Whirlwind I und Director Director: Das Betriebssystem, das Geschichte schrieb

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Als eines der ersten Multiprogramming-Betriebssysteme legte Director den Grundstein für moderne Echtzeit-Computing-Technologien. Entwickelt für den Whirlwind-Computer, revolutionierte es die Art, wie Systeme Prozesse verwalten. Wie hat Director unsere Welt geprägt? Ein Überblick.

Ein Direktor wurde am 8. März 2025 70 Jahre alt, herzlichen Glückwunsch! Dabei geht es aber nicht um den 70. Geburtstag einer leitenden Person, sondern das 70-Jahre-Jubiläum von Director. Es handelt sich dabei um ein Programmiersystem, das man inzwischen als erstes Betriebssystem der Welt bezeichnet.

Bis zum Start von Director im März 1955 gab es bei Computern nur die Möglichkeit, einzelne Befehlsfolgen nacheinander manuell einzugeben, in aller Regel mit Lochkarten oder durch das Umlegen von Schaltern nach bestimmten Vorgaben. Ebenso gab es das Konzept, statt Schaltern Kabel zu verwenden, um einzelne Bestandteile des Computers so zu verbinden, dass daraus ein Programm entstand. Diese Methode, mit Kabeln, die je nach gewolltem Programmablauf auf immer neue Arten gesteckt wurden, gab es beispielsweise bei dem legendären ENIAC-Computer. Diesen Computer und die sogenannten ENIAC-Frauen hatten wir bereits in einem Artikel thematisiert.

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Director hingegen basierte auf einem System mit Befehlen, die auf Magnetbändern gespeichert waren, wobei durch ein Vor- oder Zurückspulen auch das Kombinieren mehrerer Befehlsfolgen möglich war, ohne zwischendurch manuell einzugreifen. Es war das erste Mal in der Historie, dass von einem Computer mehrere separierte Befehle automatisiert in einer Abfolge bearbeitet werden konnten, um damit eine Gesamtaufgabe zu erfüllen. Deswegen stuft man Director mittlerweile als Betriebssystem ein und kann es als Vater aller modernen Betriebssysteme bezeichnen.

Whirlwind I – die Hardware zu Director

Der Computer, bei dem Director ab 1955 zum Einsatz kam, war der Whirlwind I, der für die damalige Zeit ein extrem moderner, weil bereits digitaler, Computer war. Wie damals für leistungsstarke Computer üblich, handelte sich um mehrere und untereinander verbundene Module in Schrankgröße sowie einen Arbeitsplatz mit Bedienfeld. Die Pläne zum Whirlwind entstanden während des Zweiten Weltkriegs, als das Militär einen Computer entwickeln ließ, der als Flugsimulator dienen sollte. Piloten sollten dabei mit schwierigen Aufgaben konfrontiert werden, die im Flugbetrieb vorkommen können, aber nicht beim Training mit echten Flugzeugen umsetzbar waren - zumindest nicht ohne große Gefahren für Leib, Leben und Material.

Für diesen spezifischen Zweck musste ein Computer Echtzeitberechnungen durchführen, was auf dem Niveau der dafür nötigen Rechenaufgaben zur damaligen Zeit eine große Herausforderung war. Den Auftrag zum Bau von Whirlwind vergab die US-Regierung noch während des Zweiten Weltkriegs, genauer gesagt im Jahr 1944 – wirklich zur Tat schritten die beiden hauptverantwortlichen Wissenschaftler Jay Forrester (Informatiker, 1918–2016) und Robert Everett (Elektro-Ingenieur, 1921–2018) aber erst im Jahr 1945, als der Zweite Weltkrieg bereits endete.

Den Whirlwind entwickelten sie zusammen mit einem großen Team am MIT in Boston. Zunächst setzen die beiden auf analoge Technik, schwenkten aber auf digitale Technik um, auch nachdem sie sich mit dem mächtigen ENIAC-Computer beschäftigt hatten. Die Entwicklung dauerte bis in die Jahre 1951 bis 1952 – den ersten offiziellen Einsatz hatte der Whirlwind am 20. April 1951; die Bedienung mit Director wurde dann 1955 erstmals genutzt.

Einsatz des Whirlwind für die Luftabwehr

Das komplette Projekt rund um die Entwicklung des Whirlwind war mit viel Aufwand und Kosten verbunden: Etwa 175 Menschen arbeiteten ab Ende der 1940er-Jahre an dem Computer, wobei das Budget bei etwa einer Million Dollar pro Jahr gelegen haben soll. Vom Jahr 1950 ausgehend sind dies inflationsbereinigt heute etwa 13 Millionen Dollar pro Jahr. Was der Whirlwind nach seiner Fertigstellung dem ENIAC technisch voraus hatte, war, dass er einen Kathodenstrahlen-Bildschirm bot, um die Ergebnisse zu präsentieren. Die Eingaben der Daten erfolgten wiederum mit einem Lichtgriffel über ebendiesen Bildschirm.

