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Mein beruflich-akademischer Weg zum Wirtschaftsinformatiker

Blog, IT-Basics, Semester 01

Semester_01 – Tag 10 – IT Basics

IT BasicsIch habe heute einfach den Inhalt einer „IT Basics“ Vorlesung, so gut es ging, zusammengefasst. Leider ist das hier nur ein Bruchteil (ca. 15 bis 20%) dessen, was wir zugeworfen bekommen, da einige Infos verloren gegangen und/oder verfälscht sind, von daher bitte folgenden Text nicht 100%ig aufnehmen. Wer Fehler findet, kann mich gern darauf hinweisen!
Ich möchte an dieser Stelle nur aufzeigen, welche Masse an Stoff auf uns einströmt.

Historische Rechner-Entwicklung

Reine Mechanik

Vorgestellt wurde uns zuerst die sogenannte „Staffelwalzen“ oder „Sprossenräder“ von Gottfried Wilhelm Leibniz, die mittels verschiebbarer Zahnräder rechnen konnte.

Eine neue Entwicklung kam in der ersten Hälfte des 19ten Jahrhunderts von Charles Babbage, der die Idee einer „Difference Engine„, die über eine „Wortlänge“ von 31 Dezimalstellen verfügt und ein Druckwerk sowie die Möglichkeit besitzt, direkt Druckplatten herzustellen, um menschliche Fehler bei der Erstellung mathematischer Tafeln von vornherein auszuschliessen. Charles Babbage entwickelte aus dieser Maschine heraus eine Weitere, die „Analytical Engine„, die zu seinen Lebzeiten nicht mehr fertig gestellt wurde.

Relais

Dann war ca. 100 Jahre Ruhe in der Rechnerentwicklung bis Konrad Zuse mit seinen Entwicklungen den Fortschritt der Rechnersysteme weiter vorantrieb. Seine Z3 rechnete mittels Relais, was schon ein enormer Fortschritt war. Doch Relais sind Grenzen gesetzt, vor allem sind sie gross und schwer, wenn man 1000ende von ihnen benötigt, um den steigenden Rechenleistungsanforderungen gerecht zu werden, kommt ein gigantisches Gewicht und eine enorme Grösse zusammen.

Röhren

In den 1940er Jahren entwickelte man Rechner, die mit Röhren rechneten. Beispielhaft seien hier die Maschinen „IBM 650“ und „IBM 701“ genannt. Diese Form von Rechnern war jedoch sehr energiehungrig, da diese Technik durch Erwärmen und Abkühlen der Röhren rechnet. Wenn man betrachtet, wieviel Watt eine Röhre für den Erwärmungsvorgang benötigt und davon mehrere Tausend Stück sich im Rechnersystem befinden, so kann man sich ausrechnen, wie viel Watt ein Röhrenrechner im Jahr „verbraucht“ hat. Als Beispiel der erste Röhrenrechner ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer):
Dieser wog 30 Tonnen, hatte 17.000 Röhren, die 174.000 Watt benötigten, was einem Jahresenergiebedarf im Dauerbetrieb von ca. 1.500.000 kW/h entspricht. Zum Vergleich:
Eine vierköpfige Familie mit einem Jahresverbrauch von 4.000 kW/h kann mit dem Energiehunger des Röhrenrechners in einem Jahr ganze 375 Jahre ihren Haushalt versorgen.
Die ENIAC hatte noch vergleichsweise wenig Röhren. Der grösste Röhrenrechner der Welt, der AN/FSQ-7, wog 275 Tonnen und rechnete mit 55.000 Röhren!
Wenn es interessiert, hier eine Liste von Röhrenrechnern –> Klick mich!
Es war also dringend erforderlich, die Technologie weiterzuentwickeln…

Transistoren

… und so kam man zu Halbleitern und Transistoren.
Diese Technologie war, im Verhältnis zu heute, immer noch gross, „Computer zum Anfassen“, aber ein enormer Fortschritt. Man konnte nun Rechner bauen, deren Grösse ähnlich war wie die der Röhrenrechner, aber die Rechnerleistung war um ein Vielfaches höher. Ein Beispiel ist die „IBM Stretch„, welche 13 Meter lang war. Leider ist kaum ein Vergleich ihrer Leistung mit den heutigen Systemen möglich, da die Stretch dezimale Festkommazahlen-Berechnungen von 1bit bis 64bit durchführte und die Blockadressierungen varierten, was sich nachteilig bei der Berechnung erwies.

