Margaret Elaine Hamilton ( geb.  Heafield ; * 17. August 1936) ist eine US-amerikanische Informatikerin . Sie leitete die Abteilung für Softwareentwicklung am MIT Instrumentation Laboratory und war dort für die Entwicklung der Bordsoftware des Apollo-Bordcomputers der NASA im Rahmen des Apollo-Programms verantwortlich . Später gründete sie zwei Softwareunternehmen: Higher Order Software (1976) und Hamilton Technologies (1986), beide mit Sitz in Cambridge, Massachusetts .

Hamilton hat über 130 wissenschaftliche Artikel, Konferenzbeiträge und Berichte, rund sechzig Projekte und sechs größere Programme veröffentlicht. Sie prägte den Begriff „ Software-Engineering “ und erklärte: „Ich begann, den Begriff ‚Software-Engineering‘ zu verwenden, um es von Hardware-Engineering und anderen Ingenieurdisziplinen abzugrenzen, betrachte aber jede dieser Disziplinen als Teil des gesamten Systementwicklungsprozesses .“ [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

Am 22. November 2016 erhielt Hamilton von Präsident Barack Obama die Freiheitsmedaille des Präsidenten für ihre Arbeit, die zur Entwicklung der Bordsoftware für die Apollo-Mondmissionen der NASA führte. [ 4 ]

Frühes Leben und Bildung

Margaret Elaine Heafield wurde am 17. August 1936 in Paoli, Indiana , [ 5 ] als Tochter von Kenneth Heafield und Ruth Esther Heafield ( geb.  Partington ) geboren. [ 6 ] [ 7 ] Die Familie zog später nach Michigan , [ 8 ] wo Margaret 1954 ihren Schulabschluss an der Hancock High School machte. [ 6 ]

Sie studierte 1955 Mathematik an der University of Michigan , bevor sie ans Earlham College wechselte , wo bereits ihre Mutter studiert hatte. [ 9 ] [ 10 ] Dort erwarb sie 1958 einen Bachelor of Arts in Mathematik mit Nebenfach Philosophie. [ 9 ] [ 11 ] Sie nennt Florence Long, die Leiterin des Fachbereichs Mathematik am Earlham College, als eine wichtige Stütze für ihren Wunsch, sich der abstrakten Mathematik zu widmen und Mathematikprofessorin zu werden. [ 12 ]

Sie sagt, ihr Vater, ein Dichter, und ihr Großvater, ein Schulleiter, hätten sie dazu inspiriert, Philosophie als Nebenfach in ihr Studium aufzunehmen. [ 13 ]

Karriere

In Boston beabsichtigte Hamilton zunächst, ein Aufbaustudium in abstrakter Mathematik an der Brandeis University zu beginnen . [ 6 ] Mitte 1959 nahm sie jedoch eine Stelle bei Edward Norton Lorenz in der Meteorologieabteilung des Massachusetts Institute of Technology (MIT) an. [ 14 ] Dort entwickelte sie Software zur Wettervorhersage und programmierte auf den Computern LGP-30 und PDP-1 im Rahmen von Marvin Minskys Projekt MAC . [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] Ihre Arbeit trug zu Lorenz’ späteren Veröffentlichungen zur Chaostheorie bei , wie dieser selbst bestätigte. [ 14 ] Damals waren Informatik und Softwareentwicklung noch keine etablierten Disziplinen; Programmierer lernten ihr Wissen stattdessen durch praktische Erfahrung. [ 18 ] Im Sommer 1961 wechselte sie zu einem anderen Projekt und stellte Ellen Fetter als ihre Nachfolgerin ein und bildete sie aus. [ 14 ]

SAGE-Projekt

Von 1961 bis 1963 arbeitete Hamilton am Semi-Automatic Ground Environment (SAGE)-Projekt des MIT Lincoln Lab [ 16 ] , wo sie als eine der Programmiererinnen Software für den Prototyp des AN/FSQ-7-Computers (XD-1) entwickelte , der von der US Air Force zur Suche nach potenziell feindlichen Flugzeugen eingesetzt wurde. [ 5 ] Sie schrieb außerdem Software für ein Satellitenverfolgungsprojekt der Air Force Cambridge Research Laboratories . [ 16 ] Das SAGE-Projekt war eine Erweiterung des Projekts Whirlwind , das vom MIT initiiert worden war , um ein Computersystem zu entwickeln, das Wettersysteme vorhersagen und deren Bewegungen mithilfe von Simulatoren verfolgen konnte. SAGE wurde bald für den militärischen Einsatz in der Flugabwehr weiterentwickelt. Hamilton sagte:

