Vortragsthemen

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I. 24.2.14 (Montag): Computerkonzepte

Um eine theoretische Grundlage für das Seminar zu schaffen, gibt es zu Beginn eine Einführung in einige bedeutende Konzepte, die die historische Entwicklung von Computern maßgeblich beeinflusst haben. Die betrachteten Konzepte waren entweder wegweisend oder direkte Vorbedingungen für die Entwicklung moderner Computer.

1. Gruppenarbeit: Kybernetik

Die in den 1940er Jahren unter dem Begriff Kybernetik zusammengefassten Konzepte aus verschiedenen Einzeldisziplinen wie beispielsweise der Nachrichtentechnik waren maßgeblich für die Entwicklung des Computers. Regelkreisläufe, Feedbackschleifen, Mit- und Gegenkopplungen sind grundlegende Konzepte, die Selbstregulation und Automatisierung ermöglichen und die sich in Computerarchitekturen eingeschrieben haben.

2. Analog- und Digitalcomputer im Vergleich

Lange Zeit waren in der Geschichte der Rechenmaschinen Analogrechner vorherrschend, die im Vergleich zu Digitalrechnern kontinuierliche statt diskrete Wertebereiche zur Informationskodierung verwendeten. So wurden noch am Anfang des 20. Jahrhunderts mechanische Analogcomputer (z.B. Vannevar Bush) und später auch elektronische Analogcomputer gebaut. In der heutigen Zeit sind Analogcomputer weniger verbreitet, Analog-Digital-Wandler hingegen sind speziell in Messgeräten wichtige Bestandteile.

Folien zum Vortrag (verschlüsselt)

3. Mathematik binärer Computer

Das binäre Zahlensystem wurde Anfang des 18. Jahrhunderts von Gottfried W. Leibniz beschrieben. Das Dualsystem erlangte bereits in den frühen modernen Rechenmaschinen, wie denen von Konrad Zuse, eine wichtige Rolle, da es als Basis für die mathematischen Berechnungen eingesetzt wurde. Es besitzt im Vergleich zum dezimalen Zahlensystem einige Besonderheiten wie beispielsweise Shifting und häufigere Übertragsrechnungen. Oft finden sich in Computern Binär-Dezimal-Wandler um die Zahleneingabe zu erleichtern. Neben dem binären Zahlensystem ist die Gleitkommadarstellung relevant für mathematische Vorgänge in Computern.

4. Boolesche Algebra und Logikgatter

Mitte des 19. Jahrhundert entwickelte George Boole die sogenannte Boolesche Algebra, die logische Operationen mit Hilfe algebraischer Methoden beschrieb. Auf Booles Arbeit aufbauend leitete 1937 Claude E. Shannon die Schaltalgebra her. Die Schaltalgebra erlaubt die Überführung von logischen Operatoren in Form von binären Logikgattern in technische Bauteile, welche essentiell für die Konstruktion von Computern waren.

5. Von-Neumann-Architektur

Die Von-Neumann-Architektur ist ein Computermodell, welches in erster Linie darauf beruht, dass der Speicher sowohl Daten als auch Programme beinhalten kann. Dieses Prinzip wurde nach John von Neumann (Veröffentlichung 1945) benannt, obwohl auch schon Konrad Zuses Rechenmaschinen (Veröffentlichung 1937, Bau der Zuse Z1 1938) dieses Kriterium erfüllten. Noch heute ist die Von-Neumann-Architektur grundlegend für moderne Computer.

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II. 25.2.14 (Dienstag): Computertechnologien

In diesem Themenblock werden grundlegende Technologien vorgestellt, die die historische Entwicklung von Computern beeinflusst haben. Parallel dazu werden die fünf einflussreichsten zugehörigen Bauelemente, die in Computern integriert wurden, in ihrer Funktionalität beschrieben und anhand von exemplarischen Computern als konstitutive Komponenten erläutert.

