Was haben Webstuhl und Rechner gemein? Geschichte des Computings Teil 2

Von enormem Wert fürs Computing war der Jacquard-Webstuhl. Das erste Information verarbeitende Gerät mit praktischem Nutzen war ein Wunder der Industriellen Revolution. Erfunden hat ihn der französische Weber Joseph-Marie Jacquard. Jacquard hatte die Idee für den Webstuhl bereits 1790. Die Französische Revolution kam ihm aber dazwischen, weshalb er seine Erfindung erst zwischen1804 und 1805 fertigstellen konnte.

Der Jacquard-Webstuhl war die erste Maschine, die mit Lochkarten gesteuert wurde. Die Lochkarten geben dem Webstuhl vor, welche Muster er weben soll. Die Lochkarten stellen ein binäres System dar. Sie werden von Nadeln abgetastet. Trifft die Nadel auf kein Loch, wird der Faden gehoben, trifft die Nadel auf ein Loch, wird der Faden gesenkt.

Die Erfindung des Jacquard-Webstuhl liess wichtige Schlüsse fürs Computing zu: Maschinen können so beeinflusst werden, dass sie etwas anders machen als vorgesehen. Zudem kann eine Lochkarte dazu verwendet werden, eine Maschine zu steuern. Am wichtigsten aber war die Erkenntnis, dass ein Gerät verschiedene Aufgaben ausführen kann, indem man ihm diese in einer für sie verständlichen Sprache füttert. Maschinen wurden programmierbar. Das Programmieren wurde also noch vor dem Computer erfunden.

Die negativen Reaktionen auf den Fortschritt bekam Jacquard bitter zu spüren. Die Seidenweber befürchteten, dass ihnen der Webstuhl Arbeit wegnehmen könnte. Sie setzten Maschinen in Brand und attackierten selbst Jacquard. Den Siegeszug des Jacquard-Webstuhls konnten die Weber jedoch nicht verhindern.

Puzzlestücke zusammenfügen: Der erste Computer

Um 1820 waren alle Puzzlestücke für die Erfindung des Computers parat. Die Vorteile von automatisierten Berechnungen für Wissenschaft und Industrie waren bekannt und wurden geschätzt. Spezifische Methoden zur automatisierten Berechnung waren erfunden und Erfahrungen mit analogen und digitalen Geräten gemacht. Der Jacquard-Webstuhl hat die Vorteile der Programmierung und die Möglichkeiten von Lochkarten aufgezeigt. Diese Puzzlestücke konnten nun zusammengefügt werden.

Die Differenzmaschine (Difference Engine)

Heute gilt Charles Babbage als der Mann, der die Puzzlestücke zusammengefügt und damit den ersten Computer erfunden hat. Der englische Mathematiker und Erfinder war ein Mann vieler Talente. Er war der Erste, der vorschlug, dass das vergangene Wetter anhand von Baumringen abgelesen werden kann. Aber er half auch bei der Einführung eines modernen Postsystems in England und begeisterte sich fürs Chiffrieren, Schlüssel und mechanische Puppen.

Babbage war auch Gründungsmitglied der «Royal Astronomical Society». In dieser Funktion sah er die Notwendigkeit schwierige astronomische Berechnungen zu automatisieren. Mathematische Tafeln, im Speziellen logarithmische Tafeln, jener Zeit enthielten häufig Fehler. Durch die Automatisierung in der Herstellung können diese vermieden werden, so das Argument von Babbage. Deshalb entwarf er die Differenzmaschine. Dafür wurde er übrigens auch als einer der ersten Wissenschaftler überhaupt staatlich subventioniert.

Der Mathematiker ging sein Projekt sehr ehrgeizig an. Für den Bau der Maschine stellte er einen Ingenieur an, machte die Werkstatt feuersicher und plante einen staubfreien Bereich für Tests ein. Und das im Jahr 1823, einer Zeit, in der die Hygiene in der Medizin noch in den Kinderschuhen steckte.

Die Differenzmaschine sollte zwischen 20- und 30-stellige Berechnungen ausführen. Sie kann als digitale Maschine angesehen werden. Die Ziffern (0-9) auf den Rädern sollten automatisch drehen. Wenn beispielsweise ein Rad von 9 auf 0 dreht, bewegt sich auch das nächste Rad auf die Folgeziffer. Wie moderne Computer sollte die Maschine auch Speicherplatz haben für spätere Verarbeitung. Und sogar Druckerplatten hätte die Maschine erstellen sollen.

Obige Textpassage enthält viele «sollte». Das liegt daran, dass Babbage die Differenzmaschine nie vollständig gebaut hat. Einerseits fehlte ihm immer mal wieder Geld, andererseits waren die Fertigungsmethoden dieser Zeit noch nicht weit genug ausgereift. Weitere technische Probleme verzögerten die Arbeit zudem. Als dann Joseph Clement, der Ingenieur, nicht mehr weiterarbeiten wollte, bis er im Voraus bezahlt würde, hat Babbage den Bau 1833 abgebrochen. Erst 2002 wurde eine funktionsfähige Differenzmaschine auf Basis von Babbages Entwürfen fertiggestellt.

