Computer

Bei der heute weiten Verbreitung von PCs (englisch personal computer deutsch persönlicher Computer ) wird der PC häufig auch kurz Computer bezeichnet. Ein Computer ist ein Digitalcomputer wenn er mit digitalen Geräteeinheiten digitale und er ist ein Analogcomputer wenn er mit analogen Geräteeinheiten analoge verarbeitet.

Computer werden heute in allen Bereichen täglichen Lebens eingesetzt. Sie dienen der Speicherung Verarbeitung und Ausgabe von Informationen in und Behörden der Berechnung der Statik von Bauwerken bis hin zur Steuerung von Waschmaschinen und Automobilen. Die leistungsfähigsten werden eingesetzt um komplexe Vorgänge zu simulieren : beispielsweise in der Klimaforschung bei thermodynamischen bis hin zu militärischen Aufgaben z.B. die des Einsatzes von nuklearen Waffen.

Viele Geräte des Alltags vom Telefon über den Videorecorder bis hin zur Münzprüfung im Warenautomaten heute von integrierten Kleinstcomputern gesteuert ( Embedded System ).

Ursprünglich war die Informationsverarbeitung mit Computern die Verarbeitung von Zahlen beschränkt. Durch die zunehmende Leistungsfähigkeit eröffneten neue Einsatzbereiche.

Digitalcomputer folgen gemeinsamen Grundprinzipien die ihre freie erst ermöglichen:

• ein Speicher in dem Datenbestände (Datenstrukturen) wie in Schubladen gespeichert und zur Verarbeitung oder Ausgabe abgerufen werden können.
• grundlegende Bausteine für eine freie Programmierung mit denen eine jede beliebige Verarbeitungslogik Daten dargestellt werden kann: Die Berechnung der Vergleich und der bedingte Sprung . Ein Computer kann beispielsweise zwei Zahlen das Ergebnis mit einer dritten Zahl vergleichen dann abhängig vom Ergebnis entweder an der oder der anderen Stelle des Programms fortfahren. Computerprogramm verwendet die Sprachelemente gemäß der Syntax Programmiersprache; diese Programmiersprache stellt dem Programmierer alle Anweisungen und Operatoren für die Eingabe Verarbeitung Ausgabe von Daten zur Verfügung.

In der Informatik wird dieses Modell theoretisch durch die Turing-Maschine abgebildet; die Turing-Maschine erlaubt viele grundsätzliche zur Berechenbarkeit .

Analogrechner funktionieren jedoch nach einem anderen Prinzip: ihnen ersetzen analoge Bauelemente ( Verstärker Kondensatoren ) die Logikprogrammierung. Analogrechner wurden früher häufiger Simulation von Regelvorgängen eingesetzt (siehe: Regelungstechnik ) sind heute aber fast vollständig von Digitalcomputern (die alle nach dem erstgenannten Prinzip verdrängt worden.

Das Funktionsprinzip der Digitalcomputer hat sich seinen Ursprüngen in der Mitte des letzten nicht wesentlich verändert wenngleich die Details der erheblich verbessert wurden.

Bei einem Computer werden dabei zwei Bausteine unterschieden:

• die Hardware ('Anfassbare Sachen') die aus den elektronischen anfassbaren Teilen des Computers gebildet wird
• die Software ('Weichzeugs') nämlich die Programmierung des Computers.

Inhaltsverzeichnis

1 Hardwarearchitektur 2 Softwarearchitektur 1 Typen 2 Hardware 3 Software 4 Sicherheit 5 Geschichte 5.1 Antike 5.2 17. Jahrhundert 5.3 18. Jahrhundert 5.4 19. Jahrhundert 5.5 20. Jahrhundert 5.6 Nachkriegszeit 5.7 Sechziger 5.8 Siebziger 5.9 Achtziger 5.10 Neunziger 5.11 21. Jahrhundert 5.12 Stichwörter zur Geschichte der Rechentechnik 5.13 Zukunft 6 Weblinks

Hardwarearchitektur

Das heute allgemein angewandte Prinzip das seiner Beschreibung von John von Neumann von 1946 als " Von-Neumann-Architektur " bezeichnet wird definiert für einen Computer Hauptkomponenten:

• die Arithmetisch- Logische Einheit ( ALU )
• die Steuereinheit
• den Speicher und
• die Eingabe-/Ausgabeeinheiten.

