Geburt einer Wissenschaft

Die Informatik wurde in diesem Jahrhundert geboren. Geburt einer Wissenschaft - klingt das nicht hochtrabend?  Werden Wissenschaften überhaupt geboren?

Bei aller Skepsis: mit dem Wort von der Informatik als "Kind der Mitte dieses
Jahrhunderts" hat es etwas auf sich. 1955  war noch nicht einmal der Name
geprägt. Was hat den rasch einsetzenden und nachhaltigen Aufschwung bewirkt?
Eine zweifellos durch Kriegsereignisse ausgelöste Entwicklung der elektronischen Schaltungen zur Informationsverarbeitung fand eine Fortsetzung in  zivilen und militärischen Anwendungen: kleinere  und robustere Bauteile waren gefordert; die Erfindung des Transistors und die Mikrominiaturisierung der Transistorschaltungen führte zu einer dramatischen  Verbesserung des Preis-Leistungsverhältnisses von Rechnern. Die  Mikroelektronik  erwies sich als starker Antrieb der Informatik.
 

Die Anfänge

Gezeugt, um im Bild zu bleiben, wurde die Informatik - besser gesagt, was wir
heute unter dieser Bezeichnung verstehen - schon am Beginn unserer Wissenschaftsgeschichte. Euklid lehrte vor 2300 Jahren ein Verfahren, den größten gemeinsamen Teiler zweier Zahlen zu bestimmen,  das wir heute als 'euklidschen Algorithmus' kennen. Das Wort 'Algorithmus' geht auf den Namen des Al Chwarismi zurück, der, vor 1200 Jahren am Hof des Kalifen von Bagdad lebend, mechanische Regeln für das Rechnen mit indischen ("arabischen") Ziffern und den damit geschriebenen Zahlen lehrte. Hauptsächlich in der Astronomie kamen dann umfängliche Rechnungen auf. Von Hand nach festen, eingedrillten Regeln oder ab dem 17. Jhdt. zunächst mit Hilfe einfacher Additionsmaschinen (Wilhelm Schickard, Blaise Pascal) wurden primitive Algorithmen durchgeführt. G.W. Leibniz  mechanisierte - was Schickard nur unvollkommen gelungen war - auch die  Multiplikation. Dies litt zwar zunächst unter mechanischen Schwierigkeiten, führte aber im 19. Jahrhundert zu handwerklich (Thomas) und später auch industriell (Burkhardt, Odhner, Steiger)
gefertigten Handkurbel-Vierspeziesmaschinen. Hollerith und  Powers erfanden  Auswertungsmaschinen für Statistiken, Burroughs und   Fisher rationalisierten durch Buchungsmaschinen die Büroarbeit, Ritty und Patterson durch Registrierkassen den Warenhausverkauf. In dieser  Weise bot sich 1930  der allgemeinen Öffentlichkeit das dar, worauf der Computer, eine der tragenden Säulen der Informatik, aufbauen sollte.

Aber andere  Wurzeln der Informatik reichen viel weiter zurück. Die Bedeutung
der Zahldarstellung für das Rechnen  wurde früh erkannt. Lange Zeit gab es ein Nebeneinander von Sexagesimalsystem und Dezimalsystem. Bereits Leibniz gab der Entwicklung eine neue Wendung. Er machte sich vom inzwischen dominanten dezimalen Zahlsystem frei und propagierte das Dualsystem - zunächst allerdings erfolglos; erst im 20. Jahrhundert erwies sich das Leibnizsche Rechnen im Dualsystem als vorzüglich geeignet für elektronische Technologien.
 

Leibniz befreite ferner den Begriff des Algorithmus von der Beschränkung auf Zahlen und erweiterte ihn auf jegliches "Spiel nach festen Regeln" mit Zeichen, die irgendwelche Bedeutung tragen. Der so verallgemeinerte Algorithmusbegriff präzisiert, was man gemeinhin unter Datenverarbeitung oder Informationsverarbeitung versteht; er ist eine weitere tragende Säule der Informatik, die insofern auf Leibniz zurückgeht.

Die Kryptologie, in der Leibniz sich auch versucht hatte, beruhte ebenfalls  auf diesem verallgemeinerten Algorithmusbegriff. Ein weiteres Feld, die Mechanisierung  einfacher Syllogismen und Aussagefunktionen, die Allan Marquand und Charles S. Peirce um 1890 angingen - auch Leibniz hatte sich bereits um eine Codierung von Begriffen bemüht - erlangte damals noch keine praktische Bedeutung.
 

Was Leibniz noch nicht einbezog, war die Ablaufsteuerung. Vereinzelte Erfinder, von Uhren und von Automaten in Menschengestalt ausgehend,  führten über den Engländer Charles Babbage und den Spanier Leonardo Torres y Quevedo zum Gedanken einer vollen Automatisierung des Rechnens. Lochkartenmaschinen brachten den Durchbruch, auch mechanische Tischrechner erhielten im 20. Jahrhundert nach und nach motorischen Antrieb und vollautomatischen Ablauf der einzelnen Spezies-Operationen. Eine Krönung war der Quadratwurzel-Automat von Friden.
 

