ARPA

1. Inhalt 2. Whirlwind SAGE 3. ARPA 4. Topologie 5. Switching

Im Jahre 1957 fand auch in der UDSSR ein Ereignis statt, das einen erheblichen Einfluss auf neue technologische Entwicklungen in den USA hatte:

  • der Start des ersten russischen geostationären Satelliten Sputnik-1.

Dieses Ereignis empfanden viele Menschen in den USA in zweierlei Hinsicht als eine Bedrohung:

  • Zum einen sah man den technologischen Vorsprung gefährdet, was eine Art Prestigeverlust bedeutete.
  • Zum anderen befürchtete man, dass eine Rakete, die einen Satelliten ins All befördern konnte, auch dazu in der Lage wäre, mit Atomsprengköpfen ausgestattet das Gebiet der USA zu erreichen.

Als Reaktion darauf wurde 1958 vom US-Verteidigungsministerium die "Advanced Research Projects Agency" (ARPA) gegründet, eine Organisation, die sich mit der Entwicklung neuer Militärtechnologien beschäftigte.

Die ARPA besaß keine eigenen Forschungseinrichtungen und beauftragte Universitäten oder Forschungseinrichtungen der Industrie mit der Durchführung ihrer Projekte.

1961 startete ein von der ARPA initiiertes Projekt, das "Command and Control Project", das sich mit der Sammlung, Auswertung und Beurteilung von strategischen Daten mit Hilfe des Computers beschäftigte.

Für dieses Projekt wurde das "Command and Control Research Office" gegründet, zu dessen Direktor 1962 der Computerwissenschaftler Joseph C. R. Licklider ernannt wurde.

Licklider war ein Visionär und hatte schon vor seiner Zeit bei der ARPA die Idee, dass Computer für wissenschaftliches Arbeiten viel erfolgreicher eingesetzt werden können, wenn sie nicht nur als Rechenmaschinen, sondern auch verstärkt als Kommunikationswerkzeuge verwendet werden.

Die Nutzer sollten mit dem Computer anwenderfreundlicher, d.h. weniger wie mit einer Maschine, sondern mehr wie mit einem Arbeitskollegen kommunizieren.

Deshalb sollte Time-Sharing stärker zur Anwendung kommen und die Kommunikation zwischen dem Nutzer und dem Computer, durch interaktive Bedienbarkeit verbessert werden (interactive computing).

  • Interaktiv bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Nutzer, noch während der Computer die Berechnungen durchführt, Eingriffs- und Steuerungsmöglichkeiten hat, indem er z.B. Zwischenergebnisse abfragen und neue Daten eingeben kann.
  • Time-Sharing war ein Verfahren, bei dem mehrere Nutzer über Terminals gleichzeitig auf einen Rechner zugreifen konnten. Dazu wurde die Rechenzeit des einzigen im Rechner vorhandenen Prozessors in kleine Bereiche, so genannte Zeitscheiben zerlegt, die den Nutzern zugeteilt wurden. Ein Terminal sollte auch dann nicht blockiert sein, wenn bereits über ein anderes Terminal auf den Rechner zugegriffen wurde.

Ein Terminal war in der Anfangszeit noch kein Arbeitsplatz mit Tastatur, Maus und Bildschirm, sondern eher eine Art elektrischer Schreibmaschine oder Fernschreiber ohne Bildschirm.

Die vom Nutzer am Terminal eingegebenen Zahlen und Buchstaben wurden wie bei einer Schreibmaschine auf Papier gedruckt und zugleich als Daten über eine Leitungsverbindung zum Rechner geschickt. Der Rechner verarbeitete die Daten und sendete die Ergebnisse auf dem gleichen Weg zum Terminal zurück, wo sie automatisch wieder auf Papier gedruckt und vom Nutzer gelesen werden konnten.

Für eine bessere Interaktivität sollte daher auch der Bildschirm, anstelle des Papierausdrucks am Terminal, als Anzeigegerät verwendet werden.

Dazu engagierte Licklider den jungen MIT-Absolventen Ivan Sutherland, einen Pionier der Computergraphik. In seiner Doktorarbeit "Sketchpad – A Man-Machine Graphical Communication System" entwarf Sutherland ein Programm, das es ihm ermöglichte, mit Hilfe eines Lichtgriffels ("Lightpen") auf einem Bildschirm Zeichnungen zu erzeugen, die kopiert, verschoben, skaliert und gespeichert werden konnten.

Dieses Programm schrieb Sutherland für den von Wesley (Wes) Clark am Lincoln Lab des MIT entwickelten TX-2-Computer, dem Nachfolgemodell des TX-0 (Transistorized Experimental Computer Null), der im Wesentlichen die transistorbasierte Version des Computers "Whirlwind" war.

Um stärker zu betonen, dass Time-Sharing und "interactive computing" für Licklider ein vorrangiges Ziel waren, nannte er das "Command and Control Research Office" in "Information Processing Techniques Office" (IPTO) um.

