend unverändert.
Das Speicherprogramm machte nicht jede Aufgabe automatisch lösbar. Es machte Computer aber wesentlich leichter für unterschiedliche Aufgaben nutzbar.
Wie wurden Computer kleiner und verbreiteter?
Frühe elektronische Rechner verwendeten Elektronenröhren. Sie waren groß, benötigten viel Energie und erzeugten viel Wärme. ENIAC belegte deshalb einen großen Raum und verbrauchte erhebliche elektrische Leistung.
Ab den 1950er-Jahren ersetzten Transistoren zunehmend die Röhren. Transistoren waren kleiner, zuverlässiger und sparsamer. Danach fassten integrierte Schaltkreise viele elektronische Bauteile auf einem Chip zusammen.
Mit dem Mikroprozessor wurden die zentralen Funktionen eines Prozessors auf einem kleinen Baustein vereint. Dadurch konnten Computer kleiner, günstiger und leistungsfähiger werden.
Die technische Kette lässt sich so erklären:
- Kleinere Schaltelemente benötigen weniger Platz.
- Viele Schaltelemente passen auf einen Chip.
- Rechner werden günstiger und kompakter.
- Computer können in Büros, Wohnungen, Fahrzeugen und Haushaltsgeräten eingesetzt werden.
Auch Software veränderte die Nutzung. Compiler und höhere Programmiersprachen wie FORTRAN oder COBOL erleichterten das Programmieren. Betriebssysteme ermöglichten später unter anderem die gemeinsame Nutzung von Rechnern und die Ausführung mehrerer Programme.
Wie verändert Informatik die Gesellschaft?
Technische Fortschritte verändern nicht nur Geräte. Sie beeinflussen auch Arbeit, Kommunikation und Teilhabe.
Holleriths Lochkartensysteme beschleunigten die Verarbeitung großer Datenbestände. Die technische Eigenschaft war die maschinelle Erfassung und Auswertung einheitlich codierter Karten. Dadurch konnten Verwaltungen große Mengen personenbezogener Angaben schneller bearbeiten. Gleichzeitig wuchs die Bedeutung einer korrekten Datenerfassung.
Ein zweites Beispiel ist die Miniaturisierung. Mikroprozessoren ermöglichten Personal Computer und eingebettete Systeme. Computer wurden dadurch Teil des Alltags und übernahmen Aufgaben in Fahrzeugen, Haushaltsgeräten, Kommunikation und Industrie.
Bei einer Bewertung solltest du drei Ebenen unterscheiden:
- Technische Ursache: Welche konkrete Eigenschaft besitzt das System?
- Neue Nutzung: Was können Menschen oder Organisationen dadurch tun?
- Gesellschaftliche Folge: Wer profitiert, wer trägt Aufwand oder Risiken und welche Alternative gibt es?
Ein Unternehmen ersetzt eine ältere Steuerung durch vernetzte Geräte.
- Technische Ursache: Die Geräte erfassen Daten und tauschen sie automatisch aus.
- Neue Nutzung: Wartungsbedarf kann früher erkannt werden.
- Mögliche Folgen: Ausfälle sinken, Beschäftigte benötigen neue Kenntnisse, zusätzliche Geräte verbrauchen Ressourcen und Betriebsdaten müssen geschützt werden.
Ein begründetes Urteil wägt diese Folgen ab, statt die Technik pauschal als gut oder schlecht zu bezeichnen.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Geschichte der Informatik
- Rechnen: Abakus, mechanische Rechenmaschinen
- Programmieren: Lochkarten, Analytical Engine, Ada Lovelace
- Frühe Computer: Z3, Colossus, Mark I, ENIAC
- Speicherprogramm: Manchester Baby, EDSAC
- Miniaturisierung: Röhre, Transistor, integrierter Schaltkreis, Mikroprozessor
- Wirkung: neue Anwendungen, veränderte Arbeit, gesellschaftliche Abwägungen
Abschluss-Check
Wenn du die Entwicklung nicht nur aufzählen, sondern als Kette aus Technik, Nutzung und Wirkung erklären kannst, hast du den zentralen Zusammenhang der Informatikgeschichte verstanden.