Wer hat den Computer erfunden? Die wichtigsten Schritte der Computergeschichte

Auf die Frage „Wer hat den Computer erfunden?“ fällt häufig der Name Konrad Zuse. Seine Z3 von 1941 gilt als erster funktionsfähiger, vollautomatischer, programmgesteuerter Digitalrechner. Doch der Weg zum heutigen Computer begann viel früher und führte über zahlreiche Ideen, Maschinen und Forschungsteams. Die Antwort hängt deshalb davon ab, ob man nach dem ersten Entwurf, dem ersten funktionierenden Rechner oder dem ersten elektronischen Universalcomputer fragt.

Was macht eine Rechenmaschine zum Computer?

Eine Maschine kann rechnen, ohne die Möglichkeiten eines modernen Computers zu besitzen. Entscheidend ist vor allem, wie sie ihre Aufgaben erhält und ausführt.

Drei Begriffe helfen bei der historischen Einordnung:

• Programmierbar: Eine Folge von Anweisungen legt fest, welche Arbeitsschritte die Maschine ausführt.
• Elektronisch: Elektronische Bauteile übernehmen die Verarbeitung. Frühere Rechner nutzten mechanische Teile oder elektromechanische Relais.
• Universell einsetzbar: Der Rechner lässt sich für unterschiedliche Aufgaben programmieren, statt ausschließlich einen bestimmten Problemtyp zu bearbeiten.

Hinzu kommt das Speicherprogrammprinzip: Die Maschine hält auch ihre Programmanweisungen im Speicher und liest sie von dort aus. Dieses Prinzip prägt heutige Computer.

Die Geschichte des Computers beginnt allerdings lange vor der Elektronik. Im 17. Jahrhundert entwickelten Wilhelm Schickard, Blaise Pascal und Gottfried Wilhelm Leibniz mechanische Rechenmaschinen. Sie machten Teile des Rechnens automatisierbar und schufen wichtige Voraussetzungen für spätere Entwicklungen.

Charles Babbage und Ada Lovelace: Computerideen im 19. Jahrhundert

Babbages Entwurf einer programmierbaren Maschine

Der britische Mathematiker Charles Babbage beschäftigte sich zunächst mit einer Differenzmaschine, die mathematische Tabellen berechnen sollte. Solche Tabellen waren beispielsweise für Navigation und Wissenschaft wichtig; Fehler konnten erhebliche Folgen haben.

Ab den 1830er-Jahren entwarf Babbage die Analytical Engine. Sie sollte unterschiedliche Berechnungen nach vorgegebenen Anweisungen ausführen. Der Entwurf sah ein Rechenwerk, einen Speicher und eine Steuerung durch Lochkarten vor. Auch Wiederholungen und Entscheidungen im Programmablauf gehörten zum Konzept.

Damit beschrieb Babbage wesentliche Bestandteile eines universell programmierbaren Computers. Die Analytical Engine wurde zu seinen Lebzeiten jedoch nicht vollständig gebaut. Seine Bedeutung liegt vor allem im Entwurf einer Maschine, deren Fähigkeiten weit über die damaligen Rechenhilfen hinausgehen sollten.

Lovelace erkannte die Möglichkeiten der Programme

Ada Lovelace arbeitete eng mit Babbage zusammen. 1843 veröffentlichte sie die Übersetzung eines Textes über die Analytical Engine und ergänzte umfangreiche eigene Anmerkungen. Darin beschrieb sie unter anderem einen Ablauf zur Berechnung von Bernoulli-Zahlen.

Diese Darstellung wird häufig als erstes veröffentlichtes Computerprogramm bezeichnet. Lovelace gilt deshalb oft als erste Programmiererin. Die Zuschreibung braucht etwas Einordnung: Auch Babbage hatte bereits zuvor Programmabläufe entworfen. Zudem konnte Lovelaces Verfahren damals nicht auf einer fertiggestellten Analytical Engine ausgeführt werden.

Besonders vorausschauend war ihr Verständnis der Anwendungsmöglichkeiten. Lovelace erkannte, dass Zahlen auch andere Inhalte darstellen könnten, etwa musikalische Töne. Eine entsprechend programmierte Maschine könnte somit mehr leisten als reine Zahlenrechnung.

Alan Turing: die theoretische Grundlage

1936 beschrieb der britische Mathematiker Alan Turing ein abstraktes Rechenmodell, das heute Turingmaschine heißt. Es verarbeitet Zeichen auf einem gedachten Band nach festgelegten Regeln.

Eine universelle Turingmaschine kann andere solche Maschinen nachbilden, wenn sie eine passende Beschreibung ihrer Regeln erhält. Damit ließ sich mathematisch untersuchen, welche Probleme durch algorithmische Verfahren lösbar sind.

Turings Beitrag war zunächst theoretisch. Er lieferte einen grundlegenden Begriff von Berechenbarkeit, der bis heute zur Informatik gehört. Später arbeitete er auch an praktischen Computerentwürfen. Die theoretische Beschreibung und der Bau einer konkreten Maschine sind in der Computergeschichte unterschiedliche Leistungen.