Früher bekam man als Anfänger in dieser Organisation immer dieses Programm zugeteilt, das niemand je lösen oder zum Laufen bringen konnte. Auch ich bekam es als Anfänger. Es war ein ziemlich kniffliges Programm, und der Programmierer hatte sichtlich Freude daran, dass alle Kommentare auf Griechisch und Latein verfasst waren. Ich bekam also dieses Programm und schaffte es tatsächlich, es zum Laufen zu bringen. Es gab seine Antworten sogar auf Latein und Griechisch aus. Ich war der Erste, dem das gelang. [ 19 ]

Ihre Arbeit an diesem Projekt machte sie zu einer Kandidatin für die Position bei der NASA als leitende Entwicklerin der Apollo-Flugsoftware. [ 6 ]

MIT Instrumentenlabor und der Apollo-Führungscomputer

Hamilton im Jahr 1969, stehend neben Auflistungen der Apollo-Steuerungssoftware, die sie und ihr MIT-Team entwickelt haben [ 20 ] [ 21 ].
Hamilton während ihrer Zeit als leitende Softwareentwicklerin für das Apollo-Flugprogramm [ 22 ]

Hamilton erfuhr 1965 vom Apollo-Projekt und wollte sich daran beteiligen, da sie es als Mondprogramm „sehr spannend“ fand. [ 23 ] Sie trat dem MIT Instrumentation Laboratory bei , das den Apollo-Bordcomputer für das Apollo-Mondprogramm entwickelte . Hamilton war die erste Programmiererin, die am MIT für das Apollo-Projekt eingestellt wurde, und die erste Programmiererin in diesem Projekt. [ 23 ] [ 24 ] Später wurde sie Leiterin der Softwareentwicklungsabteilung. [ 25 ] Sie war verantwortlich für das Team, das die gesamte Bordsoftware für das Kommando- und Mondlandemodul der Apollo -Raumschiffe sowie für die nachfolgende Raumstation Skylab entwickelte und testete . [ 26 ] [ 27 ] [ 18 ] Ein weiterer Teil ihres Teams entwarf und entwickelte die Systemsoftware. [ 28 ] Dies umfasste Fehlererkennungs- und -behebungssoftware wie Neustarts und die Display Interface Routines (auch bekannt als Prioritätsanzeigen), die Hamilton entwarf und entwickelte. [ 29 ] Sie sammelte praktische Erfahrungen in einer Zeit, als Informatikkurse unüblich und Softwareentwicklungskurse noch nicht existierten. [ 18 ]

Zu Hamiltons Fachgebieten gehören Systemdesign und Softwareentwicklung , Unternehmens- und Prozessmodellierung , Entwicklungsparadigmen, formale Systemmodellierungssprachen , systemorientierte Objekte für die Systemmodellierung und -entwicklung, automatisierte Lebenszyklusumgebungen, Methoden zur Maximierung der Softwarezuverlässigkeit und -wiederverwendbarkeit , Domänenanalyse , Korrektheit durch integrierte Spracheigenschaften, Open-Architecture-Techniken für robuste Systeme, vollständige Lebenszyklusautomatisierung, Qualitätssicherung , nahtlose Integration, Fehlererkennungs- und -behebungstechniken , Mensch-Maschine- Schnittstellen, Betriebssysteme , End-to-End-Testverfahren und Lebenszyklusmanagement-Techniken. [ 18 ] [ 20 ] Diese Techniken sollen die Codezuverlässigkeit erhöhen, da sie Programmierern helfen, Fehler im Entwicklungsprozess frühzeitig zu erkennen und zu beheben.