1. Prof. Rojas: Mechanische Rechentechnik (Mechanik)

Vortrag von Prof. Rojas zu Konrad Zuses erster Rechenmaschine Z1.

Zur Entwicklung frühester Rechenmaschinen wie z.B. Babbages Analytical Engine (Veröffentlichung der Beschreibung der Maschine 1837) wurden mechanische Bauteile verwendet. Auch die Zuse Z1 nutzte noch mechanische Rechentechnik, bei der zur Reibungsminderung Glasplatten eingesetzt wurden.

2. Relais (Elektromechanik)

Die Mechanik wurde in der Entwicklung der Rechenmaschinen nach und nach von elektrischen Technologien verdrängt. In der Zuse Z3 wurden mit der Verwendung von Relais, die zuvor für die Telefontechnik entworfen wurden, elektromechanische Bauteile verwendet.

3. Elektronenröhre (Elektronik)

Mit dem Einsatz der Elektronenröhre als grundlegendes Bauteil wie beispielsweise in der Zuse Z22 wurden erstmals elektronische Verfahren in Computer integriert.

4. Transistor (Halbleiterelektronik)

Ab 1955 wurden Transistoren als Schaltbauteile in Computern wie dem TRADIC und dem Mailüfterl eingesetzt. Auch die Zuse Z23 verwendete Transistoren.

* PS_GeComp_Dienstag_Transistor-Digel.zip: Folien zum Vortrag Transistor - verschlüsselt

5. Integrierter Schaltkreis/Mikrochip (Mikroelektronik)

Mit integrierten Schaltkreisen wurde die Transistortechnologie miniaturisiert und auf einer gemeinsamen Basisplatte (dem Chip) zusammengeführt. Für die Architektur der Chips wurde auch die sogenannte Transistor-Transistor-Logik entworfen. Anfang der 1970er Jahre wurden unter anderem mit dem Intel 4004 die ersten Mikroprozessoren entwickelt. Der Intel 8080 und Zilog Z80 waren weitere weitverbreitete Mikroprozessoren.

Folien zum Vortrag (verschlüsselt)

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III. 26.2.14 (Mittwoch): Der Massenmarkt

Der IBM-Vorsitzende Thomas Watson vermutete 1943, dass es einen Weltmarkt für vielleicht fünf Computer gäbe. Das war eine Fehleinschätzung. Nachdem Computer die Verarbeitung großer Datenmengen in Forschung und Wirtschaft ermöglicht hatten, zogen sie in den 80er Jahren auch in die Privathaushalte ein und wurden Teil des Alltags. In dieser Session greifen wir Geräte heraus, die kommerziell sehr erfolgreich waren und ihrer Geräteklasse zum Durchbruch auf dem Massenmarkt verhalfen.

1. HP-65

Der HP-65 (1974) war der erste programmierbare Taschenrechner. Er hatte 9 Register zum Speichern von Zahlen und konnte Programme von bis zu 100 Tastaturkommandos ausführen.

Folien (verschlüsselt)

2. Apple II

Der Apple II (1977) war einer der ersten Personal Computer, die nicht als Bausatz, sondern komplett montiert in einem Gehäuse vertrieben wurden. Seine acht Steckplätze und die offengelegten Schnittstellen trugen zur großen Verbreitung bei.

3. Commodore C64

Der Commodore C64 (1982) ist der weltweit meistverkaufte Heimcomputer und aus den Kinder- und Jugendzimmern der 80er Jahre nicht wegzudenken. Folien

4. Motorola DynaTAC 8000X

Das Motorola DynaTAC 8000X (1983) war das erste kommerziell verkaufte Mobiltelefon. Es wog 790gr, hatte eine Gesprächsdauer von 30 Minuten und kostete 3995 USD.

5. Palm Pilot

Der Palm Pilot (1996) war der erste kommerziell erfolgreiche Personal Digital Assistant (PDA). Statt einer Tastatur besaß er einen Touch-Screen und wurde mit einem Eingabestift bedient.

