Computer können die Charaktere in „Das dreiköpfige Problem“ nicht verstehen? Macht nichts, schau dir das zuerst an!

Freunde, die „Die drei Sonnen“ gelesen haben, erinnern sich bestimmt noch an die berühmte fiktive Szene – von Neumann bat Qin Shihuang, einen menschlichen Säulenrechner aus 30 Millionen Soldaten zusammenzustellen. Die von Soldaten mit schwarz-weißen Fahnen angezeigten Signale ersetzten binäre Berechnungen.

Das Bild stammt aus dem Screenshot der Fernsehserie "Die drei Sonnen"

nehmen Sie es einfach! Sie müssen die Logikgatterschaltungen von UND-, ODER- und NICHT-Gattern jetzt nicht verstehen. Werfen wir einen umfassenderen Blick auf die Grundstruktur des Hardwaresystems eines Computers.

Wenn wir die verschiedenen Hardwareteile eines modernen Taschenrechners als Beispiel nehmen, können wir eine gute Entsprechung herstellen.

Eingabegeräte wie Maus, Tastatur usw.

Der Controller und die Recheneinheit werden oft zusammenfassend als zentrale Verarbeitungseinheit, also CPU (Central Processing Unit) usw. bezeichnet.

Als Speicher bezeichnet man, wie der Name schon sagt, häufig Speichersticks und Festplatten.

Ausgabegeräte: Monitore, Drucker, Lautsprecher usw.

Dieser Satz von Hardwarekomponenten wird als Von-Neumann-System bezeichnet, benannt nach dem Mathematiker, der es entwickelt hat. Doch handelte es sich dabei nicht um eine aus der Luft gegriffene Idee, sondern vielmehr um eine Zusammenfassung der Erfahrungen seiner Vorgänger. Denn bevor elektronische Rechner populär wurden, gab es eine Ära manueller und mechanischer Rechner. Von Neumann folgte auch der kreativen Regel der „Pfadabhängigkeit“, was bedeutet, auf den Schultern von Riesen zu laufen. Als nächstes wollen wir es herausfinden.

Freunde, nennt mir bitte ein Beispiel für einen Taschenrechner, der euch spontan einfällt!

Ich glaube, die meisten Leute denken dabei an einen elektronischen Taschenrechner, der wie der auf dem Bild unten aussieht, der mit Strom versorgt wird und automatisch rechnen kann. Sie müssen lediglich Daten und Berechnungsregeln über Tasten eingeben und die Ergebnisse werden automatisch auf einem elektronischen Bildschirm ausgegeben. So häufig, dass es unauffällig ist …

Tuchong Creative

Wenn Sie in letzter Zeit zufällig ein paar Kostümfilme gesehen haben, denken Sie wahrscheinlich immer noch an das raffinierte Klappern des Abakus. Berechnungen mit einem Abakus werden ausschließlich manuell durch Verschieben der Perlen durchgeführt. Der Rechenvorgang basiert weiterhin auf den von unserem Gehirn eingeprägten Abakusformeln und die Veränderungen in der Anordnung der Perlen zeigen die gespeicherten Ergebnisse. Bei diesem Rechnertyp handelt es sich um einen manuellen Rechner, der keine automatischen Berechnungen durchführen kann.

Ich werde Sie nicht auf die Folter spannen. In diesem Artikel sprechen wir über mechanische Rechenmaschinen, die dazwischen liegen.

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Moderne Silhouette eines mechanischen Rechners

Die erste industrielle Revolution war durch den Einsatz von Maschinen gekennzeichnet, die die menschliche und tierische Kraft ersetzten, und die Menschheit trat in das Maschinenzeitalter ein. Die zweite industrielle Revolution war durch die großflächige Nutzung von Elektrizität gekennzeichnet und wir traten in das elektrische Zeitalter ein. Wir befinden uns derzeit in der dritten industriellen Revolution und genießen die modernen Annehmlichkeiten, die uns verschiedene Informationstechnologien und technologische Innovationen ermöglichen. Um es deutlicher auszudrücken: Wir leben in einer Zeit, in der wir die Prinzipien der Dinge nicht auf einen Blick verstehen können.

Auch die Entwicklung der Taschenrechner folgte dem oben genannten Trend der Zeit und durchlief drei Phasen, vom manuellen Rechner zum elektronischen Rechner, und dazwischen gab es auch die Phase der mechanischen Rechner. Ist es nur so, dass diese Phase in der „rasanten Entwicklung“ verloren gegangen ist und es sogar so scheint, als wäre sie nie vor uns aufgetaucht? Schließlich ist bei Menschen unter 40 Jahren, wenn sie geboren werden, alles um sie herum elektrifiziert... ich spreche von Elektrizität.

In Wirklichkeit sind wir alle jedoch noch immer mit mechanischen Computern vertraut. Wenn Sie es nicht glauben, kommen Sie und sehen Sie es sich an?

