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5/17/20141 Eine kurze Zeitreise 1100 v. Ch.Abakus 1672Entwicklung des Binärsystems von Gottlieb Leibnitz 1854Entwicklung der Boolschen Algebra von dem.

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1 5/17/20141 Eine kurze Zeitreise 1100 v. Ch.Abakus 1672Entwicklung des Binärsystems von Gottlieb Leibnitz 1854Entwicklung der Boolschen Algebra von dem Iren George Boole logische Mathematik ausschließlich auf den beiden Werten 0 und Z1 von Konrad Zuse; 1. programmgesteuerte binäre Rechner Verwendung von 2 wesentlichen Prinzipien: - Programmsteuerung - Dualzahlensystem - 8 verschiedene Befehle möglich

2 5/17/20142 Eine kurze Zeitreise- Turingmaschine 1936Alan Turing Papierschrift eines Computers Entwicklung der Turingmaschine Alles was berechenbar ist, ist durch eine Turingmaschine berechenbar! Alles was nicht durch eine Turingmaschine berechnet werden kann, ist überhaupt nicht berechenbar! Eine Turingmaschine ist ein Gedankenmodell eines ganz einfachen Computers. Sie besteht aus einem Band, auf das Zeichen eines Alphabetes geschrieben werden können oder die von dort gelesen werden können. Das Band ist in beide Richtungen unbegrenzt. 2. einem Lese- und Schreibkopf, der Zeichen eines Alphabetes auf das Band schreiben kann oder von dort lesen kann. Der Kopf kann sich schrittweise nach links oder rechts bewegen. 3. einer Anzahl von Zuständen, die z.B. in Tabellenform notiert werden können. Die Aktionen der Turingmaschine werden in Abhängigkeit vom momentanen Zustand und dem vom Band gelesenen Zeichen gesteuert. 4. einem Alphabet, das aus mindestens einem Zeichen besteht. Die Alphabetzeichen können vom Lese- und Schreibkopf auf das Band geschrieben werden oder von dort gelesen werden.

3 5/17/20143 Eine kurze Zeitreise- Turingmaschine Bemerkung: Es ist überhaupt kein Problem, eine TM zu entwerfen, die unendliche viele Zeichen schreibt. Aber die TM soll ja irgendwann anhalten. Das macht das Problem so schwierig. Eine TM mit 1 Zustand kann maximal 1 Zeichen schreiben, eine mit 2 Zuständen maximal 4 Zeichen, eine mit 3 Zuständen maximal 6 Zeichen, eine mit 4 Zuständen maximal 13 Zeichen. Es ist bis heute unbekannt, wieviele Zeichen eine TM mit 5, 6 oder mehr Zuständen schreiben kann! Man weiss nur, dass es zwei TM's mit 5 Zustaenden gibt, die 4098 Zeichen schreiben koennen. Ob es welche gibt, die mehr schreiben, weiß niemand.

4 5/17/20144 Eine kurze Zeitreise 1. Generation Verwendung elektronischer Bauelemente 1946 ENIAC (30t, Vakuumröhren, Hz) einfache Rechenoperationen möglich 1949 John v. Neumann grundsätzliches Konstruktionsprinzip - Prozessor, Speicher, Daten und Programme seit Generation Verwendung von Transistoren Einsatz von integrierten Schaltkreisen basierend auf Siliziumtechnik (4 Transistoren in einem PC) 70er -heute 4. bis zu 2 Milliarden Transistoren auf der Fläche eines Cent Taktfrequenz: >3 GHz Einsatz nicht mehr nur in Arithmetik 1977 Erster PC Commodore

5 5/17/20145 Wo führt das hin ? Anzahl der Transistoren pro Prozessor und deren Taktfrequenz Jahr Leistung Hz 4 Transistoren Mhz 1000 Transistoren GHz 100 Mill. Trans GHz 2 Mrd.Trans. Rasante Entwicklung... Moorsches Gesetz: aller 18 Monate Verdopplung der Anzahl der Transistoren bei gleichem Preis

6 5/17/20146 Anpassung des Menschen an den Computer Rechengeschwindigkeit und Speicherplatz begrenzte Größen Anpassung des Menschen an das System Erlernen der Sprache der Computer, wir bedienen die Computer !!! Es ist an der Zeit, dass wir uns bedienen lassen !!

7 5/17/20147 Die Zukunft der Computertechnik Wie kommunizieren Sie mit Ihrem Computer ? - jeden Buchstaben eintippen - Ärgern über ständig neue Programme - Software funktioniert nicht - mehr Zeit vergeuden, als gewinnen Nicht mehr lange...., der PC herkömmlicher Bauart ist passé......

