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Die Ursprünge der Informatik

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by

L. P.

on 14 October 2013

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Transcript of Die Ursprünge der Informatik

Die Geschichte der Informatik
Quellen:
19. Jahrhundert


-> Entstehung von mechanischen und programmgesteuerten Maschinen

-> komplexere Berechnungen durch Befehl-Folge





20. Jahrhundert


1936

- Automatenmodell basierend auf mathematische Logik

-theorethische Grundlage für Algorithmen

-Konzepte zur Berechnung von Problemen

=> Begründer der Theorethishen Informatik

-> erste elektronische Rechenmaschinen
Alan Turing
Konrad Zuse
1941

-> programmgesteuerte Rechenmaschine basierend auf Dualsystem
Howard Hathaway Aiken
1944

-> erster Relais- basierter Großrechner Mark 1
1946

"Von-Neumann-Architektur"
1805
Lochkarten-gesteuerter Webstuhl
Joseph-Marie Jacquard

Charles Babbage


1822

Konzept für programmgesteuerte Analytical Engine

Goerge Boole



1854

Boolsche Logik /-Algebra
Herman Hollerith


1886

Erfassung von Daten auf Lochmaschinen
Entwicklung der Hardware seit 1950
1953-1958: - erste Rechnergeneration
-> Technologie auf Röhrenbasis
-> Stapelverarbeitung
1958-1966: - zweite Rechnergeneration
-> Transistoren
-> Entwicklung erster Betriebssysteme und Compiler für Programmiersprachen
-> Interaktivität durch Bildschirm-Terminals für Mainframes
1966-1974: - dritte Rechnergeneration
-> integrierte Schaltungen: Mikrochips
-> erste Kleinrechner und Netzwerke
1974-1982: - vierte Rechnergeneration
-> hochintegrierte Schaltungen: Mikroprozessoren
-> Halbleiterspeicher
-> erste Super-Computer und Parallelverarbeitung
1982-heute: - zunehmender Integrationsgrad von Schaltungen
- stetig wachsende Geschwindigkeit und Speicherkapazitäten
- Verarbeitung von Multiprozessorsystemen
- zunehmende Vernetzung
- Computer durchdringen alle Lebensbereiche
-> Home-Computer, Pcs, Laptops, Handhelds (z.B. iPads)
-> Anwendungsprogramme, Internet, Spiele, Unterhaltungsmedien
-> eingebettete Systeme
Alan Turing
- geboren 23.6.1912 in Paddington, London
- 1931-1934 Mathematikstudium am King's College in Cambridge
- 1936 Veröffentlichung eines Artikels mit Entwurf der Turingmaschine
- ll. Weltkrieg: Unterstützung der Engländer -> erzeugte Maschine die deutschen Geheimcode entschlüsseln konnte
- 1945-1948 National Physical Laboratory -> Artikel zu künstlicher Intelligenz und neuronalen Netzen
- 1950 Artikel zum Turingtest
- 1952 Verurteilung wegen Homosexualität -> Hormonbehandlung
- 7.6.1954 Selbstmord mit einem mit Strychnin vergifteten Apfel
Entwicklung der Software
- eingeführt im Jahre 1958 durch US-amerikanischen Statistiker John W. Tukey
- Computer selbst kann die Daten ohne Programme, die auf ihm installiert sind, nicht bearbeiten
- erste Programmiersprache: ASSEMBLER
-> ermöglicht es, den Speicher des Computers so zu steuern, dass eine Bearbeitung der Daten möglich ist
- benötigt umfangreiche Kenntnisse des zu programmierenden Ablaufs als auch intensive Kenntnisse der technischen Grundvorraussetzungen des Computers
- aufgrund technischer Entwicklung und umfangreicherem Einsatz in Wirtschaft, Verwaltung und Militär komplexere Aufgaben gefordert
-auf Basis von ASSEMBLER neue Programme, die Einsatz von Computern auf breiterer Basis und für verschiedene Bedürfnisse der Anwender ermöglichen


Vor dem 17. Jahrhundert
- 1100 v. Chr.: erste mechanische Rechenhilfen in
Indien/China, z.B. bis heute benutzter Abakus (Rechenschieber) auf Basis des Dezimalsystems
- 300 v. Chr.: Beschreibung von reproduzierbaren
Rechenverfahren, z.B. größter gemeinsamer Teiler
durch Euklid
820: Al-Chwarizmi beschreibt Grundlagen von
Rechenvorschriften, die nach ihm als Algorithmen
bezeichnet werden
Boethius (um 1500) und Adam Riese (ab 1518)
veröffentlichen Vorschriften für das schriftliche
Rechnen im Dezimalsystem
Das 17. Jahrhundert
- erste mechanische Rechenmaschinen zur
Erleichterung der durch technischen Fortschritt und
zunehmende Industrialisierung häufigeren
Rechenaufgaben
- Blaise Pascal (1641): patentiert Pascaline als
Rechenmaschine für Steuerwesen und Händler,
welche Addieren und Subtrahieren kann