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Spätere mechanische Rechenmaschinen

Schauen wir uns zunächst eine Maschine aus der Zeit der mechanischen Rechenmaschinen an, die Divisumma 24, die mit einer Geschwindigkeit von 250 Zyklen pro Minute schnell addieren, subtrahieren, multiplizieren und dividieren kann. Diese von Marcello Nizzoli entworfene Maschine wurde ab September 1963 von Olivetti in Italien in Massenproduktion hergestellt. Der Grund für die Wahl dieses Modells liegt darin, dass dieser mechanische Rechner in den 1970er Jahren recht erfolgreich auf dem Markt war – insgesamt wurden etwa 6 Millionen Exemplare produziert – und es war zudem das weltweit meistverkaufte mechanische Rechnermodell des Unternehmens.

Da es sich bei diesem mechanischen Rechner um ein relativ spätes Produkt aus der Ära der mechanischen Rechner handelt, handelt es sich nicht um eine rein mechanische Konstruktion, sondern er benötigt für seinen Antrieb einen externen 70-Watt-Schneckengetriebemotor als Stromquelle. Im Inneren der Maschine befinden sich weder Platinen noch Sensoren und auch keine modernen, hochtechnologischen Komponenten, die unverständlich sind. Es gibt nur etwa 3.800 mechanische Teile wie Zahnräder, Federn und Pleuelstangen, die zusammenarbeiten, um die Arbeit zu erledigen. Dies zeigt auch, dass zum Zeitpunkt seines Debüts das Niveau dieser mechanischen Technologie bereits seinen Höhepunkt erreicht hatte.

Bild von Multyplus1

Bei der Bedienung müssen wir nur die zu berechnenden Zahlen eingeben, dann werden die verschiedenen Berechnungsschritte und die Ausgabeergebnisse in zwei verschiedene Tintenfarben aufgeteilt und auf eine Papierbandrolle über der Maschine gedruckt. Im Bild unten können wir die Rechengeschwindigkeit dieses mechanischen Rechners unter verschiedenen Betriebsregeln erkennen, indem wir die Rechenzeit der Maschine beobachten. Beispielsweise wurde bei 12 plus 45 das Rechenergebnis 57 fast sofort auf das Lochstreifen ausgegeben. Das Rechenergebnis 45 mal 78, 3510, erfordert allerdings eine Pause.

Bild von Angelo

Das folgende Video ist das Montagevideo von Divisumma 24 aus dem Jahr 1962, das aufgezeichnet und zur Schulung des Montagepersonals im Werk verwendet wurde. Die Zusammensetzung von 3.800 Teilen ist etwas, das selbst Menschen im 21. Jahrhundert nicht ohne Schmerzen verstehen können ... Ich kann ein Seufzen nicht unterdrücken: „Was für ein Verstand kann so etwas entwerfen?“

Videoquelle: Archivio Nazionale Cinema Impresa

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Ähnliche Schreibmaschinen

Ist Ihnen bei genauerem Hinsehen aufgefallen, dass dieser mechanische Rechner einer Schreibmaschine ähnelt? Dieselben Tastendrücke dienen als Eingabe und dieselbe Lochstreifeneingabe sorgt für die Ausgabe. Sagen Sie uns Ihre kühne Vermutung? Ja, sie sind tatsächlich im Design ähnlich! Als der Ingenieur Camillo Olivetti 1908 sein gleichnamiges Unternehmen gründete, produzierte er zunächst Schreibmaschinen.

Werfen wir einen Blick auf die Schreibmaschine Olivetti Lettera 22, die in den 1950er Jahren von derselben Firma hergestellt wurde. Als eine der kultigsten Schreibmaschinen dieser Ära wurde sie 1959 vom Illinois Institute of Technology zum Produkt mit dem besten Design der letzten 100 Jahre gewählt. Diese Schreibmaschine wurde auch von Marcello Nizzoli entworfen, dem Designer des mechanischen Taschenrechners Divisumma 24. Wenn Sie die Möglichkeit haben, das MoMA (Museum of Modern Art) in New York zu besuchen, können Sie auch diese Dauerausstellung besichtigen.

Bild über YEGTypewriters

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Designkonvergenz

Solche ähnlichen Designs führen zu einem Phänomen in den Designmethoden – der Designkonvergenz. Um die kognitiven Kosten der Benutzer zu senken und ihnen eine schnelle Anpassung an ein neues Produkt zu ermöglichen, werden manchmal einige Funktionen und Layouts kommerzieller Designs ähnlicher. Darüber hinaus verringert sich dadurch auch der Innovationsdruck auf die Designer und der Aufwand für das Öffnen von Formen und die Montage durch die Arbeiter für die Massenproduktion in Fabriken wird reduziert. Man kann sagen, dass in der Geschichte des Designs die Vorgänger Bäume pflanzen und die zukünftigen Generationen den Schatten genießen.

