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Eine Auswahl von Themen der vergangenen 15 Jahre:

Mechanischer Computer des 19. Jahrhunderts funktionstüchtig nachgebaut:

Die Differenzmaschine

(2002)

1822 konstruierte der englische Mathematiker Charles Babbage einen mechanischen Rechenautomaten namens „Difference Engine“, einen Prototypen für eine größere Rechenmaschine, die in den folgenden Jahren gebaut werden sollte, jedoch nie realisiert wurde. Rund 150 Jahre später wird der mechanische Computer im Wissenschaftsmuseum in London fertiggestellt.

Den Entwurf eines großen mechanischen Rechenautomaten hatte der englische Mathematiker Charles Babbage 1822 zu Papier gebracht. Es sollte der Prototyp einer noch größeren Maschine namens "Difference Engine" werden: eine Maschine aus Zahnrädern, die mathematische Tabellen errechnen und drucken kann. Der Apparat sollte mit Hilfe eines komplizierten Differenzenverfahrens einfache Gleichungen durchrechnen; zum Beispiel y=x²+x+41. Der Anwender brauchte dazu nur eine Kurbel zu drehen. Die britische Regierung finanzierte das Unternehmen. Aber das Projekt kam zu keinem Ende, weil Charles Babbage laufend an Verbesserungen und Erweiterungen arbeitete und die Kosten ständig stiegen. Schließlich zog sich die britische Regierung aus dem Projekt zurück.

Der Grund für sein Scheitern lag nicht in den technischen Möglichkeiten der Zeit, erkannte Doron Swade, der 1985 Kurator der Computerabteilung im Londoner Wissenschaftsmuseum wurde. Er las viel über Charles Babbage und studierte die alten Pläne zu einer mechanischen Rechenmaschine. Die technischen Bauteile konnten zu Babbages Zeit zwar in der geforderten Präzision von bis zu einem Hundertstel Millimeter Genauigkeit hergestellt werden. Aber die Kosten für die Präzisionsarbeit waren gigantisch, weil man noch keine Massenproduktion kannte und jedes der 8000 Teile einzeln in Handarbeit gefertigt werden musste. So belief sich 1834 die letzte Rechnung für die gefertigten Einzelteile der Differenzmaschine auf über siebzehntausend Pfund. Zum Vergleich: Die drei Jahre vorher gebaute Dampflokomotive "John Bull" hatte lediglich 784 Pfund gekostet.

Der Nachbau der Differenzmaschine

Doron Swade trieb die Frage um: hätte sie auch funktioniert? War Babbage ein weltfremder Träumer, oder war er ein Ingenieur höchsten Kalibers? Ist die Logik und die mechanische Umsetzung dieser Maschine vernünftig? Die Konstruktionszeichnungen blieben über 150 Jahre in den Schubladen der Archive verborgen. Das Experiment begann: die Differenzmaschine Nummer 2 sollte gebaut werden, 150 Jahre nach ihrer Erfindung. Nach den Originalplänen Charles Babbages fertigten Ingenieure des Wissenschaftsmuseums Bauteile an: Hebel, Zahnräder, Wellen - alle aus Bronze, Gusseisen und Stahl. Nach vielen Schwierigkeiten - auch Finanzproblemen - war das Rechenwerk im Juni 1991 fertig: drei Tonnen schwer und mit den Ausmaßen einer großen Wohnzimmerschrankwand. Aber der Koloss brachte noch keine Berechnung zustande. Irgendetwas in der Mechanik verklemmte sich immer wieder. Schließlich war der Fehler gefunden und pünktlich einen Monat vor Babbages zweihundertstem Geburtstag lieferte die Maschine die ersten hundert Rechen-Werte. Was noch fehlte, war der von Babbage konzipierte Drucker, der die mathematischen Ergebnisse gleichzeitig auf Papier ausdruckt und auf eine Druckplatte prägt. Dieser wurde erst 2001 fertiggestellt. Damit ist der mechanische Computer aus dem 19. Jahrhundert endlich komplett.

