8.0. Computer, Programm, Algorithmus  history menue Letztmalig dran rumgefummelt: 18.11.13 18:59:14
Computer sind universell einsetzbare Maschinen zur automatisierten Verarbeitung von Informationen. Dabei geschieht die Informationsverarbeitung auf Grundlage eines Programms. Diese verwenden letztendlich immer den Befehlssatz und die Hardwareressourcen des jeweiligen Prozessorsystems.

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begrenzt verwendbar - selbst aufpassen, ab welcher Stelle es Blödsinn wird ;-)

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Die Leistungsfähigkeit eines Computers setzt sich zusammen aus seiner Intelligenz - also der Anzahl der fest eingebauten Fehler - , der Geschwindigkeit, mit der er eine größtmögliche Anzahl von Katastrophen produziert, und der Antwortzeit: der Zeit, die der Computer braucht, um sich von Deiner Eingabe zu erholen.
Seit Jahren ist die Computerindustrie  mit wachsendem Erfolg dabei, die Leistungsfähigkeit und Fehleranfälligkeit ihrer Systeme zu erhöhen und damit eine immer größere Zahl von Supportingenieuren, Reparaturbetrieben, Installationsfachleuten und Troubleshooting-Experten in Lohn und Brot zu setzen. Diesem wachsendem Markt steht auf der anderen Seite die immer geringer werdende Zahl von Firmen gegenüber, die noch ohne Computer in der Lage sind, positive Bilanzen zu erreichen. Ganz zu schweigen von der noch geringeren Zahl von Firmen, die noch in der Lage sind, trotz Computer positive Bilanzen zu erreichen.

Murphys Gesetz - dass nämlich alles, was schief gehen kann, auch schief geht - wird wie wir festgestellt haben durch den Computer optimiert. Da diese Regel sowohl für das Computersystem an sich als auch für die Beziehung "Computer/Rest der Welt" gilt, sind die Chancen groß, dass es schon in absehbarer Zeit außer Computerherstellern und Computerreparaturbetrieben keine anderen Firmen mehr gibt, bis auch diese aufgrund obligatorischer Computerfehler Konkurs anmelden und eine Gesellschaft übrig bleibt, in der außer Computerfehlern nichts mehr existiert.

der Commputer-Selbstbausatz von IKEA

die ultimative Computerliste ...

+++ COMPUTER +++ COMPUTER +++ COMPUTER +++ COMPUTER +++ COMPUTER +++ COMPUTER +++
1. Aufbau und Arbeitsweise des Computer
2. Geschichte des Computers
3. Programm und Programmbeispiele
4. Algorithmus
5. Neuigkeiten zum Thema Computer
6. Verwandte Themen

Otto G. Folberth hat unterschiedliche Eigenschaften von Menschen und herkömmlichen Computern mit wenigen Worten prägnant dargestellt:

Die traditionellen Geräte und Systeme der Daten- und Informationsverarbeitung - die „Computer“ - sind in ihrer Handhabung stark von ihren immanenten Strukturen und Fähigkeiten bestimmt. Diese sind fundamental verschieden von den menschlichen Fähigkeiten und Vorgehensweisen, ja sie sind - in gewisser Beziehung - oft komplementär zu diesen (siehe Tabelle). Das bedeutet, dass sich der Mensch, der sich solcher Maschinen bedient (der „Operator“), den Idiosynkrasien (Überempfindlichkeit) dieser Maschinen weitgehend anpassen muss, um sie effektiv nutzen zu können. Hierfür ist eine nicht unbeträchtliche Expertise erforderlich, die nur in einer aufwendigen Ausbildung (z. B. das Programmieren in Maschinensprache“) erworben werden kann und die nur bei einem hohen Stand an minutiösem, fehlerfreiem Handeln brauchbare Resultate liefert.

Friedrich Gasper, Ina Leiß, Mario Spengler, Hermann Stimm; „Technische und Theoretische Informatik“; Bayrischer Schulbuchverlag München; 1. Auflage 1992; S. 64 ff.

