37° 24′ 51.74″ N, 122° 4′ 36.54″ W
Nahezu alle großen Wissenschaftsmuseen dieser Welt widmen sich partiell auch der Geschichte der Computertechnik, doch alle verblassen im Vergleich mit dem Computer History Museum in Mountain View in Kalifornien. Das Museum ist im alten Silicon Graphics–Hauptquartier, ebenfalls ein Silicon Valley-Kultobjekt, untergebracht, das im Jahr 2002 vom Museum gekauft wurde. Silicon Graphics war früher ein Hersteller von Hochleistungs-Grafikcomputern, die in den 1990ern Filme wie Jurassic Park erst möglich machten. Das frühere Hauptquartier des Unternehmens befindet sich am North Shoreline Boulevard neben dem Charleston Park. Design und die Architektur des Gebäudes zeugen von dem extremen Wohlstand des Silicon Valley vor dem Ende des Internet-Booms.
Das Museum entwickelt sich ständig weiter und stellt so viele Informationen wie möglich online auf einer ausgezeichneten Website (http://computerhistory.org/), aber auch im Gebäude selbst zur Verfügung. Doch im Gegensatz zu anderen Computer-Museen (einschließlich des verzichtbaren Tech Museum of Innovation in San Jose) wird im Computer History Museum die Geschichte des Computers über die vielen Ausstellungen wirklich lebendig. Den Durchschnittsbesucher werden die sehr verständlich formulierten Informationen erfreuen, während sich die wahren Freaks mit allen nur erdenklichen Details füttern lassen können. Ein Besuch bringt Ihnen am meisten, wenn Sie an einem der von Dozenten geführten Rundgänge teilnehmen. Diese Rundgänge bestehen nicht aus abgedroschenen Vorträgen: Die Maschinen der Sammlung werden wirklich zum Leben erweckt. Darüber hinaus ist der Eintritt frei. Allerdings wird das Museum durch Geld- und Sachspenden, beispielsweise von Geräten oder Software, unterstützt. Spenden von Besuchern sind daher gerne gesehen.
Ein Rundgang, der alle 500 ausgestellten Stücke der Sammlung umfasst, bietet eine gute Orientierung. Die Sammlung enthält Teile des SAGE (Semi-Automatic Ground Environment; siehe Abbildung 86.1) aus dem Jahre 1954, der während des Kalten Krieges Teil der amerikanischen Luftverteidigung war. SAGE wog 300 Tonnen und bot dem betreffenden Bedienpersonal (das nach sowjetischen Bombern Ausschau hielt) nur einen Komfort: einen Zigarettenanzünder. Einige Teile des SAGE-Systems waren 1983 immer noch in Betrieb, wobei die Ersatzteile dann in Ostblockländern gekauft werden mussten, weil sie in den USA nicht mehr vertrieben wurden.
Die 1960er-Jahre-Ausstellung beinhaltet den damals marktführenden IBM 360- Mainframe mit seinen rotierenden Bandlaufwerken. Am Honeywell Kitchen Computer, der 1969 von der Warenhauskette Neiman Marcus verkauft wurde, zeigen sich die Attitüden der 1960er. Der Werbeslogan lautet frei übersetzt: »Wenn sie doch nur so gut kochen würde, wie der Honeywell rechnet«. Der Computer besaß ein Küchenbrett und enthielt eine einprogrammierte Rezeptsammlung. Es ist nicht bekannt, ob auch tatsächlich Exemplare verkauft wurden.
Das Museum besitzt auch eine hervorragende Sammlung von Supercomputern, einschließlich einer CRAY-1, einer CRAY-2 und einer CRAY Y-MP, sowie eine Connection Machine CM-1. Die jüngere Computergeschichte umfasst die PC-Revolution, einschließlich des Altair 8800 (der Bill Gates dazu veranlasste, Harvard zu verlassen und »Micro-Soft« zu gründen), einen Apple I, den original IBM PC, den fast schon portablen Osborne 1 Portable Computer (der nur etwa 12 Kilogramm wog!), den Commodore 64, die Apple-Computer Lisa und Macintosh sowie einen französischen Minitel. Neben den Geräten verwahrt das Museum auch Software wie Microsoft Windows 1.0 sowie Peripheriegeräte wie den Dover-Laserdrucker aus dem Jahr 1978.
