Hoofdindex » Pictures » Oorlogen » Electronica » Eerste computers
Tweede wereldoorlog
De eerste computers
 


Als je computeronderwijs gevolgd hebt, dan zat er vaak een stukje computergeschiedenis bij. Op school leerde je dan dat de eerste computer de ENIAC was, wat niet waar was. De ENIAC was wel één van de eerste computers, maar niet de eerste.

De oorlog betekende een enorme technologische rush vooruit: de radar, de radio-bakens, de straaljagers, de raketten, maar ook de ontwikkeling van de computer is in een stroomversnelling geraakt tijdens de tweede wereldoorlog. Maar de eerste computer had eigenlijk niet zoveel te maken met de oorlog: het was een burgerlijke ontwiukkeling die door het leger gebruikt werd.

Zuse Z3

De Zuse Z3 (1941) was de eerste echte computer: hij kon geprogrameerd worden om verschillende taken uit te voeren en werd vooral gebruikt om berekeningen te doen voor de luchtmacht. Het is dankzij het gebruik van deze computer dat de duitsers als eerste de straaljagers hebben ontworpen.

De Zuse Z3 bestond uit 1600 (afgedankte) telefoonrelais en had een klokfrekwentie van ongeveer 5 à 10Hz. De Z3 kon floating point berekeningen uitvoeren (vlottende komma), wat een noodzaak was voor dergelijke wetenschappelijke toepassingen. De Z3 was speciaal gemaakt voor complexe berekeningen.

Het verschil met een rekenmachine (die ook berekeningen kan doen) is dat een computer een programma afwerkt. Het programma bestaat uit berekeningen die herhaald kunnen worden met andere input-waarden. De berekeningen kunnen zeer complex zijn en uit herhalingen bestaan (bepaalde vergelijkingen kunnen enkel opgelost worden door opeenvolgende benaderingen).

De eerste computer van Conrad Zuse was eigenlijk de Z1, maar die was volledig mechanisch en was niet betrouwbaar genoeg. Een achteraf gebouwde replica bewees echter dat het ontwerp geen fouten bevatte. De Z2 was een proefproject dat naar de Z3 zou leiden.

Het is opmerkelijk dat Conrad Zuse die afgezonderd was van de ontwikkelingen in andere landen deze computers gebouwd heeft, waarbij hij letterlijk alles moest "uitvinden". Hij kreeg immers weinig steun van de militaire staff en hij had natuurlijk geen contact met de buitenwereld en andere mogelijke computerbouwers (dat waren immers allemaal vijandige landen). Een vraag om de trage relais te vervangen door snellere radiobuizen werd niet gehonoreerd: de weinige radiobuizen die beschikbaar waren moesten prioritair ingezet worden in vliegtuigen, radarapparatuur, enz.

De Z3 is Turing-complete, maar dit betekent enkel dat de computer aan bepaalde wiskundige eisen voldoet (in de praktijk van weinig betekenis).

Na de oorlog bouwde Zuse de Z4 die voor burgerlijke toepassingen gebruikt werd (wetenschappelijke berekeningen). Deze computer en de daaropvolgende Z5 gebruikten nog altijd relais, die betrouwbaarder waren dan de toen beschikbare buizen (zo'n computer had duizenden buizen nodig). Relais hadden meer contacten en konden verschillende funkties mechanisch implementeren (flip-flop, AND gate, OR gate, enz).

De Z11 was een computer voor algemeen gebruik en werd gevolgd door de Z22 (de eerste computer uitgerust met buizen). De Z22 kon geprogrameerd worden in ALGOL58, één van de eerste hogere programeertalen. De Z23 gebruikte transistoren in plaats van radiobuizen.

ALGOL was één van de eerste hogere programeertalen en lijkt heel veel op moderne talen zoals Pascal

Deze europese taal had een formele schoonheid die de daaropvolgende (amerikaanse) talen zoals fortran en basic missen, wat zal leiden tot zogenaamde "spaghetti-programmering".

Zuse is de eerste die een hogere programeertaal ontwikkeld heeft (Plankalkül), zodat een vraagstuk geformuleerd kon worden als een formule, en niet manueel geprogrameerd moest worden met kabeltjes en stekkertjes (en later in machinetaal). Deze taal werd niet gebruikt in de praktijk, maar Zuse zag wel als eerste het belang van een hogere programeertaal in, waarbij de gebruiker niet op de hoogte moest zijn van de elementen en de werking van de computer, maar zich bezig kon houden met het coderen van zijn vraagstuk. Zuse ligt aan de basis van de hele computerbranche maar geniet weinig bekendheid omdat hij bij Duitsland hoorde.

Atanasoff-Berry computer

Deze computer gebruikte relais voor het logisch gedeelte (werkfrekwentie: 1Hz) en buizen voor het snellere rekenkundig gedeelte (werkfrekwentie: 60Hz). Deze computer was niet programeerbaar en kon slechts één soort specifieke berekening doen (oplossen van vergelijkingen). De computer gebruikte een reeks condensatoren die op een ronddraaiende drum gemonteerd waren als werkgeheugen, een vroege voorloper van de magnetische drum.