Der Speicher ist eine Anzahl von "Zellen" jede dieser Zellen kann ein kleines Information aufnehmen. Diese Information wird als Binärzahl also einer Abfolge von ja/nein-Informationen in Speicherzelle abgelegt. Charakteristikum der "Von Neumann-Architektur" ist diese Zahl (z.B. 65) entweder ein Teil Daten sein kann (also z.B. der Buchstabe oder ein Befehl für die CPU ("Springe...").

Wesentlich in der Von-Neumann-Architektur ist dass Programm und Daten einen Speicherbereich teilen (dabei die Daten in aller Regel den unteren die Programme den oberen Speicherbereich). Dem gegenüber in der sog. Harvard-Architektur Daten und Programmen eigene (physikalisch getrennte) gegenüber. Dadurch können Daten-Schreiboperationen keine Programme überschreiben.

In der Von-Neumann-Architektur ist die Steuereinheit zuständig zu wissen was sich an welcher im Speicher befindet. Man kann sich das vorstellen dass die Steuereinheit einen "Zeiger" auf bestimmte Speicherzelle hat in der der nächste steht den sie auszuführen hat. Sie liest aus dem Speicher aus erkennt zum Beispiel erkennt dies als "Springe". Dann geht sie nächsten Speicherzelle weil sie wissen muss wo hinspringen soll. Sie liest auch diesen Wert interpretiert die Zahl als Nummer (so genannte Adresse ) einer Speicherzelle. Dann setzt sie den auf eben diese Speicherzelle um dort wiederum nächsten Befehl auszulesen; der Sprung ist vollzogen. der Befehl zum Beispiel statt "Springe" lauten "Lies Wert" dann würde sie nicht den verändern sondern aus der in der Folge Adresse einfach den Inhalt auslesen um ihn beispielsweise an die ALU weiterzuleiten:

Die ALU hat die Aufgabe Werte Speicherzellen zu kombinieren. Sie bekommt die Werte der Steuereinheit geliefert verrechnet sie (addiert z.B. Zahlen welche die Steuereinheit aus zwei Speicherzellen hat)und gibt den Wert an die Steuereinheit welche den Wert dann für einen Vergleich oder wieder in eine dritte Speicherzelle zurückschreiben

Die Ein-/Ausgabeeinheiten schließlich sind dafür zuständig initialen Programme in die Speicherzellen eingeben und Ergebnisse der Berechnung einem Benutzer auch wieder zu können.

Softwarearchitektur

Um diesen Aufwand zu reduzieren wurden Programmiersprachen entwickelt. Diese generieren die Zahlen innerhalb Speicherzellen die der Computer letztlich als Programm aus höheren Strukturen heraus automatisch.

Sodann wurden bestimmte sich wiederholende Prozeduren so genannten Bibliotheken zusammengefasst um nicht jedes Mal das neu erfinden zu müssen z. B. das einer gedrückten Tastaturtaste als Buchstabe "A" und als Zahl "65". Die Bibliotheken wurden in Bibliotheken gebündelt welche Unterfunktionen zu komplexen Operationen (Beispiel: die Anzeige eines Buchstabens "A" bestehend 20 einzelnen schwarzen und 50 einzelnen weißen auf dem Bildschirm nachdem der Benutzer die "A" gedrückt hat).

In einem modernen Computer arbeiten also viele dieser Programmebenen über- bzw. untereinander: Komplexere werden in Unteraufgaben zerlegt welche von anderen bereits bearbeitet wurden die wiederum auf die weiterer Programmierer aufbauen deren Bibliotheken sie verwenden. der untersten Ebene findet sich dann aber der so genannte Maschinencode - jene Abfolge von Zahlen mit der Computer auch tatsächlich rechnen kann.