Eigenschaft/Tätigkeit

Relation der Muster  
  Mensch Maschine
schnelle und präzise Manipulation großer Datenmengen
Vergleichen komplexer Muster
Erkennen von Ähnlichkeiten Relationen und Bezüge erkennen
präzises Speichern und rasches Abrufen von Daten und Fakten
relationales ,.ungefähres“ Speichern und „gemächliches“ Abrufen von Vorgängen
Speichern und Verdrängen (Vergessen) entsprechend wahrscheinlicher, zukünftiger Bedeutung
simultane, parallele distributive Arbeitsweise (leichtes, unbewusstes „roll-in roll-out“)
gleichzeitiger Ablauf mehrerer Vorgänge mit loser Kopplung und unterschiedlicher, rasch sich ändernder Priorität
präzises, logisches Schließen, beliebige Wiederholbarkeit mit exakt gleichem Ergebnis
dauernde und lückenlose bewusste Präsenz aller Daten und Verarbeitungsprogramme
Größenordnungen und Relationen abschätzen usw.

1. Aufbau und Arbeitsweise des Computers history menue scroll up
Computer [kom'pju:tarl (engl.: to compute = rechnen, berechnen; ursprünglich aus dem lat. computare = berechnen; Synonyme: Datenverarbeitungsanlage, Abk: DVA; häufig auch Rechner oder Rechenanlage): Universell einsetzbares Gerät zur automatischen Verarbeitung von Daten.
Rechnen als eine grundlegende Kulturtechnik hat die Menschen bereits vor langer Zeit dazu angeregt, diese Tätigkeit zu mechanisieren und zu automatisieren. Den Anfang bildete der Abakus (Geschichte der 1 Informatik), der bis ins 16. Jahrhundert verwendet wurde. Es folgten weitere mechanische Geräte, die zur Unterstützung von speziellen Rechenproblemen aus verschiedenen Bereichen, überwiegend bei der Seefahrt und Astronomie, dienten. Alle diese Hilfsmittel waren jedoch noch keine Computer: Sie waren für eine bestimmte Anwendung gebaut und mussten von Menschen bedient werden. Heutige Computer kann man durch Änderung ihres Programms für beliebige Zwecke (nicht nur zum Rechnen) einsetzen und selbständig weiterarbeiten lassen. Einmal sortiert er Namen, im nächsten Moment prüft er, ob eine eingegebene Zahl Primzahl ist oder nicht, dann wieder füllt er die Steuererklärung aus, steuert einen Schweißautomaten, übernimmt die automatische Landung des Flugzeugs, verwaltet Kochrezepte oder spielt Schach. Bei jeder dieser grundverschiedenen Anwendungen bleibt der Computer als physikalisches Gerät unverändert, geändert wird jeweils nur sein Programm.
Diese Idee hat als erster der Engländer Charles Babbage (1792-1871) durchdacht. Er entwarf um 1840 seine „Analytical Engine", die einen Speicher und eine Rechen- und Entscheidungseinheit besaß. Die steuernden Programme sollten wie beim mechanischen Webstuhl in Lochkarten gestanzt werden. Die Analytische Maschine wurde nie gebaut, sie ließ sich mit der Feinmechanik des 19. Jahrhunderts nicht realisieren. 
Erst dem deutschen Ingenieur Konrad Zuse gelang es, von 1934 bis 1941 die erste programmgesteuerte Rechenanlage Z3 zu erstellen. 1943 entstanden in Großbritannien der Rechner COLOSSUS, bei dem Programme in Steckbrettern enthalten waren, und in den USA der erste vollelektronische Computer ENIAC. Aufbauend auf Ideen von J. v. Neumann wurden ab 1949 Computer gebaut, in denen Programme wie Daten gespeichert und manipuliert werden. Universelle Einsetzbarkeit, hohe Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit und vollautomatischer Betrieb haben zur explosionsartigen Verbreitung der Datenverarbeitung geführt.
Arbeitsweise eines Computers: Ein Computer nimmt Eingabewerte (Zahlen, Wörter, usw.) entgegen und wandelt sie nach bestimmten Regeln in Ausgabewerte um. Ein- und Ausgabe können auch abwechselnd ablaufen, d. h. der Computer liest einen Teil der Eingabe, liefert dann eine Ausgabe, liest wieder einen Teil der Eingabe usw. Die Regeln, nach denen die Eingaben verarbeitet und Ausgaben erzeugt werden, teilt man dem Computer durch Eingabe eines Programms mit. Programme bestehen aus einer Folge von einfachen Arbeitsschritten (sog. 1 Anweisungen), die vom Computer interpretiert und schrittweise nachvollzogen werden (Abb. 1).
Hauptbestandteile des Computers:
  • Gehäuse
  • Netzteil
  • Mainboard (Hauptplatine) - sie enthält unter anderem:
    • Rechnerzentraleinheit Central Processing Unit oder CPU oder auch Mikroprozessor
    • ROM (BIOS-ROM)
    • RAM (Random Access Memory)
    • In/Out-Controller
  • Festplatte