Die dreißiger Jahre

Zwangsläufig standen in dieser Zeit die Fragen der Technologie der Rechner im Vordergrund: Die Realisierung der erforderlichen Grundoperationen mit den zur Verfügung stehenden Mitteln und die Organisation und Optimierung des Rechenvorgangs. Viele der erarbeiteten Lösungen sind heute nur noch von historischem Interesse. Was Bestand hatte, waren die sich fast unbemerkt herauskristallisierenden Konzepte und Prinzipien der Modellierung von Verarbeitungsvorgängen der Informatik. Vieles von der weiteren Ausprägung der Informatik war in dem Embryo bereits angelegt, als in den dreißiger Jahren unruhige Zeiten anbrachen. Bald überstürzte sich die Entwicklung. Die mathematische Logik, durch Paradoxien geplagt, verfeinerte die Definition der Begriffe  'beweisbar' und 'berechenbar', was zu den fundamentalen Sätzen von Kurt Gödel über Grenzen der formalen Beweisbarkeit führte und zur Gedankenmaschine  von Alan Turing, die als Muster einer 'universellen
Maschine' gedacht war. Und obwohl umfangreiche Relaisschaltungen schon fünfzig Jahre früher im Bereich des technisch  Machbaren gelegen hatten, begann man erst um 1935 auf dieser Basis - Konrad Zuse in Deutschland,

Wallace J. Eckert,  George R. Stibitz, Howard Aiken in den Vereinigten
Staaten - Maschinen zu bauen, die mehr konnten als die bloßen mechanischen Rechengeräte, die auf Knopfdruck nur einzelne Rechenoperationen ausführten. Die volle Automatisierung führte schließlich zu Maschinen, die ganze Rechnungen selbständig abarbeiteten und die überdies für eine Vielzahl verschiedenster Algorithmen nutzbar - frei programmierbar - waren.

Übrigens löste man sich mancherorts nur schwer vom Dezimalsystem und von den damit untrennbar verbunden scheinenden Zahnrädern; man imitierte das Dezimalsystem durch Ringzähler und machte sich dadurch das Leben schwer. Lediglich Konrad Zuse ging den geraden Weg, er befreite sich zuerst vom Dezimalsystem und fand eine sehr originelle Lösung für das duale Rechnen mit mechanischen Mitteln "ohne Räder", bevor er zu Relais überging.
 

Der Durchbruch

Den Durchbruch brachten schließlich keine zehn Jahre später die ersten elektronischen Versionen solcher Relais-Rechenautomaten - Helmut Schreyer in Deutschland, JohnP.Eckert und  John Mauchly in den Vereinigten Staaten, Thomas Flowers in Großbritannien waren die Pioniere - nicht zu vergessen den Außenseiter John Vincent Atanasoff, der die Relaislösung übersprang. Um im Bild zu bleiben,  es setzten die Wehen ein. Die Elektronik erlaubte  ungeheuere Steigerungen der Geschwindigkeit (und später, mit der Einführung der Halbleitertechnologie, auch ungeahnte Zuverlässigkeit; die Geburt wurde jedoch  begleitet von einer vollständigen Befreiung von den Zwängen des Rechnens mit Zahlen: John von Neumann und seine Mitarbeiter zeigten schon 1946, wie auf der speicherprogrammierten EDVAC im Prinzip Algorithmen mit jedweden codierten Elementen  programmierbar waren; die Logiker bewiesen bald die Universalität (im Sinne von Turing) solcher Rechner, für die sich der Name  computer einbürgerte. Womit sich der Algorithmus herumschlug - mit einer (abzählbaren) Menge von Zahlen, Zeichen, Wahrheitswerten oder irgendwelchen sonstigen, auch zusammengesetzten 'Objekten' - war nur eine Frage der Universalität der  Codierung. Auf die Universalität der Binärcodierung stützte sich auch Zuse in seinem PLANKALKÜL von 1946, damit einem  Leibnizschen Gedanken zur vollen Blüte verhelfend.

Bald folgten erste Anwendungen, die den vollen Umfang der gewonnenen algorithmischen Möglichkeiten ausloteten, etwa Programme zur mechanischen Durchführung der symbolischen Differentiation einer Formel (Kahrimanian und Nolan 1953) oder heuristische Beweisprogramme (Gelernter und Rochester 1958); 1959 konnte John McCarthy mit der Programmiersprache  LISP für den allgemeinen Gebrauch rekursiver Programme plädieren.

In dieser stürmischen Zeit, als solcherart Neuland erobert wurde, hätte man sich oft auf Vorarbeiten, insbesondere in der mathematischen Logik, stützen können, nahm sich aber nicht immer die Zeit dazu.  Gelegentlich waren auch die Türen versperrt. So schade das war, trug es doch mit dazu bei, daß die aufkeimende Informatik  selbständig werden mußte. Sie formierte sich damals  als Wissenschaftsdisziplin, indem sie viele Einzeldisziplinen um ein Kernanliegen herum gruppierte. Dieses Herzstück der Informatik  war die Erforschung der Beschreibungsmöglichkeiten von Algorithmen durch Programmiersprachen, einschließlich ihrer Komplexität, ihrer Effizienz im Hinblick auf vorgegebene algorithmische Maschinen  und schließlich ihre Materialisierung durch neue, den jeweiligen technologischen Fortschritt  einbeziehende Maschinenarchitekturen. Das ist auch heute noch so; wir werden darauf im übernächsten Abschnitt zurückkommen.

Friedrich L. Bauer
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