Typen

Hardware

Software

Sicherheit

Geschichte

Antike

• Abakus älteste mechanische Rechenhilfe
• Rechenbrett des Pythagoras

17. Jahrhundert

• 1614 John Napier publiziert seine Logarithmentafel
• 1623 Erste Vier-Spezies-Maschine durch Wilhelm Schickard
• 1642 Blaise Pascal baut eine Rechenmaschine
• 1668 Samuel Morland entwickelt eine Rechenmaschine die dezimal addiert sondern auf das englische Geldsystem ist
• 1673 Rechenmaschine von Gottfried Leibniz

18. Jahrhundert

19. Jahrhundert

• 1805 Joseph-Marie Jacquard entwickelt Lochkarten um Webstühle zu steuern
• 1820 Charles Xavier Thomas de Colmar baut " Arithmometer " der erste Rechner in Massenproduktion
• Charles Babbage entwickelt die Difference Engine 1822 und die Analytical Engine 1833 kann sie aber aus Geldmangel nicht
• 1843 Edvard und George Scheutz bauen in Stockholm den ersten mechanischen Computer nach den von Babbage
• 1890 US-Volkszählung mit Hilfe des Lochkartensystems von Herman Hollerith durchgeführt; Torres y Quevedo baut eine Schachmaschine die mit König und Turm einen matt setzen kann

20. Jahrhundert

• 1935 International Business Machines stellt die IBM 601 vor eine die eine Multiplikation/Sekunde durchführen kann. Es werden 1500 Stück der Maschine verkauft.
• 1937 Konrad Zuse meldet zwei Patente an die bereits Elemente der so genannten Von-Neumann-Architektur beschreiben.
• 1937 Alan Turing publiziert einen Artikel der " Turing-Maschine " beschreibt.
• 1938 Konrad Zuse stellt die Zuse Z1 fertig einen frei programmierbaren mechanischen Rechner allerdings aufgrund von Problemen mit der Fertigungspräzision voll funktionstüchtig war. Die Z1 verfügte bereits über Fließkommarechnung.
• 1938 Claude Shannon publiziert einen Artikel darüber wie man Logik mit Relais implementieren kann

Während des zweiten Weltkrieges gibt Alan Turing die entscheidenden Hinweise Entschlüsselung der ENIGMA -Codes und baut dafür einen speziellen mechanischen

Ebenfalls im Krieg baut Konrad Zuse die erste funktionstüchtige programmgesteuerte binäre Rechenmaschine bestehend aus einer großen Zahl Relais die Z3. Zeitgleich werden in den USA ähnliche elektronische Maschinen zur numerischen Berechnung gebaut. Auch Maschinen auf analoger Basis werden erstellt.

• 1941 Konrad Zuse stellt die Z3 fertig die heute als der erste Computer gilt
• 1943 IBM-Chef Thomas Watson sagt: Ich glaube es gibt einen weltweiten Bedarf vielleicht fünf Computern.
• 1943 Tommy Flowers stellt mit seinem Team Bletchley Park den ersten " Colossus " fertig
• 1944 Fertigstellung des ASCC (Automatic Sequence Controlled "Mark I" durch Howard H. Aiken )

Zur Architektur der Rechenmaschinen Z1 und http://www.zib.de/zuse/Inhalt/Kommentare/Html/0687/0687.html

Nachkriegszeit

• 1946 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) wird der Leitung von John Eckert und John entwickelt
• 1947 IBM baut den SSEC
• 1947 Erfindung des Transistors
• 1949 Maurice Wilkes stellt mit seinem Team Cambridge den "EDSAC" (Electronic Delay Storage Automatic basierend auf Neumanns EDVAC ist es der Rechner der vollständig speicherprogrammierbar ist
• 1949 Konrad Zuse stellt die Z4 fertig deren Bau schon 1942 begonnen und 1944 in wesentlichen Teilen abgeschlossen war aber kriegsbedingt nicht fertiggestellt werden konnte.
• 1950 Die Z4 geht an der ETH Zürich in Betrieb
• 1951 UNIVAC I kommerzieller Röhrenrechner der RAND Corporation
• 1955 TRADIC erster Computer der komplett mit Transistoren statt Röhren bestückt ist. Gebaut von den Bell Labs für die US Air Force .
• 1955 OPREMA Erster Computer der DDR
• 1956 Erstes Magnetplattensystem von IBM (RAMAC)