Prinzipieller Aufbau eines PC

Prinzipieller Aufbau eines PC

Prinzipieller Aufbau eines PC

Das EVA-Prinzip (EINGABE - VERARBEITUNG - AUSGABE)

(engl. To compute = rechnen, berechnen); ursprünglich aus dem lat. computare = berechnen; Synonyme: Datenverarbeitungsanlage, Abk: DVA, EDV (elektronische Datenverarbeitung) oder Rechenanlage): universell einsetzbares Gerät zur automatischen Verarbeitung von Daten. Für den Nutzer ist der Computer eine Kombination aus Hard- und Software zur Lösung komplexer oder immer wiederkehrender Aufgaben.
Der Computer ist eine technische Einrichtung zur Lösung komplexer arithmetischer und/oder logischer Aufgabenstellungen durch Verknüpfung von Daten. Wenn geistige Arbeit durch eine Anzahl von Regeln (Algorithmen) beschrieben werden kann, kann sie von einem Rechner (Computer) ausgeführt werden.

Das englische Wort „computer“ hat seinen Ursprung im lateinischen Wort „(com)putare“ (zu berechnen) und bedeutet: „Einer, der rechnet“. Oder auch: „Eine automatische elektronische Maschine, die mathematische Operationen ausführt. “Die meisten von uns haben ein ganz anderes Verständnis vom Computer. Jedes Schulkind weiß, dass Computer auch faszinierende Spiele anbieten können. Sekretärinnen benutzen Computer täglich, um Briefe fast mühelos zu erstellen und gestalten. Mondraketen werden durch Computer gesteuert. Architekten und Designer zeichnen mit Hilfe eines Computers. In der Tat sind die Anwendungsmöglichkeiten von Computern fast unendlich. Die englische Definition von Computer („ein Rechner“) spiegelt seine Geschichte wieder. Seit seinen Anfängen hat der Mensch immer wieder Rechenhilfen gesucht, die ihm die lästige Arbeit, die mit Zahlen und Rechnen verbunden war, abzunehmen.

Rechenhilfen hatten zwei Hauptaufgaben:

  • Menschen den komplizierten Umgang mit abstrakten Zahlen zu erleichtern

  • menschliche Fehler auszuschließen

  • Ergebnisse einfach schneller und genauer verfügbar zu machen


2. Zur Geschichte des Computers history menue scroll up
Computer sind älter als landläufig angenommen. Zudem hat sich der Computer in der Form, wie wir ihn heute kennen, nicht in gerader Linie entwickelt. Es mussten viele Umwege zum heutigen Computer gegangen werden. Zudem spielten viel Parallelwissenschaften eine nicht unwesentliche Rolle - der Computer ist eben nicht nur ein Ergebnis der Vereinfachung von Rechenprozessen. Nachrichtenübertragung und Elektronik prägen den Computer ebenso.
Script zur Geschichte der Informatik im PDF-Format - sehr groß (2 MByte)
Script zur Herkunft des Wortes "Computer" im PDF-Format - sehr groß (2 MByte)
mehr Computer-Geschichte hier