Zu Lickliders Vision gehörte aber nicht nur, die Kommunikation zwischen dem Nutzer und dem Computer durch interaktive Bedienbarkeit zu verbessern. Die Computer sollten durch Vernetzung auch die Kommunikation der Nutzer untereinander fördern.

Die von der ARPA und IPTO geförderten Wissenschaftler, die sich an verschiedenen Universitäten mit unterschiedlichen Forschungsprogrammen befassten, sollten durch Vernetzung gemeinsam an Problemfeldern arbeiten können und eine Gruppe bilden, eine so genannte "Forschungscommunity".

So untersuchte man z.B. im Forschungsbereich der Künstlichen Intelligenz die Beziehung zwischen Mensch und Computer sowie ihrer Interaktion, da man davon ausging, dass es gemeinsame Regeln bei der Signalverarbeitung des menschlichen Gehirns und von Computern gab, was wiederum interessant für die Entwicklung von interaktiven Computern war.

Der große Vorteil einer Vernetzung bestand darin, dass ein Rechenzentrum bei Bedarf die Rechenleistung des Mainframes des anderen Rechenzentrums mitbenutzen konnte (Resource-Sharing).

Auch hier sollten die Nutzer durch Time-Sharing an den miteinander vernetzten Rechnern gleichzeitig arbeiten können.

  • Zum einen sollte Resource-Sharing, also das Teilen wertvoller Hard- und Software-Ressourcen, mit Hilfe von Time-Sharing ermöglicht werden, indem sich mehrere Nutzer über Terminals die Ressourcen eines Rechners teilen konnten.
  • Zum anderen sollte Resource-Sharing durch Vernetzung der einzelnen Time-Sharing-Systeme erfolgen.

Licklider beschrieb seine Ideen von einem Computernetzwerk, das er als "Intergalaktisches Netzwerk" bezeichnete, in einem Memorandum, das er den Vertragspartnern der ARPA vorlegte ("Memorandum to Members and Affiliates of the Intergalactic Network").

1964 wurde Ivan Sutherland auf Wunsch Lickliders der neue Direktor des IPTO.

Sutherland stellte ein Jahr später Robert Taylor ein, der wiederum 1966 neuer Direktor des IPTO wurde.

Während es Licklider in erster Linie darum ging, das geistige Potential der Forschungscomunity mit Hilfe von Resource-Sharing zu erhöhen, um die wissenschaftliche Forschung voranzutreiben, hatte Robert Taylor, als neuer Direktor des IPTO, auch ein starkes finanzielles Interesse am Resource-Sharing.

Immer mehr Forschungseinrichtungen, die bisher nur über ein Terminal verfügten, das mit einem Netzwerk, welches nur aus einem einzelnen Time-Sharing-System bestand, verbunden waren, beantragten die Finanzierung eines eigenen, teuren Großrechners.

Deshalb sollte der Plan Lickliders, alle Time-Sharing-Systeme der von der ARPA finanzierten Forschungseinrichtungen miteinander zu vernetzen, der zunächst nur als Theorie vorlag, nun in die Praxis umgesetzt werden.

Dazu stellte Robert Taylor den am Lincoln Lab beschäftigten Computerwissenschaftler Lawrence G. Roberts als Projektleiter für ein experimentelles Computernetz ein.

Roberts hatte bereits durch die Teilnahme an einer Studie, die unter der Bezeichnung "Cooperative Network of Time-Sharing Computers" ebenfalls im Jahre 1966 von der ARPA finanziert wurde, Erfahrungen mit Computernetzwerken.

Im Rahmen diese Studie wurden versuchsweise die beiden Großrechner TX-2 vom Lincoln Lab des MIT und der Q32 der von RAND abgespaltenen System Development Corporation (SDC) in Santa Monica über eine Wählleitung miteinander verbunden.

Der AN/FSQ-32 (kurz Q32) war ein von IBM gebauter und bei der SDC installierter Computer zur Entwicklung von Software für den Q31, einem Computer, der von der US Air Force für militärische Zwecke verwendet wurde, jedoch nicht für das Luftverteidigungssystem SAGE, sondern für Steuerungsaufgaben beim Strategic Air Command (SAC).

Obwohl die Ergebnisse in Bezug auf Zuverlässigkeit und Antwortzeit eher wenig erfolgreich waren, so bestätigte das Experiment doch Lickliders Idee, dass sowohl Time-Sharing, als auch Resource-Sharing zwischen den Computern möglich war.

Lawrence G. Roberts erhielt dann von Robert Taylor den Auftrag, einen ersten Netzwerkplan zu entwerfen, um ein "Netz der Netze" zu entwickeln. Die "kleinen" Netze (Time-Sharing-Systeme) sollten alle in einem "großen" Netz miteinander verbunden sein.

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