Es könnte aber auch persönliche Gründe für Babbages Scheitern gegeben haben. Glaubt man einem Nachruf aus jener Zeit, war Babbage äusserst sprunghaft, temperamentvoll und völlig taktlos. Er sei ein genialer Wissenschaftler, aber im Sozialen inkompetent. Er hätte nicht mit anderen Menschen zusammenarbeiten können. Es wurde vermutet, dass er dem Ingenieur reingepfuscht und versucht hat, selbst Hand anzulegen.

Die analytische Maschine (Analytical Engine)

Beispielhaft für Babbages sprunghaften Charakter ist die analytische Maschine. Bereits während der Arbeit an der Differenzmaschine tüftelte Babbage an Möglichkeiten sie zu verbessern. Es ging ihm darum, die Maschine dahin weiterzuentwickeln, dass sie alle erdenklichen Berechnungen ausführen kann. Als er die Arbeit an der Differenzmaschine 1833 einstellte, hatte er bereits die analytische Maschine entwickelt.

Die analytische Maschine sollte universell einsetzbar sein und durch Programme gesteuert werden können. Der mechanische, digitale Computer sollte aus vier Teilen bestehen: dem Rechenwerk, Speicherwerk, Eingabe- und Ausgabewerk. Angetrieben sollte sie von einer Dampfmaschine werden und drei Meter hoch sowie 19 Meter lang sein. Ins Home-Office hättest du dir sie also nicht stellen können.

Das Speicherwerk hätte bis zu 1000 50-stellige Zahlen speichern können. Beim Eingabewerk hat sich Babbage auf einer Reise durch Frankreich vom Jacquard-Webstuhl inspirieren lassen: Daten und Anweisungen hätten über Lochkarten eingegeben werden sollen. Wie die Differenzmaschine wurde die analytische Maschine aber nie gebaut.

Die analytische Maschine war das erste Gerät, das nach unserer heutigen Definition als Computer durchgehen kann. Die vorherigen Maschinen waren nicht mehr als Rechner. Die analytische Maschine war als erste programmierbar, und dadurch automatisch, und sie konnte mehrere Berechnungen durchführen. Ironischerweise existiert der erste Computer bis heute nur auf dem Papier, er wurde nie gebaut.

Ada Lovelace

Inwiefern die analytische Maschine programmierbar ist und sie sich von herkömmlichen Rechnern unterscheidet, hat nicht etwa Charles Babbage postuliert. Das war Ada Lovelace. Ada? Ist das nicht ein Frauenname? Genau. Dass sie sich als Frau zu jener Zeit mit der analytischen Maschine auseinandersetzen konnte, war ihrem Elternhaus und ihrer Ausbildung zu verdanken.

Lovelace wurde 1815 in London als Tochter des berühmten Dichters Lord Byron und Anne Isabella Noel-Byron geboren. Sie war das einzige leibliche Kind des Paares. Sie trennten sich kurz nach der Geburt von Ada, weil Lord Byron ein regelrechter Playboy war und bereits etliche aussereheliche Kinder gezeugt hatte (ihm wurde zudem ein inzestuöses Verhältnis zu seiner Schwester nachgesagt).

Im Gegensatz zum musischen Vater war die Mutter von Ada sehr an den Naturwissenschaften interessiert. Deshalb ermöglichte sie ihrer Tochter eine mathematische Ausbildung. Ada brachte sich vieles selbst bei, wurde aber auch von Augustus De Morgan, ein Begründer der modernen mathematischen Logik, unterrichtet.

Lovelace interessierte sich bereits 1833 für Babbages analytische Maschine. Sie machte seine Bekanntschaft an Anlässen und unterhielt sich mit ihm darüber. Das ging so weit, dass sie im Jahr 1843 eine Arbeit zur Funktionsweise veröffentlichte. Darin formuliert sie unter anderem den Unterschied zwischen Rechnern und der analytischen Maschine. Die Maschine operiere mit allgemeingültigen Symbolen und nicht mit Zahlen. Sie sei dazu fähig abstrakt zu denken.

Die Mathematikerin erkannte zudem neue Möglichkeiten die Steuerprogramme (die Lochkarten) mathematisch zu analysieren und zu vereinfachen. Deshalb gilt sie heute als erster Programmierer überhaupt. Mit ihren Erkenntnissen stand sie aber auch lange Zeit nach ihrem Tod alleine da. In den Folgejahren wurde auf Rechner und andere Maschinen fokussiert.

Übergangszeit

Ada Lovelace starb bereits 1852 im Alter von 36 Jahren an Gebärmutterkrebs. Babbage arbeitete noch bis zu seinem Tod an seiner analytischen Maschine. Erwähnenswert in der Übergangszeit bis zur Erfindung des modernen Computers ist die Hollerith-Lochkarte.

Die Lochkarten blieben bei Babbage und Lovelace theoretischer Natur und waren vor allem zur Eingabe gedacht. Hermann Hollerith verwendete sie bei seiner Hollerith-Maschine zur Datenspeicherung. Mehr zu Hollerith und seiner Verwendung von Lochkarten erfährst du in meinem Artikel zur Geschichte der Festplatte.

Gleichzeitig wurden die Rechner weiterentwickelt und massenproduziert. Sie waren aber vor allem für den kommerziellen Gebrauch gefertigt und nicht die Wissenschaft.

Das war’s mit dem zweiten Teil der Geschichte des Computings. Beim nächsten Mal geht’s ans Eingemachte mit der Erfindung des modernen Computers.