- Gottfried Wilhelm Leibniz (1673):
Rechenmaschine für 4 Grundrechenarten
http://de.wikipedia.org/wiki/SISD
http://de.wikipedia.org/wiki/Von-Neumann-Architektur
http://de.wikipedia.org/wiki/Joseph_Weizenbaum
http://de.wikipedia.org/wiki/Dialogsystem
http://wwwmath.uni-muenster.de/logik/Personen/Schulz/BETHWIKI/index.php/Turing_Maschine
http://www.matheprisma.uni-wuppertal.de/Module/Turing/index.htm?4
http://www.dhm.de/lemo/html/biografien/ZuseKonrad/
http://www.horst-zuse.homepage.t-online.de/z3-detail.html
http://www.webopedia.com/TERM/A/ARPANET.html
http://www.golem.de/0702/50369.html
http://www.smilenow.de/q8weizba.htm
http://www.delphi-treff.de/tutorials/objectpascal/programmierung-mit-boolean-werten/boolesche-logik-grundlagen/
http://prof.beuth-hochschule.de/fileadmin/user/linnemann/PDF-Dateien/TGI/TGI_SU_Teil_02.pdf
http://www.laurentianum.de/physikmuseum/images/relais_g1.png
http://www.netzmafia.de/skripten/mikrocomputer/von_neumann_rechner.gif
http://www.fmi.uni-jena.de/minet_multimedia/Fakultaet/Institute+und+Abteilungen/Abteilung+f%C3%BCr+Didaktik/GDI/Abbildung_Neumann_Architektur.pdf
http://www.wiwimaster.de/data/Dokumente/240/040720175439_Info1.pdf
http://de.wikipedia.org/wiki/Arpanet
http://de.wikipedia.org/wiki/Arpanet


J. Presper Eckert und John W. Mauchly

1946

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
-> erste voll elektrischer Rechner mit Röhrentechnologie
ab 1949

Industrielle Produktion von elektrischen Rechnern
Joseph Weizenbaum
-wichtigstes Rechnermodell der theoretischen Informatik
-modelliert die Arbeitsweise eines Computers auf besonders einfache Weise
-1936 eingeführt
-macht Begriffe des Algorithmus und der Berechenbarkeit mathematisch fassbar
-repräsentiert Algorithmus bzw. Programm
-Berechnung besteht aus schrittweisen Manipulationen von Symbolen und Zeichen, die nach bestimmten Regeln auf ein Speicherband geschrieben und gelesen werden


 -Werke-
 Deutsch-US-amerikanischer Informatiker

- * 28.Januar 1923 in Berlin
- Luisenstädtisches Realgymnasium in Berlin
- Mitte der 1930‘er Jahre Jüdische Knabenschule
- 1936 Migration in die USA
- 1941 Informatikstudium an der Wayne State University in Detroit, Michigan
- Meteorologische Abteilung der United States Army Air Forces (im 2. Weltkrieg)
- 1950 Masterabschluss
- Wissenschaftlicher Assistent an der Fakultät für Mathematik
- 1952- 1963 Systemingenieur im Computer Development Laboratory der General Electric Corporation
– Arbeit an Konzeption des 1. Computer-Banksystems
- 1963 Associate Professor an Massachusetts Institute of Technology (MIT)
- 1970 Professor für Computer Science
- Mitentwickelung an ARPA net -> Vorläufer des Internets
- 1966 Veröffentlichung des Computer-Programm ELIZA
- Mitglied bei:
Computer Professionals for Social Responsibility (USA)
- Beirat des ‚Forum InformatikerInnen für Frieden und gesellschaftliche Verantwortung‘ (in Deutschland)
- Vorsitzender des Wissenschaftlichen Rates (Institute of Electronic Business (Berlin)
- Verweigerung der Mitarbeit an Waffensystemen (Vietnamkrieg)
- kritischer Aufklärer
- 1996 Berlin-Mitte
- 1998 Ehrendoktorwürde durch die Universität Bremen
- 5. März 2008 Tod (Schlaganfall) ( in Gröben , Berlin)
Joseph Weizenbaum
-endliche Kontrolleinheit
-Arbeitsband, auf welches sie schreibt und welches sie auslesen kann
-Zugriff auf das Band erfolgt über Kopf des Bandes
-Band ist auf beiden Seiten unbeschränkt
-Positionen, noch nicht beschrieben, enthalten Sonderzeichen '_' (Blank)
-Befehl besteht aus Lesen des Zeichens an Kopfposition
-gefolgt von Zustandsübergang, inklusive des Schreiben eines Zeichens an aktueller Kopfposition
-abschließendes Bewegen des Kopfes um ein Feld (nach links oder rechts)
-Maschine arbeitet bei Ausführung deterministisch
-besitzt neben Startzustand noch zwei weitere ausgezeichnete Zustände: den akzeptierenden und verwerfenden Zustand
-gelangt TM zu einem Zeitpunkt in einen dieser Zustände, wird Verarbeitung sofort abgebrochen und Eingabe akzeptiert, bzw. Verworfen
-neben Akzeptieren und Verwerfen gibt es noch die Möglichkeit, dass sich Maschine in einer unendlichen Schleife befindet und Berechnung nicht stoppt
-in diesem Fall sagt man, dass Maschine (zykelt)
-Menge mit aktuellem Zustand, Bandinhalt und Kopfposition nennt man (Konfiguration) der Turing Maschine
-da Maschine deterministisch arbeitet, hat jeder Zustand einen Folgezustand, welcher durch die Befehle der Maschine beschrieben wird
-existiert kein solcher Befehl, verwirft die Maschine ihre Eingabe
-existiert eine Folge von Befehlen von der Startkonfiguration zu einer akzeptierenden (verwerfenden) Konfiguration, wird die Eingabe akzeptiert (verworfen)