Apollo-11-Landung

In einem der kritischsten Momente der Apollo-11- Mission verhinderte der Bordcomputer zusammen mit der Flugsoftware einen Abbruch der Mondlandung. Drei Minuten vor dem Aufsetzen der Mondlandefähre auf der Mondoberfläche wurden mehrere Computeralarme ausgelöst. Laut Softwareingenieur Robert Wills gab Buzz Aldrin die entsprechenden Codes ein, um die Anzeige von Höhe und anderen Daten auf dem Bildschirm anzufordern. Das System war für sieben gleichzeitig laufende Programme ausgelegt, Aldrins Anfrage war jedoch das achte. Diese Aktion hatte er bereits mehrfach während seiner Arbeit im Simulator angefordert. Die Folge waren unerwartete Fehlercodes während des Abstiegs. Die Flugsoftware erfasste diese Alarme und unterbrach die Astronauten mit dringenden Warnmeldungen. [ 30 ] Hamilton hatte sich Jahre zuvor genau auf diese Situation vorbereitet.

Es gab noch eine weitere Sicherheitsvorkehrung, an die sich Hamilton gern erinnert. Ihre Innovation der „Prioritätsanzeige“ hatte ein Folgerisiko geschaffen: Astronaut und Computer könnten genau dann aus dem Takt geraten, wenn es am wichtigsten war. Wenn die Alarme ertönten und die Prioritätsanzeigen die normalen ersetzten, erfolgte die eigentliche Umschaltung auf neue Programme hinter den Bildschirmen etwas langsamer als heute.

Hamilton hatte lange und gründlich darüber nachgedacht. Das bedeutete, dass Aldrin, wenn er beispielsweise einen Knopf auf dem Prioritätsdisplay zu schnell drückte, möglicherweise trotzdem eine „normale“ Reaktion erhielt. Ihre Lösung: Wenn ein Prioritätsdisplay erscheint, sollte man zuerst bis fünf zählen. [ 31 ]

Einigen Berichten zufolge hatten die Astronauten den Schalter des Rendezvous-Radars versehentlich eingeschaltet gelassen, wodurch diese Alarme ausgelöst wurden (diese Behauptung wird von Robert Wills vom National Museum of Computing bestritten [ 32 ] ). Der Computer wurde durch Interrupts überlastet, die durch eine fehlerhafte Phasenlage der Stromversorgung des Rendezvous-Radars der Landefähre verursacht wurden. [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] Die Programmalarme wiesen auf „Executive Overflows“ hin, was bedeutete, dass der Bordcomputer nicht alle seine Aufgaben in Echtzeit ausführen konnte und einige davon verschieben musste. [ 36 ] Die von J. Halcombe Laning entwickelte asynchrone Ausführungssteuerung [ 37 ] [ 33 ] [ 38 ] wurde von Hamiltons Team zur Entwicklung der asynchronen Flugsoftware verwendet.

Dank der Fehlererkennungs- und -behebungstechniken der Flugsoftware, einschließlich des systemweiten Neustarts aus einem sicheren Bereich („Kill and Recompute“) und der Snapshot- und Rollback-Techniken, konnten die Display Interface Routinen (auch Prioritätsanzeigen genannt) zusammen mit den Man-in-the-Loop-Funktionen entwickelt werden. Diese ermöglichen es, die normalen Missionsanzeigen der Astronauten im Notfall durch Prioritätsanzeigen kritischer Alarme zu unterbrechen. Dies setzt voraus, dass jedem Prozess in der Software eine eindeutige Priorität zugewiesen wird, um sicherzustellen, dass alle Ereignisse in der richtigen Reihenfolge und zum richtigen Zeitpunkt im Verhältnis zu allen anderen Vorgängen ausgeführt werden. [ 39 ]

Hamiltons Prioritätsalarmanzeigen unterbrachen die normalen Anzeigen der Astronauten, um sie vor einem Notfall zu warnen und ihnen die Entscheidung zu ermöglichen, ob sie landen sollten oder nicht. [ 40 ] Jack Garman , ein NASA-Computeringenieur in der Missionskontrolle, erkannte die Bedeutung der Fehlermeldungen auf den Prioritätsanzeigen und rief: „Los, los!“, woraufhin die Astronauten weiterflogen. [ 41 ] Paul Curto, ein leitender Technologe, der Hamilton für einen NASA Space Act Award nominierte, bezeichnete Hamiltons Arbeit als „Grundlage für extrem zuverlässige Softwareentwicklung“. [ 28 ]

Hamilton schrieb später über den Vorfall:

