Ein Computer ist eine Maschine, die durch Computerprogrammierung automatisch angewiesen werden kann, Sequenzen von arithmetischen oder logischen Operationen auszuführen. Moderne Computer haben die Fähigkeit, verallgemeinerten Sätzen von Operationen zu folgen, die als Programme bezeichnet werden. Diese Programme ermöglichen es Computern, eine extrem breite Palette von Aufgaben auszuführen. Ein "vollständiger" Computer, einschließlich der Hardware, des Betriebssystems (Hauptsoftware) und der für den "vollständigen" Betrieb erforderlichen und verwendeten Peripheriegeräte, kann als Computersystem bezeichnet werden. Dieser Begriff kann auch für eine Gruppe von Computern verwendet werden, die miteinander verbunden sind und zusammenarbeiten, insbesondere ein Computernetzwerk oder ein Computercluster.
Während der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden viele wissenschaftliche Rechenanforderungen durch immer ausgefeiltere Analogrechner erfüllt, die ein direktes mechanisches oder elektrisches Modell des Problems als Grundlage für die Berechnung verwendeten. Diese waren jedoch nicht programmierbar und ließen im Allgemeinen die Vielseitigkeit und Genauigkeit moderner Digitalrechner vermissen. Der erste moderne Analogrechner war eine Gezeitenrechenmaschine, die 1872 von Sir William Thomson erfunden wurde.
Charles Babbage, ein englischer Maschinenbauingenieur und Universalgelehrter, entwickelte das Konzept eines programmierbaren Computers. Er gilt als "Vater des Computers" und konzipierte und erfand das erste mechanische Rechengerät im frühen 19. Jahrhundert. Nachdem er an seiner revolutionären Differenzmaschine gearbeitet hatte, die zur Unterstützung bei Navigationsberechnungen entwickelt wurde, erkannte er 1833, dass ein viel allgemeinerer Entwurf, eine Analytical Engine, möglich war. Die Eingabe von Programmen und Daten sollte der Maschine über Lochkarten zugeführt werden, eine Methode, die zu dieser Zeit verwendet wurde, um mechanische Webstühle wie den Jacquard-Webstuhl zu steuern. Für die Ausgabe sollte die Maschine einen Drucker, einen Kurvenschreiber und eine Glocke haben. Die Maschine wäre auch in der Lage, Zahlen auf Karten zu stanzen, um sie später wieder einzulesen. Die Engine enthielt eine arithmetisch-logische Einheit, einen Kontrollfluss in Form von bedingten Verzweigungen und Schleifen sowie einen integrierten Speicher, was sie zum ersten Entwurf für einen Allzweckcomputer machte, der in modernen Begriffen als Turing-vollständig beschrieben werden könnte. Die Maschine war ihrer Zeit etwa ein Jahrhundert voraus. Alle Teile für seine Maschine mussten von Hand gefertigt werden – dies war ein großes Problem für ein Gerät mit Tausenden von Teilen. Schließlich wurde das Projekt mit der Entscheidung der britischen Regierung, die Finanzierung einzustellen, aufgelöst. Babbages Scheitern bei der Fertigstellung der Analytical Engine kann hauptsächlich auf politische und finanzielle Schwierigkeiten sowie auf seinen Wunsch zurückgeführt werden, einen immer ausgefeilteren Computer zu entwickeln und schneller voranzukommen, als ihm jemand folgen konnte. Dennoch vollendete sein Sohn, Henry Babbage, 1888 eine vereinfachte Version der Recheneinheit der Analytical Engine (die Mühle). Er gab 1906 eine erfolgreiche Demonstration ihrer Verwendung bei der Berechnung von Tabellen.