Konrad Zuse und die Z3: ein funktionierender Durchbruch

Konrad Zuse wollte aufwendige Berechnungen automatisieren. Seine 1938 fertiggestellte Z1 arbeitete überwiegend mechanisch und verwendete bereits binäre Zahlen, also Darstellungen mit den Ziffern 0 und 1. Die Mechanik erwies sich jedoch als unzuverlässig.

Mit der Z3 von 1941 gelang ein entscheidender Fortschritt. Sie arbeitete mit elektromechanischen Relais, führte Rechenoperationen automatisch aus und las ihre Anweisungen von gelochtem Film. Für eine andere Berechnung konnte ein anderes Programm eingelegt werden.

Zuses Leistung bestand darin, einen funktionsfähigen programmgesteuerten Digitalrechner tatsächlich zu bauen. Deshalb nimmt er unter den Computerpionieren eine herausragende Stellung ein.

Die Unterschiede zu heutigen Rechnern bleiben wichtig: Die Z3 speicherte ihr Programm außerhalb des Rechenspeichers und besaß keine direkte Anweisung für bedingte Sprünge. Solche Sprünge erlauben einem Programm, abhängig von einem Ergebnis verschiedene Wege einzuschlagen. Die Bezeichnung „erster Computer“ sollte bei der Z3 deshalb immer mit den genannten Eigenschaften verbunden werden.

Frühe elektronische Rechner: mehrere Wege zum Ziel

Atanasoff-Berry-Computer und Colossus

In den USA entwickelten John Vincent Atanasoff und Clifford Berry zwischen 1939 und 1942 den Atanasoff-Berry-Computer, kurz ABC. Er nutzte elektronische Schaltungen und binäre Zahlendarstellung. Seine Aufgabe war die Lösung linearer Gleichungssysteme; er war kein frei programmierbarer Universalrechner.

In Großbritannien entstand unter maßgeblicher Leitung von Tommy Flowers Colossus. Die erste Maschine wurde Ende 1943 fertiggestellt und Anfang 1944 in Bletchley Park eingesetzt. Sie unterstützte die Entzifferung von Nachrichten, die mit dem deutschen Lorenz-System verschlüsselt waren.

Colossus verband elektronische Verarbeitung mit begrenzter Programmierbarkeit. Seine Konstruktion war auf kryptanalytische Aufgaben zugeschnitten. Die lange Geheimhaltung seiner Existenz erschwerte später die öffentliche Würdigung dieser Leistung.

ENIAC als elektronischer Universalrechner

John W. Mauchly und J. Presper Eckert entwickelten mit ihrem Team an der University of Pennsylvania den ENIAC. Er wurde 1945 fertiggestellt und 1946 öffentlich vorgestellt.

ENIAC gilt als erster elektronischer, programmierbarer Universal-Digitalrechner. Rund 18.000 Elektronenröhren ermöglichten eine deutlich höhere Rechengeschwindigkeit als bei elektromechanischen Maschinen.

Die Einrichtung eines neuen Programms erforderte anfangs allerdings das Umstecken von Kabeln und das Einstellen von Schaltern. Außerdem rechnete ENIAC dezimal. Elektronische Verarbeitung und binäre Zahlendarstellung waren also zwei getrennte Entwicklungsentscheidungen.

Der nächste Schritt: Programme im Speicher

Für die weitere Entwicklung war entscheidend, Programmanweisungen im Rechner selbst zu speichern. Neue Aufgaben ließen sich dadurch über gespeicherte Befehle vorgeben.

Dieses Konzept wurde im Umfeld des EDVAC-Projekts ausgearbeitet. Ein Bericht von John von Neumann aus dem Jahr 1945 machte es weithin bekannt. Die damit verbundene Architektur trägt seinen Namen, entstand aber aus der Arbeit und Diskussion mehrerer Beteiligter.

Am 21. Juni 1948 führte die experimentelle Manchester-Maschine „Baby“ erstmals ein Programm aus einem elektronischen, beschreibbaren Speicher aus. Das war ein wichtiger praktischer Nachweis des Speicherprogrammprinzips. 1949 folgte mit EDSAC in Cambridge ein früher Rechner, der dieses Prinzip für regelmäßige wissenschaftliche Berechnungen nutzte.

Vom großen Rechner zum tragbaren Computer

Transistoren, integrierte Schaltungen und schließlich Mikroprozessoren machten Computer kleiner und zunehmend erschwinglich. Seit den 1970er-Jahren konnten immer mehr zentrale Rechnerfunktionen auf einzelnen Chips untergebracht werden. Daraus entwickelten sich unter anderem Heimcomputer, PCs und tragbare Geräte.

Auch ein Psion-Handheld mit EPOC steht in dieser Entwicklungslinie: Prozessor, Speicher und wechselnde Programme ermöglichen auf demselben Gerät Kalenderverwaltung, Textverarbeitung oder eigene Software.

Einen einzigen Erfinder des Computers gibt es deshalb nicht. Babbage entwarf eine programmierbare Universalmaschine, Lovelace beschrieb Programme und weitergehende Anwendungen, Turing begründete zentrale theoretische Konzepte, und Konrad Zuse baute mit der Z3 einen funktionierenden programmgesteuerten Digitalrechner. Weitere Teams brachten elektronische Verarbeitung und gespeicherte Programme hinzu. Erst das Zusammenspiel dieser Fortschritte machte den Computer möglich, den wir heute kennen.