Mechanischer Computer des
19. Jahrhunderts funktionstüchtig nachgebaut
1822 konstruiert der englische Mathematiker Charles Babbage
einen mechanischen Rechenautomaten namens "Difference Engine",
einen Prototypen für eine größere Rechenmaschine,
die in den folgenden Jahren gebaut werden soll. Babbage will
eine Maschine aus Zahnrädern bauen, die mathematische Tabellen
errechnen und drucken kann. Der Apparat soll mit Hilfe eines
komplizierten Differenzenverfahrens einfache Gleichungen durchrechnen;
zum Beispiel y=x²+x+41. Der Anwender braucht dazu nur eine
Kurbel zu drehen. Die britische Regierung finanziert das Unternehmen.
Aber das Projekt kommt zu keinem Ende, weil Charles Babbage
laufend an Verbesserungen und Erweiterungen arbeitet und die
Kosten ständig steigen. Schließlich zieht sich die
britische Regierung aus dem Projekt zurück.
Der Grund für sein Scheitern liegt nicht in den technischen
Möglichkeiten der Zeit, erkannt 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 waren 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 seiner 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 die Differenzmaschine Nummer 2 bewundern,
dieses massive Zahnrad-Hirn. Stangen, Hebel, Zahnräder
glänzen in Bronze und Eisen. Die Museumsluft riecht nach
Maschinenöl. Doron Swade dreht an der Kurbel. Die acht
aufrecht stehenden Säulen beginnen zu rotieren, Spindeln
und Stangen blinken in der Bewegung, die Bronzehebel des Übertragungsmechanismus
kreisen spiralförmig. An den frontalen Zahnrädern
hat Doron Swade die 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 sie 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 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
hundert 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.
Gesprächspartner: Doron Swade, Assistant Director &
Head of Collections, Science Museum London
Science Museum London: www.sciencemuseum.org.uk
Roman: William Gibson + Bruce Sterling: Die DifferenzMaschine.
Mit einem Nachwort von Michael Nagula und Abbildungen der Maschine
nach Lord Babbage. Heyne Verlag München 1992, 573 S., DM
16,90.
Copyright © Detlef Kutz - Alle Rechte vorbehalten
- Geänderte Fassung eines Features, das am 20.12.2001 in
WDR 5 - Leonardo gesendet wurde.