3. Programm und Programmbeispiele history menue scroll up
Ein Programm ist die Umsetzung eines Algorithmus und der zugehörigen Datenbereiche in eine Programmiersprache. Während Algorithmen relativ allgemein beschrieben werden können, sind Programme wesentlich konkreter.
Nach DIN 44300 ist ein Programm eine „nach den Regeln der verwendeten Programmiersprache festgelegte syntaktische Einheit aus Anweisungen und Vereinbarungen, welche zur Lösung einer Aufgabe notwendige Elemente umfasst“. Eng mit dem Programm verknüpft sind Begriffe wie: Algorithmus, Daten, Datei, Variablen Datentypen, Resultate, Software.
Nicht unbedingt ist der Begriff des Programms an den Computer gebunden (wenngleich er heute meist damit im Zusammenhang zu sehen ist!!!), so gibt es Veranstaltungsprogramme, das Fernsehprogramm (wahrscheinlich das bekannteste), selbst der Fahrplan der Bundesbahn repräsentiert ein Programm eine Folge von Schritten und deren zeitlicher Ablauf nach einer geplanten Reihenfolge.
Alle Programme eines Computers fasst man unter dem Oberbegriff Software (dt. weiche, d. h. veränderbare Ware) zusammen.

Für die Programmierung wurden spezielle Programmiersprachen entwickelt, mit denen man Programme exakt und unmissverständlich beschreiben kann. Programmiersprachen bestehen aus genau festgelegten (meist an die englische Sprache angelehnten) Worten und Regeln, wie diese Worte in Programmen verwendet werden dürfen und welche Bedeutung sie haben. In der Programmiersprache  PASCAL (PASCAL ist der Name der Sprache, so wie Deutsch der Name unserer Sprache ist) formuliert man das Programm aus Beispiel 3) wie auf S. 103 dargestellt, wobei das Kleingedruckte nur Kommentar ist (der das Programm „lesbarer" macht) und vom Computer überlesen wird.

hier nun geht's zum Programm aus wissenschaftlicher Sicht
Ein Programm enthält die für die für die Arbeit eines Datenverarbeitungssystems erforderlichen Arbeitsanweisungen in Form von Befehlen bzw. Anweisungen. Formal entspricht jedes Programm einem endlichen Algorithmus, durch den die zu lösende Aufgabe bis in die letzte Einzelheit eindeutig und für den Rechner nachvollziehbar beschrieben ist. Die auf einem Rechnern benutzten Programme werden eingeteilt in Systemprogramme (Betriebssysteme) und Anwendungsprogramme. Je nach Art der für die Programmierung verwendeten Programmiersprachen werden die Primärprogramme nach der Erstellung, die in einer symbolischen Porgrammiersprache erfolgt, in die Maschinensprache übersetzt, wobei durch Compiler Objektprogramme entstehen, die beliebig oft wiederholt werden können, während beim Einsatz von Interpretern mit der Übersetzung auch gleich die Ausführung erfolgt. soll hierbei mehrmals dasselbe Programm verwendet werden, so muss es jedes mal wieder gleichzeitig neu übersetzt werden. Hinsichtlich der Form, in der ein Programm vorrätig gehalten wird, unterscheidet man frei programmierbare Programme, die nach Belieben geändert werden können, und Festprogramme, die in Festspeichern enthalten sind, aber keine oder nur mit bestimmten Methoden mögliche Änderungen zulassen. Die Gesamtheit aller auf einem Rechner verwendeten frei programmierbaren Programme wird in der Programmbibliothek vorrätig gehalten, die sich auf einem externen Speicher befindet, von dem die jeweils benötigten Arbeitsprogramme in den Arbeitsspeicher geladen werden. Die Gesamtheit aller Programme wird mit dem Begriff Software bezeichnet.
Programme besitzen folgende Eigenschaften:
  • sie sind im exakt definierten und eindeutigen Formalismus einer Programmiersprache verfasst.
  • sie sind hinreichend detailliert (präzise in einzelnen Schritten)
  • sie nehmen Bezug auf eine bestimmte Darstellung der verwendeten Daten
  • sie sind auf einer Rechenanlage ausführbar
  • ein und derselbe Algorithmus kann in verschiedenen Programmiersprachen geschrieben werden; er bildet eine Abstraktion aller Programme, die ihn beschreiben.

Ein Programm muss

  • das zu lösende Problem detailliert beschreiben - ja - das Problem muss überhaupt erst einmal beschreibbar sein!