Sechziger

• 1960 IBM 1401 transistorisierter Rechner mit Lochkartensystem
• 1960 DECs (Digital Equipment Corporation) erster Minicomputer die PDP-1 (Programmierbarer Datenprozessor) erscheint
• 1964 DEC baut den Minicomputer PDP-8 für unter 20000 Dollar
• 1964 IBM definiert die erste Computerarchitektur S/360 verschiedener Leistungsklassen können denselben Code ausführen
• 1964 bei Texas Instruments wird der erste "Integrierte Schaltkreis" IC entwickelt
• 1966 D4a 33bit Auftischrechner der TU Dresden

Siebziger

• 1970 Intel baut mit dem 4004 den ersten in Serie gefertigten Mikroprozessor (2250 Transistoren)
• 1972 der Illiac IV ein Supercomputer mit Array-Prozessoren geht in Betrieb
• 1973 Xerox Alto - Der erste Computer mit GUI und eingebauter Ethernet-Karte.
• 1974 Motorola baut den 6800 Prozessor; Intel den 8080 Prozessor
• 1976 die Firma Apple Computer bringt den Apple I auf den Zilog entwickelt den Z80 Prozessor
• 1977 Ken Olson Präsident und Gründer von sagt: Es gibt keinen Grund warum jemand einen zu Hause haben wollte.
• 1977 der Apple II der Commodore PET und der Tandy TRS 80 kommen auf den Markt.
• 1978 DEC bringt die VAX-11/780 eine Maschine für virtuelle Speicheradressierung auf den Markt

Achtziger

• 1980er : Blütezeit der Heimcomputer zunächst mit 8-Bit- Mikroprozessoren und einem Arbeitsspeicher bis 64 kB Commodore VC20 C64 Sinclair ZX80 / 81 Sinclair ZX Spectrum Schneider CPC 464/664) später auch leistungsfähigere mit 16-Bit- oder 16/32-Bit- Mikroprozessoren (z. B. Amiga Atari ST )
• 1980 IBM stellt den IBM-PC ( Personal-Computer ) vor und bestimmt damit entscheidend die Entwicklung
• 1982 Intel bringt den 80286-Prozessor auf den Markt
• 1982 Sun Microsystems entwickelt die Sun-1 Workstation
• 1984 der Apple Macintosh kommt auf den Markt und setzt Maßstäbe für Benutzerfreundlichkeit
• 1985 Commodore produziert den Amiga -Heimcomputer
• 1986 Intel bringt den 80386-Prozessor auf den Motorola präsentiert den 68030-Prozessor
• 1989 Intel bringt den 80486 auf den

Neunziger

• 1991 Das AIM-Konsortium (Apple IBM Motorola ) spezifiziert die PowerPC -Plattform
• 1992 DEC stellt die ersten Systeme mit dem Alpha -Prozessor vor
• 1993 Intel bringt den Pentium -Prozessor auf den Markt
• 1994 Leonard Adleman stellt mit dem TT-100 den ersten Prototypen für einen DNA-Computer vor.
• 1995 Intel bringt den Pentium-Pro -Prozessor auf den Markt
• 1999 Intel baut den Supercomputer ASCI Red mit 9.472 Prozessoren
• 1999 AMD stellt den Nachfolger der K6 -Prozessorfamilie vor den Athlon .

Gegenwart : Zur Zeit haben allein in Deutschland Millionen Menschen ein eigenes Computersystem.

21. Jahrhundert

• 2001 IBM baut den Supercomputer ASCI White
• 2002 der NEC Earth Simulator geht in Betrieb
• 2003 AMD stellt mit dem Opteron und dem Athlon_64 seine ersten 64-Bit-Prozessoren vor.

Stichwörter zur Geschichte der Rechentechnik

Zukunft

Weblinks

• Virtuelles Computermuseum: http://www.homecomputermuseum.de
• Computergeschichte: http://www.computergeschichte.de
• Größtes (angeblich) Computermuseum der Welt in http://www.hnf.de
• http://www.hchistory.de/index.php3
• Ein Foliant zur Geschichte der Datenübertragung
• Liste der 500 stärksten Computer: http://www.top500.org/

Bücher zum Thema Computer

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