Die Kunst des mechanischen Analogrechnens erreichte ihren Höhepunkt
event1927placeCambridge, Massachusetts, USA
Die Kunst des mechanischen Analogrechnens erreichte ihren Höhepunkt mit dem Differentialanalysator, der ab 1927 von H. L. Hazen und Vannevar Bush am MIT gebaut wurde. Dies baute auf den mechanischen Integratoren von James Thomson und den von H. W. Nieman erfundenen Drehmomentverstärkern auf. Ein Dutzend dieser Geräte wurden gebaut, bevor ihre Veralterung offensichtlich wurde. In den 1950er Jahren bedeutete der Erfolg digitaler elektronischer Computer das Ende für die meisten analogen Rechenmaschinen, aber Analogrechner blieben in den 1950er Jahren in einigen spezialisierten Anwendungen wie der Ausbildung (Regelungstechnik) und in Flugzeugen (Rechenschieber) im Einsatz.
Das Prinzip des modernen Computers wurde von Alan Turing in seinem wegweisenden Aufsatz von 1936, On Computable Numbers, vorgeschlagen. Turing schlug ein einfaches Gerät vor, das er "Universal Computing Machine" nannte und das heute als universelle Turingmaschine bekannt ist. Er bewies, dass eine solche Maschine in der Lage ist, alles zu berechnen, was berechenbar ist, indem sie Anweisungen (Programme) ausführt, die auf einem Band gespeichert sind, was es der Maschine ermöglicht, programmierbar zu sein. Das grundlegende Konzept von Turings Entwurf ist das gespeicherte Programm, bei dem alle Anweisungen für die Berechnung im Speicher abgelegt sind. Von Neumann erkannte an, dass das zentrale Konzept des modernen Computers auf diesem Aufsatz beruhte.
Eines der frühesten Beispiele für einen elektromechanischen Relais-Computer.
event1939placeDeutschland
Frühe Digitalrechner waren elektromechanisch; elektrische Schalter trieben mechanische Relais an, um die Berechnung durchzuführen. Diese Geräte hatten eine niedrige Arbeitsgeschwindigkeit und wurden schließlich durch viel schnellere vollelektrische Computer ersetzt, die ursprünglich Vakuumröhren verwendeten. Der Z2, der 1939 vom deutschen Ingenieur Konrad Zuse entwickelt wurde, war eines der frühesten Beispiele für einen elektromechanischen Relais-Computer.
Der weltweit erste funktionierende elektromechanische programmierbare Computer
event1941placeDeutschland
1941 folgte Zuse mit dem Z3, dem weltweit ersten funktionierenden elektromechanischen, programmierbaren, vollautomatischen Digitalrechner. Der Z3 wurde mit 2000 Relais gebaut und implementierte eine Wortlänge von 22 Bit, die mit einer Taktfrequenz von etwa 5–10 Hz arbeitete. Der Programmcode wurde auf gelochtem Film geliefert, während Daten in 64 Speicherwörtern gespeichert oder über die Tastatur eingegeben werden konnten.
Der erste "automatische elektronische Digitalrechner"
event1942placeIowa State University, Ames, Iowa, USA
In den USA entwickelten und testeten John Vincent Atanasoff und Clifford E. Berry von der Iowa State University 1942 den Atanasoff-Berry-Computer (ABC), den ersten "automatischen elektronischen Digitalrechner". Dieser Entwurf war ebenfalls vollelektronisch und verwendete etwa 300 Vakuumröhren, wobei Kondensatoren in einer mechanisch rotierenden Trommel als Speicher fixiert waren.
Der weltweit erste elektronische digitale programmierbare Computer
eventDez, 1943placeLondon, England
Während des Zweiten Weltkriegs erzielten die Briten in Bletchley Park eine Reihe von Erfolgen beim Knacken verschlüsselter deutscher Militärkommunikation. Die deutsche Verschlüsselungsmaschine Enigma wurde zuerst mit Hilfe der elektromechanischen Bomben angegriffen, die oft von Frauen bedient wurden. Um die anspruchsvollere deutsche Lorenz SZ 40/42-Maschine zu knacken, die für die Kommunikation auf hoher Armeeebene verwendet wurde, beauftragten Max Newman und seine Kollegen Flowers mit dem Bau des Colossus. Er verbrachte elf Monate ab Anfang Februar 1943 mit dem Entwurf und Bau des ersten Colossus. Nach einem Funktionstest im Dezember 1943 wurde Colossus nach Bletchley Park verschifft, wo er am 18. Januar 1944 eintraf. Colossus war der weltweit erste elektronische digitale programmierbare Computer.