Der Computer (bzw. die darin enthaltene Software) war intelligent genug, um zu erkennen, dass er mit mehr Aufgaben überlastet war, als er bewältigen sollte. Daraufhin gab er eine Warnung aus, die dem Astronauten bedeutete: „Ich bin mit zu vielen Aufgaben überlastet und werde nur die wichtigsten ausführen“ – also die für die Landung notwendigen. Tatsächlich war der Computer aber nicht nur für die Fehlererkennung programmiert. Er verfügte über ein komplettes Set an Wiederherstellungsprogrammen. In diesem Fall eliminierte die Software Aufgaben mit niedrigerer Priorität und startete die wichtigeren neu. Hätte der Computer dieses Problem nicht erkannt und Gegenmaßnahmen ergriffen, wäre die Mondlandung von Apollo 11 wohl kaum so erfolgreich gewesen.

— Brief von Margaret H. Hamilton, Direktorin für Apollo Flight Computer Programming MIT Draper Laboratory, Cambridge, Massachusetts, mit dem Titel "Computer Got Loaded", veröffentlicht in Datamation , 1. März 1971 [ 42 ]

Unternehmen

1976 gründete Hamilton zusammen mit Saydean Zeldin die Firma Higher Order Software (HOS) [ 43 ] , um die im Rahmen ihrer Arbeit am Apollo-Programm am MIT gewonnenen Erkenntnisse zur Fehlervermeidung und Fehlertoleranz weiterzuentwickeln. [ 44 ] [ 45 ] Sie entwickelten das Produkt USE.IT, basierend auf der am MIT entwickelten HOS-Methodik. [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] Es wurde erfolgreich in zahlreichen Regierungsprogrammen eingesetzt [ 49 ] [ 50 ] , darunter ein Projekt zur Formalisierung und Implementierung von C-IDEF, einer automatisierten Version von IDEF , einer Modellierungssprache , die von der US Air Force im Rahmen des ICAM-Projekts ( Integrated Computer-Aided Manufacturing ) entwickelt wurde. [ 51 ] 1980 veröffentlichte der britisch-israelische Informatiker David Harel einen Vorschlag für eine strukturierte Programmiersprache, die von HOS abgeleitet war und auf der Betrachtung von Zielen und/oder Teilzielen basierte. [ 52 ] Andere haben HOS verwendet, um die Semantik linguistischer Quantoren zu formalisieren, [ 53 ] und um den Entwurf zuverlässiger eingebetteter Echtzeitsysteme zu formalisieren. [ 54 ]

Hamilton war bis 1984 CEO von HOS [ 44 ] und verließ das Unternehmen 1985. Im März 1986 gründete sie Hamilton Technologies, Inc. in Cambridge, Massachusetts . Das Unternehmen entwickelte sich um die Universal Systems Language (USL) und die zugehörige automatisierte Umgebung, die 001 Tool Suite, basierend auf ihrem Paradigma der vorausschauenden Entwicklung für Systemdesign und Softwareentwicklung. [ 35 ] [ 55 ] [ 56 ]

Vermächtnis

Offizielles Foto der NASA , 1989

Hamilton wird die Benennung der Disziplin „ Software Engineering “ zugeschrieben. [ 1 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] Hamilton beschreibt detailliert, wie sie den Begriff „Software Engineering“ prägte:

Als ich den Begriff erstmals prägte, hatte ihn noch niemand zuvor gehört, zumindest nicht in unserer Branche. Es war lange Zeit ein Running Gag. Man neckte mich gern wegen meiner radikalen Ideen. Unvergesslich bleibt der Tag, an dem einer der angesehensten Hardware-Gurus in einer Besprechung allen Anwesenden erklärte, dass er mir zustimme, dass der Softwareentwicklungsprozess – genau wie die Hardwareentwicklung – als Ingenieurdisziplin betrachtet werden sollte. Nicht etwa, weil er den neuen Begriff an sich akzeptierte, sondern weil wir uns seine und die Anerkennung der anderen Anwesenden als eigenständiges Ingenieurgebiet verdient hatten. [ 39 ]