Die Turing-Machine

- Wörter, die mit ‘ X ‘ beginnen sind Gruppen von Ausdrücken, die gleich behandelt werden

Bsp. (unvollständige Liste)
[xnone] … sorry … apologise … remember … forget … if … dreamed … dream … perhaps … name … deutsch … francais … italiano … espanol …
[xforeign] … hello … computer … am … are … your … was … i … you … yes … no … my … can … what … who … when … where … how … because … why … everyone … everybody … nobody … noone … always … alike … like … different

- Einige Wörter besitzen eine Liste von Synonymen

Bsp.
• be — am … is … are … was
• belief — feel … think … believe … wish
• cannot — can't

- Schlüsselwörter lösen bestimmte Antworten aus
- Mehrere Reaktionsmöglichkeiten
- Auswahl nach dem Zufallsprinzip

Bsp. Antwort auf „Computer“

• Do computers worry you?
• Why do you mention computers?
• What do you think machines have to do with your problem?

- Programm knüpft einfach Zusammenhänge aus vorgegebenen Bausteinen , Wortkombinationen und Eigenwörtern

1966 ELIZIA
-> System zur Verarbeitung 'natürlicher Sprachen'

1969 ARPA net (Mitentwicklung)
-> Advanced Research Projects Agency Network

Monographien:
-1977: Computer Power and Human Reason
(die Macht der Computer und die Ohnmacht der Vernunft)
-1987: Kurs auf den Eisberg. Die Verantwortung des Einzelnen in der Diktatur der Technik
-2002: Vom Handeln im Netz. Dimensionen der Globalisierung

Aufsätze:
-1966: ELIZA – A Computer Program for the Study of Natural Language Communication between Man and Machine
-2008: Social and Political Impact of the Long-term History of Computing

