02 Historie und Teilgebiete der Informatik Flashcards
Begriff “Informatik”
Zusammengesetzt aus “Information” und “Automatik” (seit 1950er) - Informatik bezeichnet mehr als Computerwissenschaften, d.h. “automatisierte Informationsverarbeitung in Natur, Technik und Gesellschaft”
Abakus
Rechenhilfe - Rahmen mit auf Bahnen (Drähten, Stangen etc.) aufgezogenen Einheiten (Steine, Maiskörner, etc.). Ursprung wahrscheinlich China ca 1000 vor Chr. Zahlen werden in 10er-Basis dargestellt (4 + 1 oder 5 + 2 Einheiten pro Bahn).
Begriff “Algorithmus”
Ein Algorithmus ist eine Verarbeitungsvorschrift, die schrittweise präzise abgearbeitet werden kann. D.h. sie kann von einem Menschen oder einer Maschine ausgeführt werden.
- Generation elektronischer Datenverarbeitung
Elektronische Röhrenrechner - Elektronenröhren statt elektromechanischer Relais als Schaltelemente.
- Generation elektronischer Datenverarbeitung
Transistorrechner - Halbleitertransistoren sind deutlich kleiner und benötigen nur ein Bruchteil der Energie wie elektronische Röhren.
- Generation elektronischer Datenverarbeitung
Mikrochips mit hochintegrierten Schaltkreisen. In 1960er Jahren ca. 30-40 Transistoren pro Quadratmilimeter, in 70ern schon 30’000. Typischer Speichergrösse pro Mikrochip 128 bis 1024 Bit.
- Generation elektronischer Datenverarbeitung
MOS-Technologie (Metal Oxide Semiconductor) erlaubte weitere Miniaturisierung und Erhöhung der Rechengeschwindigkeit.
- Generation elektronischer Datenverarbeitung
Parallelverarbeitung und Vernetzung - Verschiedene Ansätze die Geschwindigkeit von Datenverarbeitung zu erhöhen. Exakte Abtrennung zur 4. Generation ist schwierig. - Einfachste Abgrenzung: Rechner mit mehreren vernetzten Prozessoren zur parallelen Verarbeitung von Daten gehören zur 5. Generation.
Moor’sches Gesetz
Die Anzahl der Transistordichte auf einem Mikrochip verdoppelt sich ca. alle 18 Monate. Tendenzen Zeigen heutzutage in Richtung einer Verlangsamung dieser Entwicklung, da man mit der Halbleitertechnik langsam an Physikalische Grenzen stösst.
Konsequenz des Moor’schen Gesetzes => kleiner - schneller - billiger
Verschiedene Einsatzgebiete von Computern
Grobe Einteliung in
- kommerzielle Rechner - viel IO, “geringe” Rechenleitung
- wissenschaftliche Rechner - wenig IO, “hohe” Rechenleistung
- Prozess-/Echtzeit-Rechner - Steuerung von Prozessen, die nicht nur logische sonder auch “zeitliche Korrektheit” benötigen.
Theoretische Informatik
ist die Basis für die technische und praktische Informatik und Unterteilt sich in folgende Bereiche:
- Automatentheorie und formale Sprachen
- Berechenbarkeitstheorie
- Komplexitätstheorie
Praktische Informatik
beschäftigt sich mit Programmen die ein System steuern. Sie enthält z.B. folgende Teilgebiete: Programmiersprachen, Compiler & Interpreter, Algorithmen & Datenstrukturen, Betriebssysteme, Datenbanken…
Technische Informatik
befasst sich mit hardwareseitigen Grundlagen der Informatik, wie z.B. Mikroprozessortechnik, Rechnerarchitektur, Rechnerkommunikation,
Angewandte Informatik
Resultate aus theoretischer, praktischer und technischer Informatik finden Anwendung in der angewandten Informatik. Zwei Hauptanwendungsgebiete: Wirtschaftliche, kommerzielle Anwendungen & technisch-wissenschaftliche Anwendungen
Interdisziplinäre Gebiete der Informatik
Z.B. Wirtschaftsinformatik, künstliche Intelligenz, Computerlinguistik, Bioinformatik, etc.
Erster mechanischer Computer
um 1822 “difference Machine” bzw 1938 “Analytical Machine” erster mechanischer Computer im heutigen Sinne von Charles Babbage
Von Neuman Architektur
- Instruktionen und Daten stehen im gleichen Speicher.
- Recheneinheit führt logische und arithmetische Operationen aus.
- Steuereinheit liest interpretiert und führt Instruktionen aus.
Bestandteile eines von Neumann Rechners
- CPU - central processing unit oder Microprozessor
- Memory - (Arbeits-)Speicher
- I/O - Ein-/Ausgabe-Einheiten
- System-Bus - el. Verbindung der obigen drei Komponenten zum Transport von Daten.
ALU
Arithmetic and Logic Unit
Register
Daten-Zwischenspeicher
CU
Control unit
FSM
Finite State Machine
Wie arbeitet eine Steuereinheit eines CPUs?
1) Start/Initialisierung (reset)
2) Loop über
- Instruktionen aus Speicher lesen (fetch)
- Instruktionen ausführen (execute)
Welche drei Typen von Operationen kann einen Steuereinheit ausführen?
- Daten lesen oder schreiben
- Rechenoperationen (arithmetisch und logisch)
- Sprungbefehle