Gerade aufgrund der Konvergenz der Designs lässt sich zwar nicht mehr feststellen, wer wen nachgeahmt hat, auch wenn die fantastischen Ideen durch die rasante Entwicklung von Wissenschaft und Technologie nach und nach verschwinden, aber wir können immer noch Überreste der Technologie der Vergangenheit entdecken. Heutzutage verwenden nur noch wenige Menschen mechanische Schreibmaschinen wie die auf dem Bild oben. Aber setzen die Tastatur, auf der ich tippe, und der auf dem Monitor angezeigte Text nicht die Spuren ihrer früheren Existenz in der Welt in einer anderen Form elektronischer Computer fort?

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Frühe mechanische Rechenmaschinen

Wir haben einen späteren mechanischen Rechner gesehen und waren von seiner exquisiten Konstruktion schockiert. Werfen wir zur Beruhigung einen Blick auf einen frühen mechanischen Rechner. Vor mehr als 300 Jahren erfand Blaise Pascal im Jahr 1642 eine Rollenaddiermaschine, auch bekannt als Pascal-Rechner. Dieser mechanische Rechner kann Additions- und Subtraktionsoperationen an zwei Zahlen direkt durchführen.

Der Erfinder war in diesem Jahr erst 19 Jahre alt und seine ursprüngliche Absicht bestand lediglich darin, die Arbeitsbelastung seines Vaters, der Steuerbeamter war, zu verringern. Kommt Ihnen der Name Pascal bekannt vor? Aufgrund seiner herausragenden Beiträge wurde die Druckeinheit Pascal (Pa), die wir im naturwissenschaftlichen Unterricht der Mittelstufe lernten, nach ihm benannt. Dies ist ein herausragender Mathematiker, Physiker, Chemiker und Meteorologe in der Geschichte der Wissenschaft ...

Schauen wir uns den eigentlichen Vorgang im Bild unten an. Das Rad darunter wird gedreht, um zwei Zahlen nacheinander einzugeben und so Additions- oder Subtraktionsoperationen durchzuführen.

Bild von Yves Serra

Werfen wir einen kurzen Blick auf die Funktionsweise des internen Verbindungsmechanismus eines einzelnen Plattenspielers.

Bild von Colegiul Economic Ion Ghica

Die Verknüpfung zwischen verschiedenen Drehtellern besteht darin, dass, wenn der Wert eines Drehtellers 10 erreicht, also nach einer Umdrehung, dieser Zahn das zweite Zahnrad antreibt, um den Schaltvorgang abzuschließen.

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Wasserzähler für Nachspeisung

Mit dieser kleinen mechanischen Struktur der Hebevorrichtung sollten Sie bestens vertraut sein. Ein Wasserzähler ist eigentlich ein mechanischer Additionsrechner, der auch im 21. Jahrhundert noch im Einsatz ist, heute aber automatisch den Wasserverbrauch Ihres Hauses berechnet.

Schauen wir uns die untere Schicht eines Geschwindigkeitswasserzählers nach der Demontage an. Das Bild stammt aus Simulationsdaten der Strömungsmechanik. Der sogenannte Geschwindigkeitswasserzähler ist eine mechanische Konstruktion, die Ihren Wasserverbrauch anhand der Fließgeschwindigkeit des Wassers berechnet. Sie können sehen, dass die kleinen Kugeln, die den Wasserfluss simulieren, zuerst durch den Filter laufen und dann das Laufrad im Hohlraum zum Rotieren antreiben.

Bild von Tintschl BESt AG (englisch)

Das mit dem Flügelrad koaxial verbundene Zahnrad ragt bis in die obere Schicht des Wasserzählers. Hier ist ein kompletter Satz Untersetzungsgetriebe. Sie bewegen dann die Lesescheibe, die nach vorne läuft und die Addition anzeigt. In ähnlicher Weise dreht sich der hintere Drehteller einen Kreis, um einen Transport abzuschließen. Man kann sagen, dass Zahnräder zum Herzstück dieser Art mechanischer Geräte geworden sind.

Bild von Tech & Lifestyle

Eine kurze Einführung in die ersten und letzten Maschinen im Stadium des mechanischen Rechenwerks. Wir werden feststellen, dass die größte Einschränkung bei der Entwicklung dieser Art von Maschinen das Material selbst ist. Die Qualität der mechanischen Teile selbst macht die Montage und Konstruktion äußerst kompliziert. Doch gerade aufgrund der Komplexität des mechanischen Aufbaus besitzt der mechanische Rechner einen sehr hohen Wertschätzungswert, was auch der Grund für die Faszination des Science-Fiction-Themas „Steampunk“ sein dürfte. Glücklicherweise wird unser Leben immer auf der Weisheit der Vergangenheit aufbauen, nur in einer anderen Ausdrucksform.

Quellen:

[1]http://www.marcello-nizzoli.com/

[2]https://americanhistory.si.edu/collections/search/object/nmah_690100

[3] Bücher: 01 Changes the World und Operations Research and Ingenuity: Eine Geschichte der Erfindung des mechanischen Computers

Autor: Zhang Jinmiao, Master of Design Practice, Goldsmiths, University of London

Rezension | Wang Yangzong, Professor der Fakultät für Geisteswissenschaften, Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften

Dieser Artikel wird von „Science Popularization China“ erstellt. Bei Nachdruck bitten wir um Quellenangabe.