  • ausgedacht werden (Planung, Anwendung von Algorithmen)

  • in einer „menschenverständlichen Form“ aufgeschrieben werden (Hochsprache)

  • vom Compiler oder Interpreter übersetzt werden (1. Form eines Programmes)

  • vom Computer ausgeführt werden (2. Form eines Programmes)


4. Algorithmus history menue scroll up

In neuerer Zeit hat man entdeckt, dass es bei der Gestaltung von Computerprogrammen praktisch nur drei Grundformen von Algorithmen-Mustern gibt, die Reihung (Sequenz), die Auswahl (Selektion) und die Wiederholung (lteration). Das hat zu einer völligen Umstellung der Programmiertechnik (Programmierung, strukturierte) geführt, die erhebliche Verbesserungen hinsichtlich der Übersichtlichkeit, der Änderungsfreundlichkeit und der Benutzerfreundlichkeit bewirkte. Diese Erkenntnisse haben sich bis in die Konstruktion neuer Sprachen ausgewirkt (z. B. bei PASCAL).
hier nun geht's zu den Algorithmen


5. Interessantes rund um den Computer history menue scroll up

 
Computermuseen
Grundsätzliche Modelle von binären  Rechenmaschinen Grundlagen der elektronischen Informationsverarbeitung Computerarchitektur - Hard- und Software im Zusammenwirken Grundlagen der Software-Entwicklung Basis der Mikroelektronik Unterlagen Klaus

Rechenmaschinenmodelle

Informationselektronik

Computerarchitektur

Programmierungstechnik

 

Mikroelektronik

Assembler-Programmierung

MOPS Bonsai-Computer JOHNNY-Simulator Z80-Funktionssimulator

CPU-Simulation mit MOPS

Bonsai-Computer

der JOHHNNY-Simulator

komplexer Mikrorechner mit Funktionsanalysator

LC-80-Logo und mehr LC-80 aktuell

   

... sensationell bis heute: der 486


6. Verwandte Themen history menue scroll up

Was ist alles mit dem Betriebssystem eines Microcomputers verwandt? Antwort: faktisch der gesamte Bereich der Digitalelektronik und sowieso die gesamte Technik der Software-Technologie der Vergangenheit, Gegenwart sowie zumindest der nächsten Zukunft.
Bereich Mikroprozessortechnik

Prozessoraufbau für Fortgelaufene ;-)

CPU-Register für Fortgelaufene ;-)

BUS-Systeme

Flags

Cash-Speichero

Befehlspipeling

Stack-Operationen

   
Bereich Informatik

... wer in der Informatik was erreichen will, muss sich tief reinknien!

Logo der Pardigmen des Informatikunterrichts

Logische Struktur einer CPU

Bereich Programmierungstechnik

Programme

Programmierung

Programmiersprachen

Software-Engeneering

Datentypen - sind ja auch besond're Typen gewesen ;-)

Logo der Struktogramme

EVA-Prinzip & Objekt-, Attribut-, Operatiosnbeziehung

Modultechnik

Intel-Interrupt

Bereich Pädagogik & Informatik

Informatikunterricht

Leitlinien und Prinzipien des Informatikunterrichts

Paradigmen des Informatikunterrichts

Pädagogik, Fachdidaktik sowie Methodik der Informatik

Medienkompetenz oder informatische Bildung

Informatik-Projekte am Gymnasium Flöha

Bereich Rechentechnik und Betriebssysteme

Computergeschichte

von-Neumann-Architektur

Logo der Parallelrechnersystemee

Betriebssysteme

Mikroprozessoren

 

der LC-80

POLYCOMPUTER

Z80-CPU

Mnemonic-Code-Notation

höhere Programmierwerkzeuge

... und so funktioniert ein Computer

 

die beliebte alphabetisch sortierte Schnell-Liste

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Allgemeine FLAG-Wirkung

FLAG-Wirkung auf OP-Code-Gruppen

Alphabetisch sortierte Dokumentation

FLAG Teile I

FLAG Teile 2

Allgemeine Funktionssymbolik

Der LC-80 Simulator

Microcontroller

Bonsai-Computer

der interne JOHHNNY-Simulator



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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha © Frank Rost im April 1993

... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus nicht mehr teilzunehmen ;-)

„Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“

Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist

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