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An der Universität von Kalifornien in Berkeley, Kalifornien absolvierte Thompson ein Studium der Elektrotechnik. 1969 implementierte er zusammen mit seinem Kollegen Dennis Ritchie in den Bell Labs die erste Version des Unix-Betriebssystems[1] in Assemblersprache. Als Anekdote wird gerne erzählt, dass die wahre Motivation hinter der Entwicklung von Unix war, das Spiel Space Travel auf eine wenig verwendete PDP-7 zu portieren,[2] da auf den normalen Großrechnern eine Stunde Rechenzeit 75 US-Dollar kostete.
Für Unix schrieb Thompson unter anderem die erste Shell (Thompson-Shell „sh“) und den Zeileneditor ed. Er entwickelte die Programmiersprache B, einen Vorgänger der Sprache C, letztere gehört noch heute zu den weltweit meistbenutzten Programmiersprachen. Später entwickelten er und Rob Pike, ebenfalls an den Bell Labs, das Betriebssystem Plan 9.
Unter Beratung von John Roycroft entwickelte er Programme zur kompletten Analyse von Endspielen beim Schach. Die Ergebnisse dieser Arbeit stellte er auf vier Endspiel-CDs anderen zum Selbstkostenpreis zur Verfügung. Sie wurden später auch vertrieben. Mit Endspieldatenbanken kann ein Schachprogramm ein Endspiel (gegenwärtig mit höchstens sieben Figuren auf dem Brett) perfekt spielen, indem es auf die notwendige Information in der Datensammlung zugreift. In Gewinnstellungen findet es (je nach Zielstellung) den direkten Weg zum Matt oder zur Konvertierung in ein gewonnenes anderes Endspiel (durch Umwandlung oder Schlagen einer Figur); in Verluststellungen kann es den Verlust der Partie so weit wie möglich hinauszögern.


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