2.
Das 17. Jahrhundert
Funktionsweise von ELIZIA
3.
Das 19. Jahrhundert
4.
Das 20. Jahrhundert
Funktionsweise
1.
Vor dem 17. Jahrhundert
Konrad Zuse
1. Vertreter
2. Vertreter
Alan Turing
3. Vertreter
Joseph Weizenbaum
Gliederung:
1679: Gottfried Wilhelm Leibniz beschreibt erstmals das Binärsystem: Ist heute Grundlage für elektronische Rechner (Speicher, Prozessoren), welche auf unterster Ebenenur die Schaltzustände an (1, Spannung liegt an)oder aus (0, Spannung liegt nicht an) kennen
Konrad Zuse
- geboren am 22. 6. in Berlin
- schließt 1935 sein Maschinenbaustudium ab und arbeitet bei den Henschel Flugzeugwerken
- 1936: Er entwickelt die Vision frei programmierbarer Maschinen, die den Ingenieuren Rechenarbeit abnehmen sollen
- entwickelt Z1
1938: In der Z2 arbeitet ein elektronisches Rechenwerk aus Telefonrelais
1941: Fertigstellung Z3
1945: Die von Zuse 1940 gegründete Firma "Zuse Apparatebau" und die Z3 werden bei einem Bombenangriff zerstört
1945/46: Zuse entwickelt "Plankalkül", eine der ersten höheren Programmiersprachen; Ziel ist jetzt nicht mehr, Rechenaufgaben mit dem Computer zu lösen, sondern sich der Kombinatorik zu widmen
1949: Gründung der Zuse KG
1955: Mit der Z11 beginnt die Zuse KG die Serienfertigung.
1957: Die Z22 ist der erste Rechner mit einem magnetischen Speicher.
18.12. 1995: Zuse stirbt in Hünfeld
Der Zuse Z3
- erster funktionsfähiger, frei programmierbarer, auf dem binären Zahlensystem und der binären Schaltungstechnik basierender Rechner der Welt
- am 12. Mai 1942 fertiggestellt
- bestand vollständig aus Relais
- Speicher für 32 binäre Gleitkommazahlen zu je 22 Bit
- Gleitkommarechenwerk für die vier Grundrechenarten und Quadratwurzel
- Steuerwerk besteht aus 9 Schrittschaltern
- Ein- und Ausgabeeinheiten arbeiteten im Dezimalsystem
- Programmsteuerung erfolgte mit einem 8-Kanalfilmstreifen
- enthielt binären Relais-Speicher mit 64 Worten zu je 22 Bit
- Taktfrequenz: 5 Hertz
- Addition: Inhalt Register R1 wird mit Inhalt von R2 addiert -> Ergebnis wird nach R1 geschrieben, danach wird der Inhalt von R2 gelöscht
- Rechenwerk konnte nur auf diese beiden Register zugreifen
- Register konnten auf jedes Wort im Speicher adressiert werden
- Steuereinheit kontrolliert abhängig von den Befehlen auf dem Lochstreifen und der Konsole die gesamte Maschine
- Zwei Betreibsmodi: Programm- und Dialogmodus
- Dialog: Wie mit Taschenrechner
- arithmetische Ausnahmebehandlung (nicht definierte mathematische Operationen, z.B. Division durch Null)
WEIZENBAUM. REBEL AT WORK. Film Trailer
Peter Haas und Silvia Holzinger
-> über das Leben des Joseph Weizenbaum
ARPA net

-Wide-Area-Netzwerk (dezentral) = Vorläufer des Internets
- 1969 gegründet von Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)
-Testumgebung für neue Networking Technologien
- Vernetzung mehrerer Universitäten und Forschungszentren
- basiert auf der Methode des Packet-switching
Boolesche Algebra
- mathematisches System zur Erzeugung logischer Aussagen + Regeln

- basiert auf binäre Zustände (1 und 0)

-Nutzung von Rechenoperationen, wie Konjunktion, Disjunktion, Negation, ...


Kommunikativgesetze = Vertauschungsgesetz
Assiziativgesetze = Verknüpfungs- / Verbindungsgesetz
Distributivgesetze = Auflösung der Klammern
Tautologiegesetze =allgemeingültig für jede Besettzung der Variable
Unerfüllbarkeitsgesetze = Unerfüllbarkeit, wenn false für jegliche Belegungen der Variable gilt
Gesetze mit Komplement = jedes Element a besitzt " ¬ a" (als Komplement)
a + ¬ a =1
a * ¬ a=0
Idempotentze = Variable bleibt bei disjunktiver oder konjunktiver Verknüpfung mit sich selbst unverändert
Von-Neumann-Architektur“ (=→ Rechnerarchitektur)

-beschäftigt sich mit der Organisation des internen und externen Aufbau von Computern
– gemeinsamer Speicher enthält: Computerprogrammbefehle und Daten
-gehört nach der Flynnschen Klassifikation zu SISD-Architekturen (Single Instruction, Single Data)

Prinzipien:

-> Einteilung des Rechners in 5 Komponenten

1. ALU
2. Control Unit
3. Memory
4. Ein- und Ausgabewerk
5. Binary Unit System
- Programme werden in Speicher abgelegt
-Daten, Programme, Resultate zusammen in Speicher abgelegt
- Speicher ist eindimensional
- Daten binär kodiert

Relais

-> mit elektrischem Strom betriebener Schalter mit 2 Schaltstellen
 Wirkt elektromagnetisch
 Fernbetätigt
 Über Steuerstromkreis aktiviert ;
 Schaltet weitere Stromkreise

Funktion: -> Prinzip des Elektromagneten
- Strom in Erregungsspule -> magnetischer Fluss durch ferromagnetischen Kern + durch Anker
- Krafteinwirkung auf den Anker -> schaltet Kontakte
- Spule nicht mehr erregt -> Feder bringt Anker in Ausgangslage
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