Der erste elektronische programmierbare Computer, der in den USA gebaut wurde
event1945placeUniversity of Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania, USA
Der ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) war der erste elektronische programmierbare Computer, der in den USA gebaut wurde. Obwohl der ENIAC dem Colossus ähnelte, war er viel schneller, flexibler und Turing-vollständig. Er kombinierte die hohe Geschwindigkeit der Elektronik mit der Fähigkeit, für viele komplexe Probleme programmiert zu werden. Er konnte 5000 Mal pro Sekunde addieren oder subtrahieren, tausendmal schneller als jede andere Maschine. Er verfügte auch über Module zum Multiplizieren, Dividieren und für Quadratwurzeln. Der Hochgeschwindigkeitsspeicher war auf 20 Wörter (etwa 80 Bytes) begrenzt. Unter der Leitung von John Mauchly und J. Presper Eckert an der University of Pennsylvania gebaut, dauerte die Entwicklung und Konstruktion des ENIAC von 1943 bis zur vollen Inbetriebnahme Ende 1945. Die Maschine war riesig, wog 30 Tonnen, verbrauchte 200 Kilowatt Strom und enthielt über 18.000 Vakuumröhren, 1.500 Relais und Hunderttausende von Widerständen, Kondensatoren und Induktoren.
Der weltweit erste Computer mit gespeichertem Programm
eventMontag Jun 21, 1948placeManchester, England
Die Manchester Baby war der weltweit erste Computer mit gespeichertem Programm. Er wurde an der Victoria University of Manchester von Frederic C. Williams, Tom Kilburn und Geoff Tootill gebaut und führte am 21. Juni 1948 sein erstes Programm aus. Er wurde als Testumgebung für die Williams-Röhre entwickelt, das erste digitale Speichergerät mit wahlfreiem Zugriff. Obwohl der Computer nach den Maßstäben seiner Zeit als "klein und primitiv" galt, war er die erste funktionierende Maschine, die alle wesentlichen Elemente eines modernen elektronischen Computers enthielt.
Die erste öffentliche Beschreibung einer integrierten Schaltung
eventMittwoch Mai 7, 1952placeWashington D.C., USA
Der nächste große Fortschritt in der Rechenleistung kam mit dem Aufkommen der integrierten Schaltung. Die Idee der integrierten Schaltung wurde erstmals von einem Radarforscher konzipiert, der für das Royal Radar Establishment des Verteidigungsministeriums arbeitete, Geoffrey W.A. Dummer. Dummer präsentierte die erste öffentliche Beschreibung einer integrierten Schaltung auf dem Symposium on Progress in Quality Electronic Components in Washington, D.C. am 7. Mai 1952.
Der erste vollständig transistorisierte Computer war der Harwell CADET von 1955, gebaut von der Elektronikabteilung des Atomic Energy Research Establishment in Harwell.
Die ersten praktischen ICs wurden von Jack Kilby bei Texas Instruments und Robert Noyce bei Fairchild Semiconductor erfunden. Kilby hielt seine ersten Ideen zur integrierten Schaltung im Juli 1958 fest und demonstrierte am 12. September 1958 erfolgreich das erste funktionierende integrierte Beispiel.
In Kilbys Patentanmeldung vom 6. Februar 1959 beschrieb Kilby sein neues Gerät als "einen Körper aus Halbleitermaterial ..., in dem alle Komponenten der elektronischen Schaltung vollständig integriert sind".
Die ersten mobilen Computer waren schwer und wurden mit Netzstrom betrieben. Die ersten Laptops, wie der Grid Compass, beseitigten diese Anforderung durch den Einbau von Batterien – und durch die fortschreitende Miniaturisierung von Computerressourcen und Fortschritte bei der Lebensdauer tragbarer Batterien.