Als Hamilton während der frühen Apollo-Missionen den Begriff „Software-Engineering“ prägte [ 60 ] , wurde die Softwareentwicklung im Vergleich zu anderen Ingenieurdisziplinen nicht ernst genommen [ 61 ] und galt auch nicht als Wissenschaft. Hamilton war bestrebt, die Softwareentwicklung als Ingenieurdisziplin zu etablieren [ 62 ] . Mit der Zeit erlangte der Begriff „Software-Engineering“ die gleiche Anerkennung wie jede andere technische Disziplin [ 57 ] [ 63 ] . Die IEEE Software- Ausgabe September/Oktober 2018 feiert das 50-jährige Jubiläum des Software-Engineerings [ 64 ] . Hamilton spricht darin über „Fehler“ und deren Einfluss auf ihre Arbeit im Bereich Software-Engineering sowie darüber, wie ihre Sprache USL dazu beitragen kann, die meisten Fehler in einem System zu vermeiden [ 65 ] . Anstatt ständig nach Fehlern zu suchen, war ihr Programm USL so konzipiert, dass die meisten Fehler von vornherein aus dem System ferngehalten werden [ 66 ] . USL entstand auf Grundlage ihrer Erkenntnisse und Erfahrungen aus der Apollo-Mission, in der sie eine mathematische Theorie für Systeme und Software entwickelte. [ 67 ] Diese Methode war und ist nach wie vor von großer Bedeutung für die Softwareentwicklung. Robert McMillan schrieb in Wired : „Am MIT wirkte sie an der Entwicklung der Kernprinzipien der Computerprogrammierung mit, indem sie gemeinsam mit ihren Kollegen den Code für den weltweit ersten tragbaren Computer schrieb.“ [ 68 ] Hamiltons Innovationen gehen weit über ihre wichtige Rolle bei der bemannten Mondlandung hinaus. Karen Tegan Padir von Wired schrieb : „ Sie und die COBOL- Erfinderin Grace Hopper , eine weitere Pionierin der Programmierung , haben maßgeblich dazu beigetragen, dass mehr Frauen in MINT-Berufe wie die Softwareentwicklung einsteigen und dort erfolgreich sein konnten.“ [ 69 ] [ 70 ]

Würdigungen

Im Jahr 2017 kam ein LEGO- Set mit dem Titel „Frauen der NASA“ auf den Markt, das Minifiguren von Hamilton, den Astronautinnen Mae Jemison und Sally Ride sowie Nancy Grace Roman , der ersten Leiterin der Astronomieabteilung der NASA, enthielt. Das Set wurde ursprünglich von Maia Weinstock als Hommage an die Beiträge der Frauen zur Geschichte der NASA vorgeschlagen. Hamiltons Teil des Sets zeigt eine Nachbildung ihres berühmten Fotos von 1969, auf dem sie mit einem Stapel ihrer Softwarelisten posiert. [ 71 ] [ 72 ]

Im Jahr 2019, zum 50. Jahrestag der Apollo-Landung, beschloss Google, Hamilton zu ehren. Die Spiegel der Solaranlage Ivanpah wurden so ausgerichtet, dass sie ein Bild von Hamilton und Apollo 11 im Mondlicht erzeugten. [ 73 ]

Margo Madison, eine fiktive NASA-Ingenieurin in der alternativen Geschichtsserie For All Mankind , wurde von Hamilton inspiriert. [ 74 ]

Auszeichnungen

Barack Obama verleiht Hamilton im Jahr 2016 die Freiheitsmedaille des Präsidenten .
Honoris Causa-Zeremonie von Margaret Hamilton, 2018

Veröffentlichungen

Privatleben

Hamilton hat eine Schwester, Kathryn Heafield. [ 86 ]

Sie lernte ihren ersten Ehemann, James Cox Hamilton, Mitte der 1950er Jahre während ihres Studiums kennen. [ 87 ] Sie heirateten am 15. Juni 1958, im Sommer nach ihrem Abschluss am Earlham College. [ 88 ] [ 87 ] Kurzzeitig unterrichtete sie Mathematik und Französisch an einer öffentlichen High School in Boston, Indiana . [ 88 ] [ 16 ] Das Paar zog anschließend nach Boston , Massachusetts , [ 16 ] wo am 10. November 1959 ihre Tochter Lauren geboren wurde. [ 6 ] Sie ließen sich 1967 scheiden, und Margaret heiratete zwei Jahre später Dan Lickly. [ 87 ] [ 89 ]

Siehe auch

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Weiterführende Literatur

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