Die Vor-Computer-Zeit ist mit einer Sammlung mechanischer Geräte wie Rechenschiebern, einer mit Lochkarten arbeitenden Hollerith Census Machine aus dem Jahr 1889 und einem Jacquard-Webstuhl, bei dem für das Weben ebenfalls Lochkarten eingesetzt wurden, vertreten.
Absolut sehenswert ist eine Demonstration der Funktionsweise der weltweit einzigen funktionierenden DEC PDP-1. Diese wird zweimal im Monat an einem Samstagabend zu Vorführzwecken in Betrieb genommen. Die PDP-1 wurde erstmals 1959 gebaut (das ausgestellte Exemplar stammt aus dem Jahr 1963 und wurde 2004 wieder in einen betriebsfähigen Zustand versetzt) und war der erste kommerzielle interaktive Minicomputer. Daten wurden über Lochkarten oder Magnetbänder eingegeben. Die Interaktion des Benutzers mit der Maschine erfolgte mittels einer Kombination aus Schreibmaschine und Drucker oder eines Bildschirms und eines Lichtgriffels. Die PDP-1 verfügte über einen Speicher von etwa 9 Kilobit. Dies war jedoch ausreichend für ernsthafte wissenschaftliche Anwendungen, für Musik und sogar für ein Spiel: Spacewar!.
Spacewar! wird auf der PDP-1 vorgeführt: Zwei Spieler umkreisen mit ihren Raumschiffen einen Stern und versuchen, sich dabei gegenseitig zu zerstören, ohne in das Anziehungsfeld des Sterns zu geraten.
Das Computer History Museum befindet sich am North Shoreline Boulevard in Mountain View und ist direkt über die Bundesstraße 101 zu erreichen (Ausfahrt Shoreline Boulevard). Sie können auch den Caltrain Shoreline Shuttle bis zur Mountain View Caltrain Station nehmen. Alle Details finden Sie auf der Museums-Website unter http://computerhistory.org/.
Der Transistor und die NAND-Logik
Grundlage der Computer-Revolution ist der Transistor. Transistoren sind kleine elektronische Bauelemente. Sie können als Verstärker verwendet werden (in den 1950ern und 1960ern wurden sie in »Transistor-Radios«, den ersten wirklich tragbaren Musik-Playern, eingesetzt) und kommen außerdem als Schalter zur Steuerung des Elektrizitätsflusses zum Einsatz.
Ein Halbleiter besteht aus Material (üblicherweise eine Kombination mehrerer Materialien), das Elektrizität weder richtig leitet noch vollständig isoliert. Das erste halbleitende Material (Silbersulfid) wurde 1833 von dem berühmten britischen Wissenschaftler Michael Faraday (siehe Kapitel 75) entdeckt. Faraday erkannte, dass der Widerstand von Silbersulfid sank, wenn man es erhitzte. Dadurch leitete das Material besser. Der Effekt wurde umgekehrt, wenn man es kühlte.
Bei einem Transistor wird die Elektrizität, die durch den Halbleiter fließt, elektrisch gesteuert. Dies bedeutet, dass der Transistor entweder als Schalter (der Fluss wird ein- oder ausgeschaltet) oder aber als Verstärker (da die Flussmenge sich proportional zur angelegten Spannung verhält) fungieren kann.
Ein einfacher Silizium-Transistor oder NPN-Transistor wird zum Aufbau elektronischer Schalter genutzt, bei denen es sich wiederum um die Grundbausteine von Computern handelt. Der NPN-Transistor besteht aus drei Teilen, der Basis (meistens als B bezeichnet), dem Collector (C) und dem Emitter (E) (siehe Abbildung 86.2).
Die Basis des Transistors ist mit P verbunden. Dieser Bereich wurde durch die sogenannte Dotierung verändert, d.h. das Silizium wurde einer Chemikalie wie Bor ausgesetzt, um freie Elektronen zu entfernen. P steht für »positiv« und beschreibt den Mangel an Elektronen. Es ist die Basis B, über die gesteuert wird, ob ein Transistor-Schalter an oder aus ist.