8 5/17/ Spracherkennung Stellen Sie sich vor Technisch ist vieles realisierbar (schnelle Datenleitungen, flache, große Bildschirme) Probleme: - chaotische Struktur des heutigen Internet - mangelhafte Software - ohne Spracherkennung können Geräte nicht mehr kleiner werden (Tastatur, Touchscreen)

9 5/17/20149 Jeder soll Computer bedienen können Einfachste Art der Kommunikation - miteinander sprechen - ohne besonderes Training Jeder könnte Computer benutzen, zurzeit (noch) zu kompliziert Ziel der Industrie

10 5/17/ Der unsichtbare Diener - Kameras - Richtmikrofone - Bewegungsmelder.... Das System erkennt seinen Besitzer an Bild, Stimme, Gewohn- heiten und Vorlieben. Elektronische Computerpower in PCs, Mobiltelefonen, GPS-Empfängern, MP3-Playern, digitale Kameras, Smartphones, iPod, iPad, iPhone..... iOS, Android,Windows-Phone Wieviel Mikroprozessoren werden jährlich erzeugt und wofür ? Zunehmende Integration

11 5/17/ Prof.Dr. Karlheinz Brandenburg....seine Vision: In Zukunft müssen wir nur eine Melodie summen, und die Stereoanlage spielt das richtige Lied.

12 5/17/ das dynamische Netzwerk - miteinander kommunizieren PC-Power aus der Steckdose Und dahinter das Computerkraftwerk Es ist ein bisschen wie beim Haartrockner Aber auch: - Soziale Netzwerke Schwarmintelligenz!!! - Wie sicher ist TOR? (The Onion Router)

13 5/17/ Beispiele für solche Netze (Grid Computing) und Auswirkung - TeraGrid (USA) 1000 Server; pro Sekunde 11,6 Billionen Rechenoperationen 1000 mal schneller als Deep Blue ( Schachcomputer von 1997) Besiegte Garry Kasparow -European Data Grid (EU) - anders als Internet (Datenaustausch), dann Austausch von Rechnerleistung Rechenleistung aus dem Netz --> Hardware kleiner; datenintensive Spracherkennung in Westentasche; H21

14 5/17/ Neue Konzepte: - Cloudcomputing: - Virtualisierung - Storagesysteme - Thin Clients ….. Virtualisierung: Jeder (Server) tut so, als ob er alles kann Storagesysteme: Alles kann überall gespeichert werden Thin Clients: PC-Power aus der Steckdose

15 5/17/ Ablösen der Silicium-Technologie - Silicium Chips lassen sich nicht beliebig verkleinern - hohe Geschwindigkeiten in den Chips werden notwendig, um die riesigen Datenmengen zu verarbeiten - aber: Der Weg zwischen den Silicium Strukturen ist zu lang !!

16 5/17/ Was kommt nach dem Silicium ? Alternativen: - Nanotechnologie - Quantencomputer - Neuro- Chips

17 5/17/ Nanotechnologie Nanotubes - Röhrchen aus Kohlenstoffatomen mit 1 nm Durchmesser=0,000001mm Arbeitsprinzip nach Rastermikroskop: - Untergrund wird Atom für Atom abgetastet; - Signale werden wahrgenommen in Form von elektr. Spannungen - Materialien : Polymere - Datenspeicherung und Löschung: Loch bohren auftauen Zusammen ziehen der Spagetti Problem: Fertigen im atomaren Bereich

18 5/17/ Quantencomputer Unentschlossenheit ist die Stärke der Quanten: - Binäre Zustände der Atome: 0 und 1 und sowohl als auch - Zustand wird erst bei Abfrage von außen verraten - Potenzial der Unentschlossenheit der Quantenbits zeigt sich erst bei Kopplung mehrerer miteinander -2 Atome können gleichzeitig 4 Zustände darstellen: 0-0, 0-1, 1-0, 1-1 -Auswertung durch Interferenz; genaue Winkelstellung des Atoms - Programme als Laserimpulse, nicht als Programmiersprache Interview mit Prof. Walther

19 5/17/ Neuro-Chips Was denkt die Laborratte, wenn sie den Computerfreak im weißen Kittel sieht ? - Aufpäppeln der Computer mit den grauen Zellen der Tiere - Fazit: Verwenden der Fähigkeiten des Gehirns als Black box - Voraussetzung: Zelle und Chip können elektr. Signale austauschen Sind nicht kompatibel ! Transport durch: IonenElektronen Dünne Schicht Silizium-Oxyd auf Chip

20 5/17/ Kombination von Technik, Biologie und Chemie Anregung über Elektronik, ein Aktionspotenzial zu senden Biologische Übertragung Auffangen des Signals durch Chip - Entwicklung von neuronalen Netzen zur Lernfähigkeit - Nutzung von synthetischer DNS - chemische Prozesse Problem: Natürliche DNS ist fehlerbehaftet und repariert sich selbst

21 5/17/ Forschungseinrichtungen MIT Spracherkennung, Nanotechnologie, Neuro-Chips IBMNetze, Quantencomputer, Nanotechnik Sun Microsystems Netze MPI für BiochemieNeuro-Chips MPI für QuantenoptikQuantencomputer Institut für Experimentalphysik des Saarlandes Nano-Valley

22 5/17/ Verwendete Quellen - Internet - Verschiedene Zeitschriften: PM, Chip, IT, PC-Welt, ct

23 5/17/ Danke für die Aufmerksamkeit !


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