Durch die Glasscheibe der großen Vitrine im Londoner Wissenschaftsmuseum können die Besucher heute die Differenzmaschine Nummer 2 bewundern, dieses massive Zahnrad-Hirn. Stangen, Hebel, Zahnräder glänzen in Bronze und Eisen. Die Museumsluft riecht nach Maschinenöl. Wenn Doron Swade an der Kurbel dreht, beginnen die acht aufrecht stehenden Säulen zu rotieren, Spindeln und Stangen blinken in der Bewegung, die Bronzehebel des Übertragungsmechanismus kreisen spiralförmig. An den frontalen Zahnrädern hat Doron Swade eine mathematische Formel eingestellt. Jetzt rechnet die Maschine die Gleichung durch. Das Ergebnis wirft der Drucker auf einem etwa 20 Zentimeter breiten Papierstreifen aus. Für den Außenstehenden ist der Mechanismus der Differenzmaschine verwirrend, ein undurchschaubares Räderwerk.

Auch im 19. Jahrhundert wichtig: exakte Daten

Solche Berechnungen waren im 19. Jahrhundert von existentieller Bedeutung. Charles Babbage kam die Idee, das Rechnen zu mechanisieren, weil er sich maßlos über die gedruckten Logarithmentafeln ärgerte. Wissenschaftler, Ingenieure, Bankleute, Versicherungsmathematiker und Seefahrer stützten sich bei Berechnungen auf solche mathematischen Tafeln. Aber diese steckten voller Fehler. Kein Wunder, denn die Zahlen wurden von Hilfskräften errechnet, dann wieder von anderen Hilfskräften abgeschrieben und schließlich in der Druckerei gesetzt. Da gab es etliche Fehlerquellen. Falsche Tabellen konnten letztendlich dazu führen, dass Schiffe in die Irre fuhren oder auf Grund liefen. Babbage überprüfte zwei unabhängig voneinander erstellte Berechnungen für astronomische Tafeln und war entsetzt über die vielen Unstimmigkeiten. Aus dem Jahre 1821 ist Babbages Ausspruch überliefert: "Bei Gott, ich wünschte, diese Berechnungen wären mit Dampfkraft erstellt worden!" In seinem Kopf reifte die Idee von mechanischen Rechenmaschinen, die durch Dampfkraft angetrieben wurden und die Rechenfehler in den mathematischen Tabellen endgültig ausmerzen würden. Dies war auch der Grund, warum er die britische Regierung 1823 von seiner Idee überzeugen konnte, und er den Auftrag erhielt, seine Differenzmaschine zu bauen, die Logarithmentafeln künftig sicher und billig am Fließband herstellen sollte.

Die Rehabilitierung Charles Babbages

Aber Babbage scheiterte und konnte diese Idee nicht in Stahl und Bronze umsetzen. Doron Swade hat jedoch mit seinem Experiment gezeigt: all das waren keine irrwitzigen Träume eines Fantasten; die Differenzmaschine wäre im 19. Jahrhundert tatsächlich möglich gewesen. Sie hätte funktioniert, so wie das Exemplar im Londoner Wissenschaftsmuseum. Doron Swade trat das Vermächtnis des Erfinders an, er hat das unvollendete Werk fertiggestellt und Charles Babbage rehabilitiert. Er sieht einen wesentlichen Grund für das Scheitern Babbages auch im starrsinnigen Verhalten des Erfinders. Dieser war ein Perfektionist und konstruierte seine Maschine ständig um, wollte sie immer wieder verbessern und akzeptierte keinerlei Kompromisse. Auch deshalb liefen die Kosten für das Projekt aus dem Ruder.

