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Einführung Datenverarbeitungssystemevon Prof. Jürgen Plate |
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Einführung Datenverarbeitungssystemevon Prof. Jürgen Plate |
Im Zusammenhang mit Datenverarbeitung versteht man unter einem "System" praktisch immer die Kombination aus "Hardware" (DV-Anlage, Geräte) und "Software" (darauf ablaufende Programme)!
Die Grundprinzipien der Struktur und die Arbeitsweise sind bei allen DV-Systemen weitgehend ähnlich, zum Teil sogar gleich. Auch komplexe Strukturen der Großrechner werden zunehmend auf Mini- und Mikrocomputer übertragen. Gleichzeitig entwickelt sich eine neue Klasse oberhalb der Großrechner, die "Supercomputer" (z.B. Cray, Suprenum).
Dieses Skript beschränkt sich auf DVS mit "klassischer" Struktur (siehe später). Auf Systeme mit neuen komplexeren Strukturen (Feldrechner, Mehrprozessor-Systeme, Transputer, Rechnernetze, etc.) kann nur andeutungsweise eingegangen werden.
Ursprünglich dienten Computer als Hilfsmittel zum Rechnen, wurden also in der numerischen DV eingesetzt (selbst der Name "Computer" stammt von einer Berufsbezeichnung her; "Computer" waren Leute, die z.B. in der Astronomie, bei Volkszählungen oder in Versicherungen Berechnungen durchführten).Inzwischen hat der Einsatz von nichtnumerischen Daten fast höhere Bedeutung erlangt (z.B. Textverarbeitung, Datenbanken ® Handhaben von Datenstrukturen). Durch geeignete Codierung lassen sich nichtnumerische Informationen genau wie Zahlen auf binäre Werte (Bitfolgen) abbilden. ® Erweiterung der "Rechner" auf universelle DV-Systeme. Die Grundfunktionen eines Computers (= DVS) sind
Grundsätzlich gilt: Auch bei der nichtnumerischen DV wird gerechnet (ausführen von logischen und arithmetischen. Operationen) und auch bei der numerischen DV gibt es Datenstrukturen. Die Bereiche sind nicht zu trennen.
Hat man anfangs versucht, beim Design neuer Prozessor-Chips immer mehr und immer leistungsfähigere Befehle zu integrieren, so wird beim RISC-Prozessor der umgekehrte Weg beschritten.
Für jeden Befehl des Prozessors gibt es eine fest verdrahtete Folge von Ablaufschritten im Chip, das Mikroprogramm. Je komplexer und mächtiger ein Befehl ist, desto mehr Einzelschritte muss das Mikroprogramm auf den Chip durchlaufen und desto mehr Taktzyklen sind notwendig, bis der Prozessor den nächsten Befehl verarbeiten kann. So liegt z.B. beim Prozessor 8088 die Zahl der Taktzyklen für einen Befehl zwischen 2 und 190.
RISC-Prozessoren haben einen kleinen Befehlssatz, bei dem aber fast alle Befehle innerhalb eines einzigen Taktzyklus ausgeführt werden können. Das bedeutet auch eine Vereinfachung des Chips und erreicht auf diese Weise Taktfrequenzen von mehr als 60 MHz.
Bit ist die Maßeinheit für die Anzahl der Binärentscheidungen. In der Informationstheorie werden alle logarithmisch definierten Größen, wie Entscheidungsgehalt, Informationsgehalt, Redundanz in bit (klein geschrieben!) ermittelt, wenn der Logarithmus zur Basis 2 (Logarithmus Dualis, Kurzform ld) genommen wird.
Die Arbeitsspeicher der heutigen Rechner (vor allem der Mikrocomputer) sind meist byteweise organisiert, d.h. Transporte vom und zum Speicher erfolgen byteweise parallel oder parallel in Vielfachen eines Bytes (16 oder 32 Bit ® Speicherwort).