Colossus

Ook de engelsen hadden een computersysteem tijdens de tweede wereldoorlog, maar het bestaan ervan werd slechts met mondjesmaat toegegeven eind jaren 70. De Naam “Bletchley Park” werd pas bekend in de jaren 1980. De reden is eenvoudig: de engelsen verkochten een aantal kodeermachines die gebaseerd waren op het duits systeem (dat geacht werd onkraakbaar te zijn). In feite was de kode voor gewone toepassingen voldoende, maar dit liet de engelsen toe de berichten die uitgewisseld werden te decoderen (vaak tussen verschillende ambassades van zogenaamde "geallieerde landen").

Veel technici die instonden voor het kraken van de duitse kode moesten dus zwijgen over wat ze gedaan hadden tijdens de tweede wereldoorlog. Een aantal van de meest vooraanstaande geleerden kregen posthuum een medaille voor hun geleverd werk. Dankzij het kraken van de duitse kodes waren de geallieerden altijd op de hoogte van wat de duitsers van plan waren. Zonder deze doorbraak had de oorlog waarschijnlijk een jaar langer geduurd.


Enigma machine in het museum Atlantikwal in Raverside

De Lorenz kodeermachine gebruikte 12 kodeerringen. De struktuur van de machine werd achterhaald zonder dat de Engelsen ooit een dergelijke machine gezien hadden.

De input en output bestaan uit de 5 bits van de Baudot code die bij telexverbindingen gebruikt werd.

De Enigma machine was een burgerlijke toepassing voor de tweede wereldoorlog die door het duitse leger gebruikt werd, met een aantal verbeteringen die het kraken van de kode moeilijker maakten. Een aantal landen gebruikten een dergelijk systeem, maar de Duitsers hadden verbeteringen aangebracht die het kraken moeilijker zou moeten maken. De Engelse wiskundigen hadden al snel door dat deze "verbeteringen" eigenlijk niets voorstelden en het decoderen in sommige gevallen zelfs vergemakkelijkte.

Bij het systeem werd er ieder dag een nieuwe start-instelling gebruikt voor alle berichten die die dag verstuurd werden (dit systeem van "dagkode" werd zowel op de Enigma als de Lorenz machine gebruikt). De bedoeling was dus de kode van de dag te kraken, waardoor alle berichten van de dag gelezen konden worden.

Het Enigma systeem had een paar kenmerken die het kraken minder moeilijk maakte: een letter kon nooit omgezet worden naar dezelfde letter. Dus als een mogelijke "sleutel" een output produceerde met één letter die niet gewijzigd werd, dan was de sleutel zeker niet juist. Een andere eigenschap is dat dezelfde machine gebruikt werd voor het koderen en decoderen (zelfde algoritme). Een gecodeerd bericht dat opnieuw door het toestel gestuurd werd leverde het origineel bericht, wat het ontwerp van een machine om de sleutel te achterhalen vergemakelijkte. Door het systeem te analyseren kon het aantal mogelijke sleutels beperkt worden tot ongeveer twee miljoen, wat het kraken mogelijk maakte met een "brute force" aanpak (waarbij alles mogelijke kodes uitgeprobeerd worden). Dankzij de aanwezigheid van bepaalde weerkerende elementen in de berichten kon de kode achterhaald worden zonder alle mogelijke combinaties te moeten uitproberen. De duitsers dachten dat hun kodeermachine miljarden en miljarden combinaties kon produceren.

De Enigma kode van de dag werd gebroken door een aantal "Bombes", een mechanisch systeem dat de werking van de Enigma machine nabootste en stopte bij het vinden van een mogelijke kode. De naam van het systeem komt van het tikkend geluid dat het geheel maakte. Het bestond uit relais en draaiende ringen die alle mogelijke kodes uitprobeerden.

De Lorenz machine werd gebruikt tussen de staffleden van het duitse leger en de informatie was dan ook veel belangrijker dan de informatie die uit de Enigma machine bekomen werd (de Enigma machine werd op een lager echelon gebruikt).

De Lorenz kodeermachine gebruikte de Vernam methode om de letters te koderen. Hier ook werd het werk van de analysten vergemakkelijkt door de luiheid van de soldaten die soms dezelfde stukken tekst of afkortingen gebruikten. Het vinden van een geschikte sleutel nam echter weken in beslag. Hier was een snellere computer nodig dan wat mogelijk was met relais en rotoren. Het is opmerkelijk dat de kode van het toestel gekaakt werd zonder dat de geallieerden ooit een Lorenz kodeermachine gezien hadden.

De Colossus (1943) was door de Engelsen ontwikkeld om heel specifiek de Lorenz code te breken. Er werd gebruik gemaakt van electronenbuizen. Het leessysteem kon 5000 tekens per seconde inlezen, maar die tekens konden simultaan door verschillende modules geänaliseerd worden, wat het toestel bijzonder snel maakte (parallele verwerking). Op het einde van de oorlog waren er 10 dergelijke computers in werking.

Om de slechte betrouwbaarheid van de buizen wat op te vangen werd de computer nooit uitgeschakeld: de meeste buizen gingen immers defekt bij het inschakelen.

Omdat deze computers jarenlang top secret bleef, dacht men lang dat de amerikaanse ENIAC (1946) de eerste electronische computer was.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's