Der Collector und der Emitter bestehen aus N-dotiertem Silizium, d.h. das Silizium wurde einer Chemikalie wie Arsen ausgesetzt, um die Zahl der beweglichen Elektronen, die zur Leitung eines Stroms vorhanden sind, zu erhöhen. Das N zeigt an, dass dieser Bereich mit negativ geladenen Teilchen angereichert ist: Elektronen. Liegt keine Spannung zwischen Basis und Emitter an, fungiert das Basismaterial als Isolator und der Transistor-Schalter ist aus. Sobald eine ausreichend hohe Spannung zwischen B und E anliegt, können sich die Elektronen zwischen dem Collector und dem Emitter bewegen und der Schalter ist an.
NPN-Transistoren werden üblicherweise mit dem Symbol in Abbildung 86.3 dargestellt, das den Emitter, die Basis und den Collector zeigt. Die Basis auf der linken Seite steuert den Elektrizitätsfluss zwischen dem Collector und dem Emitter.
Computer nutzen für Berechnungen die binäre Logik, die nur mit Nullen und Einsen arbeitet (siehe den Abschnitt zum Binärsystem in Das Binärsystem). Dies liegt zum Teil daran, dass man elektrisch sehr einfach binär arbeiten kann: kein Strom steht für 0, Strom für 1. Bei einem Transistor handelt es sich einfach um einen Schalter, der eingeschaltet ist, wenn Strom durch die Basis fließt (dann wird eine binäre 1 verarbeitet) bzw. ausgeschaltet, wenn kein Strom fließt (in diesem Fall liegt eine binäre 0 vor).
Mit Transistoren kann man die für einen Computer erforderlichen grundlegenden logischen Funktionen aufbauen. Computer treffen Entscheidungen, indem sie zwei oder mehr Binärzahlen über sogenannte Logik-Gatter kombinieren. Ein UND-Gatter (AND) beispielsweise beinhaltet folgende Logik: »Wenn die Eingänge A und B beide 1 sind, dann ist der Ausgang 1, anderenfalls 0«. Bei einem ODER-Gatter (OR) gilt diese Definition: »Wenn die Eingänge A, B oder beide 1 sind, dann ist der Ausgang 1, anderenfalls 0«. Die Logik eines NICHT-Gatter (NOT) wiederum lautet folgendermaßen: »Ist der Eingang A 0, dann ist der Ausgang 1 und umgekehrt«. Auf Grundlage dieser einfachen logischen Entscheidungen lassen sich ganze Chips herstellen.
Doch ein Logik-Gatter, das NAND, übertrifft alle anderen. Wird dieses eingesetzt, dann werden alle anderen Gatter überflüssig. NAND steht für NOT AND (NICHT UND). Die zugrunde liegende Logik ist folgende: »Ist einer der Eingänge X oder Y 0, dann ist der Ausgang 1, anderenfalls 0«. Es ist das Gegenstück zum UND: wo das UND 1 zurückgibt, liefert das NAND 0. Es hat sich gezeigt, dass alle anderen Logik-Gatter (UND, ODER, NICHT und auch die etwas exotischeren) einfach aus NANDs aufgebaut werden können. Außerdem sind für ein NAND-Gatter nur zwei Transistoren erforderlich (Abbildung 86.4).
Sind die beiden Eingänge A und B eingeschaltet (eine binäre 1), dann schalten sich beide Transistoren ein und es fließt kein Strom am Ausgang, da er durch die beiden Transistoren läuft. Der Ausgang gibt also 0 zurück. Ist einer der Eingänge ausgeschaltet (binär 0), dann ist einer der Transistoren ausgeschaltet und der Strom fließt durch den Ausgang, der eine binäre 1 liefert.
NAND-Gatter werden üblicherweise mit dem Symbol in Abbildung 86.5 gekennzeichnet.
Mit NAND-Gattern können Sie auch recht einfach andere Logik-Gatter aufbauen. Für ein NICHT-Gatter (das 1 liefert, wenn der Eingang 0 ausgibt und umgekehrt) beispielsweise schalten Sie einfach die Eingänge A und B zusammen (Abbildung 86.6).
Ein UND-Gatter erhalten Sie, indem Sie den Ausgang eines NAND-Gatter mit einem NICHT-Gatter verschalten (NAND ist ein NICHT UND, und ein NICHT NICHT UND ergibt einfach ein UND). Schauen Sie sich dazu Abbildung 86.7 an.
Das ODER-Gatter ist am aufwändigsten, weil hierzu drei NAND-Gatter benötigt werden (die ersten beiden fungieren als NICHT-Gatter, die die Eingänge A und B umkehren). Dies wird in Abbildung 86.8 veranschaulicht.