PalmPilot1000.zip: Palm Pilot 1000, verschüsselt

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IV. 27.2.14 (Donnerstag): Die digitale Revolution

Seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts treibt die Digitalisierung den gesellschaftlichen Wandel voran. Während in der industriellen Revolution zur Zeit des 19./20. Jahrhunderts körperliche Arbeit von Maschinen übernommen wurde, wird in der digitalen Revolution geistige Arbeit von Computern übernommen. Zum Abschluss des Seminars schauen wir uns einige während der digitalen Revolution entstandene Technologien an und diskutieren die Frage, welche Entwicklungen in der Zukunft noch zu erwarten sind.

1. Schachprogrammierung

Schachprogrammierung war ein bereits von den Computer-Pionieren der 40er Jahre diskutiertes Problem. Von Alan Turing und Konrad Zuse sind eigene Programme überliefert. Seit 1997 der IBM-Rechner Deep-Blue den damaligen Schachweltmeister Garry Kasparow in einem Wettkampf besiegen konnte, gilt das Problem jedoch gelöst und ist aus dem Fokus der KI-Forschung verschwunden.

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Ausarbeitung

2. Internet

Das Internet entstand in den 80er Jahren als Zusammenschaltung mehrerer paketbasierter Netzwerke. Sein wichtigster Vorläufer war das Arpanet, das seit 1962 im Auftrag der US-Streitkräfte entwickelt wurde und erstmals eine dezentrale Topologie und auf Paketvermittlung beruhende Datenübertragung verwirklichte.

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3. 3D-Drucker

3D-Drucker gibt es seit 1986, als das Stereolithographie-Verfahren von Charles Hall entwickelt wurde. Bei Stereolithographie wird Flüssigharz durch einen Laserstrahl punktuell erhitzt und verfestigt, und so ein Gegenstand Schicht für Schicht ausgedruckt. Seitdem wurden weitere Verfahren entwickelt, die mit ganz unterschiedlichen Werkstoffen arbeiten wie z.B. Kunststoff, Metall, Beton oder organisches Material. Bausätze für 3D-Drucker werden inzwischen für weniger als 1000 EUR angeboten.

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4. Quants

Quants sind Investmentfonds, die mit Hilfe von auf quantitativer Datenanalyse und Machine Learning basierende KIs geführt werden. Sie bestimmen heute 70% des elektronischen Börsenhandels in den USA. Im sogenannten Hochfrequenzhandel werten Algorithmen die z.B. über Twitter eintreffenden Informationen in Echtzeit aus und treffen selbständig Kauf- oder Verkaufsentscheidungen. Für den Flash Crash von 2010, wo der Dow-Jones Index innerhalb von Minuten um 1000 Punkte verlor, wird eine fehlerhaft arbeitende KI wird als eine mögliche Ursache angesehen.

5. Singularität

Als Singularität wird in der Futurologie der Zeitpunkt bezeichnet, an dem eine der menschlichen überlegene künstliche Intelligenz entwickelt ist. Eine solche Superintelligenz wäre in der Lage, immer intelligentere Nachfolger von sich selbst zu entwickeln, was eine Beschleunigung des technischen Fortschritts über das menschliche Fassungsvermögen hinaus zur Folge hätte. Erstmals geäußert wurde die Idee einer Kulmination des technischen Fortschritts bereits 1958 von Stanislaw Ulam. Die Bezeichnung Singularität wurde in den 80er Jahren von Vernor Vinge eingeführt. Ein bekannter Anhänger der Theorie ist Ray Kurzweil, der den Zeitpunkt der technologischen Singularität für die Mitte des 21. Jahrhunderts prognostiziert.

• Johannes_Polster_Schachprogrammierung_20140323.pdf: Johannes_Polster_Schachprogrammierung_20140323.pdf