Für das Speichern von Daten mit wahlfreiem Datenzugriff verwendete man zuerst Kathodenstrahlröhren (Williamsröhren), später einen schnelleren Ferritkern-Speicher, ein Drahtgeflecht mit vielen kleinen magnetischen Kernen. Insgesamt steckten im Whirlwind unter anderem etwa 5.000 Röhren und 11.000 Halbleiterdioden, was auch die Größe des Computers verdeutlicht. Nachdem der Whirlwind 1951 erstmals in Betrieb genommen wurde, hatten sich aber offenbar die Wünsche des Militärs verändert. Denn es wollte den Computer nur für vergleichsweise banale, numerische Anwendungen einsetzen – das Entwicklerteam sorgte dafür, dass der Whirlwind aber zumindest für ballistische Berechnungen sowie Berechnungen von Flugbahnen verwendet wurde. Der Whirlwind wurde schließlich Teil des Luftverteidigungssystems SAGE, was für Semi-Automatic Ground Environment steht. SAGE war das erste computerbasierte Luftverteidigungssystem von NORAD, dem nordamerikanischen Luftabwehrkommando.

Nachdem sich die Beziehungen zwischen den USA und Russland in den 1950er-Jahren deutlich angespannt hatten, wurden die Gelder für SAGE und weitere Projekte zur Luftverteidigung erhöht – der Whirlwind diente dabei als wichtige technische Vorlage und Innovationsquelle für viele weitere Computer bis weit in die 1960er-Jahre hinein, obwohl er bereits im Mai 1959 abgeschaltet wurde. Die Wortlänge von 16 Bit, die der Whirlwind als erster Computer der Welt unterstützte, wurde von den ersten kleineren Computern in den 1960er-Jahren als Standard übernommen.

Director – die Macher und die Funktionsweise

An dieser Stelle kehren wir zurück zu Director, dem ab 1955 Quasi-Betriebssystem von Whirlwind. Director ermöglichte erstmals, mehrere Befehle in beliebiger Kette nacheinander ablaufen zu lassen, ohne zwischendurch manuell einzugreifen. Die beiden wichtigen Köpfe hinter Director waren John Frankovich und Frank Helwig. John Frankovich war ein Elektrotechnik-Ingenieur, der sich auf Computertechnik spezialisierte und auch im Gebiet des Doppler-Wetterradars ein führender Kopf war. Er wurde 1928 geboren und verstarb im Februar 2018. Zu Frank Helwig konnten wir leider keine verifizierbaren persönlichen Daten finden.

Die Grundidee bei Director war, dass die Befehle auf einem Magnetband gespeichert waren und dieses je nach Bedarf vor- oder zurückspulen konnte, um einen Befehl auszuführen. Ein simples Beispiel: Anstatt für die Anwendung einer bestimmten, immer wiederkehrenden Rechenoperation jedes Mal die passende Lochkarte einführen zu müssen oder eine sehr große Lochkarte zu nutzen, auf der mehrfach die identische Lochabfolge eingestanzt ist, spulte Director einfach das Band bis zu dem wiederkehrenden Befehl vor oder zurück. Diese Idee und die Erfahrungen mit Director waren die Grundlagen für alle modernen Betriebssysteme.

Technisch gesehen arbeitete Director so, dass man von dem Urvater des Batch-Processing sprechen kann. Batch-Processing wird bei Großrechnern oftmals verwendet und je nach Aufgabenbereich bei normalen PC-Betriebssystemen. Dabei werden Datengruppen oder Aufgaben gesammelt und gemeinsam verarbeitet, was effizienter sein kann als jede Datengruppe oder Aufgabe sofort in Echtzeit zu berechnen. Die genaue Funktionsweise Directors ist historisch gesehen weniger relevant. Entscheidend für die Bedeutung und Auswirkung von Director auf moderne Betriebssysteme war die Funktion, Befehlsfolgen automatisch ablaufen zu lassen.

Director ebnet den Weg für moderne Betriebssysteme

Es ist nun bereits gute 70 Jahre her, als mit Director das gewissermaßen erste Betriebssystem der Welt entstand. Was damals eine kleine Revolution war, ist heute Alltag. Erste weitverbreitete Betriebssysteme wie UNIX oder DOS oder auch das Standard-Betriebssystem des legendären C64 erforderten noch Texteingaben, um Befehle zu erteilen oder Programme zu laden. Erste grafische Benutzeroberflächen gab es in den 1970er-Jahren oder auch 1983 beim Apple Lisa, der aber noch kostspielig war. Bei Heimcomputern waren der Atari ST (1985) und Commodore Amiga (1986) die Pioniere, für MS-DOS-PCs kam 1985 zudem das erste Windows auf den Markt, für den Commodore C64 konnte man ab 1986 mit GEOS ein Betriebssystem mit grafischer Benutzeroberfläche nutzen.

Nur dank solcher Oberflächen wurde es auch für Laien möglich, einen Computer zu bedienen, ohne Kenntnisse über Befehle oder gar Programmiersprachen haben zu müssen. Mit den modernen Versionen von Windows, MacOS, Android und anderen Betriebssystemen sind grafische Benutzeroberflächen heute nicht mehr wegzudenken. Die Basis für all dies legte Director im Jahr 1955. (sb)

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