Die Analytische Maschine: ein Computer im modernen Sinn

Babbage war besessen von seiner Idee, und auch als die Regierung den Geldhahn zugedreht hatte, setzte Charles Babbage seine Forschungen unbeirrt fort. Er hatte erkannt, dass seine Differenzmaschine zwar eine leistungsfähige Rechenmaschine war, aber eben nur für begrenzte Zwecke taugte. So entwickelte er aus seiner Differenzmaschine einen universellen Allzweckrechner, der jede überhaupt mögliche Berechnung ausführen konnte: die sogenannte Analytische Maschine, diese natürlich ebenfalls nur auf dem Papier. Babbages Ruf als Computer-Pionier beruht jedoch vor allem auf dieser Analytischen Maschine, die man mit vollem Recht einen Computer nennen darf. Sie enthält alle logischen Prinzipien eines modernen digitalen Computers: · Sie hat einen separaten Datenspeicher, zusätzlich einen eigenen Arbeitsspeicher und ein separates Rechenwerk als Prozessor. · Sie kennt logische Verzweigungen: zum Beispiel Wenn-dann-Betziehungen: abhängig vom Ergebnis einer Berechnung kann sie eine bestimmte Operation durchführen - und bei einem anderen Ergebnis automatisch eine andere Operation in Gang setzen.

  • Sie kann über Lochkarten programmiert werden.
  • Sie kann die selbe Sequenz von Operationen wiederholen, so oft das Programm es vorschreibt.
  • Sie kennt Mikroprogrammierung, was wir als ziemlich modern ansehen.
  • Sie kennt das Prinzip von "Pipelining", das heißt sie kann Ergebnisse bereitstellen, schon bevor sie benötigt werden.
  •  Babbage spricht auch über multiple Programmierung, um die Kalkulationszeit durch paralleles Rechnen zu vermindern.

Auch die Analytische Maschine für das Wissenschaftsmuseum nachzubauen, daran wagt Doron Swade nicht zu denken. Der Aufwand würde ein Vielfaches dessen betragen, was für den Nachbau der Differenzmaschine nötig war. Schon dieses Projekt verschlang umgerechnet über 1,9 Millionen Mark. Die nachgebaute Differenzmaschine im Londoner Wissenschaftsmuseum ist ein Symbol der Verehrung für den Erfinder Charles Babbage, der lange Zeit als die große unglückliche Figur in der Computer-Geschichte galt. Der britische Pionier des elektronischen Computers, Morris Wilks, macht Charles Babbages dafür verantwortlich, die Computerrevolution geradezu aufgehalten zu haben. Weil Babbage mit Scheitern gleichgesetzt wurde, waren die Leute über einhundert Jahre lang entmutigt, die Entwicklung eines automatischen Allzweckrechners zu verfolgen. Was wäre gewesen, wenn Babbage im 19. Jahrhundert Erfolg gehabt hätte? Die Frage ist faszinierend. Wäre das Computerzeitalter dann schon im 19. Jahrhundert angebrochen? Wie hätte sich das Gesicht der Welt verändert? Vielleicht so, wie es die Autoren William Gibson und Bruce Sterling in ihrem Cyberpunk-Roman "Die Differenzmaschine" beschreiben: Das alltägliche Leben hat sich für die Menschen vereinfacht, die mechanischen Superrechner sind universelle Werkzeuge der Menschen. Jeder Bürger hat jetzt eine Bürgernummer, seine persönlichen Daten sind unter dieser Nummer auf Lochkarten gespeichert. Telegramme gelangen durch die Eingabe der Bürgernummer automatisch an den richtigen Adressaten, Rechnungen können bargeldlos mit Hilfe von Lochkarten beglichen werden. Die Kehrseite: jeder Bürger wird überwacht, das Verhältnis Mensch und Maschine hat sich umgekehrt: nicht mehr die Computer-Maschine dient den Menschen, sondern die Menschen selber sind zu Elementen, zu Werkzeugen einer Maschinerie geworden, die nun ihr eigenes Leben entfaltet.