Integrierte Schaltungen

Die IBM Stretch besass teilweise schon integrierte Schaltungen auf Steckkarten, die nach und nach im Laufe des Fortschritt immer kleiner wurden. CPUs, die Anfangs um einiges grösser waren als ein Collegeblock, wurden immer kleiner bis hin zu den heute bekannten Aussehen.

Speichermedien

Laufzeit-Speicher

Die ersten Idee von Laufzeit-Speichern war, Schallwellen oder ähnliches in einem ringförmigen Medium festzuhalten. So entstand Quecksilber-Laufzeitspeicher, der bspw. an dem UNIVAC angeschlossen war. Eingesetzt wurde dieser Speicher bspw. bei Radar-Systemen, die mittels Subtraktion des neuen Radarbildes vom Alten auf dem Bildschirm darstellte, ob sich (feindliche) Flugzeuge in der Luft befinden.

Magnettrommelspeicher

Eine Weiterentwicklung ist der Magnettrommelspeicher, welcher wie folgt aufgebaut ist:
Auf einer Trommel ist eine dünne, magnetisierbare Schicht aufgetragen, welche durch von Aussen aufgesteckte Zylinder magnetisiert wird. Die Trommel dreht sich dabei mit ca. 2.500 Umdrehungen/Minute, bei einem ungefähren Gewicht von acht Kilogramm. Die Daten wurden gelesen, in dem der Lese-/Schreibkopf wartete, bis die gewünschten Daten vorbeirotierten.

Röhrenspeicher

Da die Trommel beim Auslesen der Daten recht langsam war, ging die Entwicklung weiter zur Williamsröhre, einer abgewandelten Form der Kathodenstrahlröhre. Diese Methode war jedoch sehr empfindlich und unzuverlässig, denn man musste die auszulesenden Punkte jedes Mal genau treffen, was recht schwierig war. Eine Langzeitspeicherung war auch aufwändig, da die „Speicherpunkte“ immer wieder erneuert werden mussten, um die Daten zu erhalten. Bei der Ungenauigkeit des „Beschusses“ konnte es also passieren, dass Speicherpunkte verloren gingen und Daten unbrauchbar wurden.

Kernspeicher

Besser funktionierte der Kernspeicher, welcher mittels Drähten und magnetisierbarer Ringe Daten speicherte. Dabei wurde ausgelesen, in welcher Richtung ein Ring magnetisiert war (links oder rechts gedreht bzw. Null Ladung), in dem man einen positiven Stromimpuls durch das Drahtgeflecht schickte und die Ladung (bzw. die Reaktion) der Magnetringe auslas. Dabei verloren alle Magnetringe ihren Speicherzustand, so dass nach der Auswertung der Ladungen die Magnetringe umgehend ihrer Magnetiesierung entsprechend erneut geladen wurden, um die Daten nicht zu verlieren.

Statischer und dynamischer Speicher

Aus der Idee des Kernspeichers, welcher schon „random access“ adressierbar war, entwickelten sich der heutige Arbeitsspeicher (RAM). Auf die Funktionsweise gehe ich an dieser stelle nicht ein, diese sollte eigentlich grob bekannt sein.

Ein- und Ausgabegeräte

Unterschieden wird hier zwischen „Block Devices“ (Magnetbänder) und „Character Devices“ (Tastatur, Maus). „Block Devices“ schreiben, wie der Name schon sagt, ganze Datenblöcke, was heisst, diese sammeln eine vorgegebene Menge an Daten, bevor sie einen Schreibvorgang auslösen. „Character Devices“ reagieren sofort auf Eingaben… es wäre auch fatal, wenn man beispielweise erst einmal einen 512 Kilobyte grossen Datenblock beim Schreiben einer eMail füllen müsste, bevor der Text auf dem Bildschirm erscheint.

Soo… jetzt wird’s mir gerade etwas viel und ich muss noch meine Scientific Abstracts zu Ende schreiben, so dass ich folgende Themen nur noch verlinke. Sorry!

Lochkarten
Magnetbänder
Magnetplatten
–> Wechselplatten
Festplatten
SSD

Drucker

Zeilendrucker (Walzen-/Kettendrucker)
Kammdrucker
Nadeldrucker
Thermotransferdrucker
Belichtungssystem (Laserdrucker)

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