| ab 350 v. Chr. | Erste vollständige Zahlensysteme (Ägypten, Babylonien) |
| um 300 v. Chr. | Erste bezeugte Verwendung des Rechenbretts (Abakus) |
| 600-800 n. Chr. | Entstehung des heutigen Dezimalsystems in Indien |
| 1518 | Adam Riese (1492-1559): "Rechnen auff den Linihen" |
| 1623 | Wilhelm Schickard (1592-1635) baut erste mechanische Rechenmaschine (4-spezies, automatischer Zehnerübertrag) |
| 1642 | Blaise Pascal (1623-1662) entwirft mechanische Rechenmaschine f&uul;r Addition und Subtraktion (Komplementaddition) |
| 1673 | Gottfried Wilhelm v. Leibnitz (1646-1716) entwickelt eine mechanische Rechenmaschine (4-spezies, Staffelwalze); nicht funktionsfähig. |
| 1679 | Schaffung des dualen Zahlensystems durch Leibnitz. |
| 1709 | Johannes Polenius baut eine mechanische Rechenmaschine mit Sprossenrad (nicht funktionsfähig). |
| 1727 | Antonius Braun (1685-1728) baut die erste funktionsfähige 4-spezies Sprossenrad-Rechenmaschine. |
| 1747 | Phillip Matthäus Hahn (1739-1790) baut erste funktionsfähige 4-spezies Staffelwalzen-Rechenmaschine. |
| 1805 | Joseph-Marie Jaquard (1753-1834) baut Webstuhl mit Lochkarten-Steuerung. |
| ab 1821 | Serienmäßige Fabrikation mechanischer Rechenmaschine |
| 1833 | Charles Babbage (1792-1871) entwickelt das Konzept eines programmgesteuerten Rechenautomaten. |
| 1886 | Herrmann Hollerith (1860-1929) baut elektromechanische Sortier- und Zählmaschinen für Lochkarten. |
| 1903 | Percy E. Ludgate führt bedingte Sprünge und Dreiadressbefehle ein. |
| 1941 | Konrad Zuse (geb. 1910) baut den ersten programmgesteuerten Rechenautomaten der Welt, die "Z3" (elektromechanisch) |
| 1943 | In England wird unter Mitarbeit von Alan. M. Turing die Rechenmaschine "Colossus" zur Entschlüsselung deutscher Funksprüche gebaut. |
| 1944 | Howard Hathaway Aiken (1910-1973) baut den ersten programmgesteuerten Rechenautomaten der USA ("Harvard MARK I", elektromechanisch). |
| 1944 | John v. Neumann (1903-1957) konzipiert den elektronischen Rechenautomaten "EDVAC" mit interner Speicherung des Programms. Inbetriebnahme 1952. |
| 1946 | Die erste vollelektronische Großrechenanlage der Welt wird in Betrieb genommen ("ENIAC", Elektronenröhren, von Eckert, Mauchly und Goldstine). Beginn der 1. Computergeneration. |
| 1947 | John Bardeen und Walter H. Brattain entdecken den Transistoreffekt. |
| 1948 | "SSEG" von IBM als erster betriebsbereiter Rechner mit Speicherprogrammierung. Claude E. Shannon begründet die Informationstheorie. |
| 1949 | Ultraschall-Laufzeitspeicher; Trommelspeicher. |
| ab 1951 | Serienfertigung von Rechnern für wissenschaftliche und kommerzielle Aufgaben (z.B. "UNIVAC" von Remington Rand Corp.) |
| 1952 | Unter Leitung von Robert Piloty wird an der Technischen Hochschule München die "PERM" gebaut. |
| 1954 | John W. Backus entwickelt die Programmiersprache FORTRAN (FORmula TRANslator). |
| 1955 | "TRADIC", der erste transistorbestückte Rechner der Welt. Beginn der 2. Computergeneration. |
| 1958 | Jack Kilby entwickelt bei Texas Instruments die erste integrierte Schaltung. |
| ab 1962 | Einsatz von Hybridschaltungen in Computern. Beginn der 3. Computergeneration. DEC entwickelt die PDP1. |
| ab 1965 | Entwicklung von Minicomputern. |
| ab 1968 | Monolitisch-integrierte Schaltungen, Beginn der 4. Computergeneration, Mehrbenutzer-Dialogbetrieb. |
| 1971 | Erste Mikroprozessoren (Intel 4004, 8008), Taschenrechner HP-35. |
| ab 1973 | Serienfertigung von elektronischen Taschenrechnern. |
| 1976 | Erster Einchip-Mikrocomputer Intel 8048, erste 16-Bit-Mikroprozessoren (Texas 9900). |
| 1977 | Commodore "PET", der erste vollständige Heimcomputer/ Personal Computer. |
| 1981 | IBM-PC (4,77 MHz Taktfrequenz), erste 32-Bit-Mikroprozessoren (Intel, HP). |
| 1983 | HP entwickelt VLSI-Chip mit 450 000 Transistorfunktionen (50 mm2) |
| 1984 | ULSI-Chips mit ca. 1 600 000 Transistorfunktionen. |
| 1988 | RISC-Architektur (Reduced Instruction Set Computer), Transputer |
| 1989 | Megabit-Speicherchip, 64-Bit-RISC-Prozessoren. |
| 2000 | Pentium 3 mit 1 GHz Taktfrequenz |
Rolf Oberliesen:
"Information, Daten und Signale"
rororo Sachbuch
Lindner/ Wohak/ Zeltwanger:
"Planen, Entscheiden, Herrschen"
rororo Sachbuch
Dr. Michael Schöttner
"Systemprogrammierung"
pi3.informatik.uni-mannheim.de/~schiele/sysprog/
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