Computer auf Rädern: Eine kleine Geschichte der Mobilität Prof. Dr.-Ing. Peter Liggesmeyer Software Engineering: Dependability, TU Kaiserslautern und Fraunhofer-Institut Experimentelles Software Engineering

Computer auf Rädern: Eine kleine Geschichte der Mobilität Computer: Historische Entwicklung Eine kleine Geschichte der Mobilität Vom Dampfboot … … über Apollo 11 … … bis zur Ariane 5 … … und zum Auto Computer im Auto Einfaches Beispiel Zuverlässigkeit Heute … … und in der Zukunft Was man sich merken könnte!

K i n d e r u n i Computer Kodierung 01001011 01101001 01101110 01100100 01100101 0111 0010 01110101 01101110 01101001

„Zehnersystem“ „Zweiersystem“ 7 =1*4+1*2+1*1 1 1 1 + 4 =1*4+0*2+0*1 + Computer Kodierung „Zehnersystem“ „Zweiersystem“ „Binärsystem“ 7 =1*4+1*2+1*1 1 1 1 + 4 =1*4+0*2+0*1 + 1 0 0 1 1 1 = *8+ *4+ *2+ *1 1 1 1 1 1 1 Einer Zehner Einer Zweier Vierer Achter

Computer Historische Entwicklung: Mechanische Computer Z1: 1937, mechanisch Taktfrequenz 1 Hz Programmierbar Binärsystem

Computer Historische Entwicklung: Relaiscomputer Z3: erster frei programmierbarer Computer auf binärer Basis: 1941 3000 Relais 64 Worte Speicher Taktfrequenz: ~5,3 Hertz Der rekonstruierte Computer Z3 mit Konrad Zuse (1964)

Computer Historische Entwicklung: Röhrencomputer ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), Feb. 1946, University of Pennsylvania 17468 Elektronenröhren 150 kW Leistungsaufnahme 100 kHz Taktfrequenz; 5,000 Additionen/sec.

Computer Historische Entwicklung: Röhrencomputer Welche ist wohl defekt?

Computer Historische Entwicklung: Transistorrechner Uni Manchester 1952-1956 200 Transistoren und 1300 Dioden 150 W Leistungsaufnahme MTTF 1,5 Stunden

Computer Historische Entwicklung: Mikroprozessoren Intel 4004 (1971) Erste CPU 2300 Transistoren 100 kHz Taktfrequenz

Computer Historische Entwicklung: Mikroprozessoren Intel Pentium II (1997) 7.500.000 Transistoren 233 – 300 MHz Taktfrequenz

Computer Historische Entwicklung: Mikroprozessoren Intel Pentium 4 Prescott (2004) 125.000.000 Transistoren 3,4 GHz Ca. 1200 MFLOPS

Computer Historische Entwicklung: Mikroprozessoren Intel Core i7 (2008) 731.000.000 Transistoren 4 „Kerne“ Bis 3,2 GHz Taktfrequenz

Computer Moore‘s Law (nach Gordon Moore: Intel; 1965) „Die Anzahl der Transistoren pro Chip wird sich etwa alle 2 Jahre verdoppeln!“ Viel Rechenpower für wenig Geld !! Computer sind heute billig und leistungsfähig genug, um damit alles Mögliche zu erledigen

Eine kleine Geschichte der Mobilität Vom Dampfboot … ... Als George Ealer die Schornsteine vor seinen Augen in die Höhe fliegen sah, wusste er, was geschehen war; er hüllte sein Gesicht mit den Rockschößen ein und presste die Hände davor, um durch diesen Schutz zu verhindern, dass Dampf an seine Nase oder seinen Mund gelangen konnte. Er hatte Zeit genug, sich mit diesen Einzelheiten zu beschäftigen, während er auf- und abwärts flog. Bald darauf landete er auf einem der nicht explodierten Dampfkessel, in Begleitung von seinem Rade und einem Regen anderer Dinge und in eine Wolke siedend heißen Dampfes gehüllt, vierzig Fuß unterhalb des früheren Ruder- hauses. ... aus: Mark Twain: Leben auf dem Mississippi USA (1816 bis 1848): 233 Explosionen von Dampfbooten

Eine kleine Geschichte der Mobilität … über Apollo 11 … 25. May 1961 John F. Kennedy erklärt vor einer Sitzung des Kongresses das Ziel, vor Ablauf des Jahrzehnts einen Menschen sicher zum Mond und wieder zurück zu bringen Das geht nur mit Computerunterstützung an Bord, … … obwohl Berechnungsergebnisse vom Boden gefunkt werden können,… … weil das 1,5 Sekunden Laufzeit bedeutet (im Notfall zu langsam),… … und weil einige Manöver hinter dem Mond durchgeführt werden müssen (kein Empfang)

Eine kleine Geschichte der Mobilität … über Apollo 11 … Apollo 11-Bordcomputer (1969) Taktfrequenz 1 MHz 36 KWorte (72 KByte) ROM und 2 KWorte (4 KByte) RAM Im Schnitt 10500 Tastendrücke pro Mission Zum Vergleich: Commodore 64 (1983): 1 MHz Takt 64 KByte

Eine kleine Geschichte der Mobilität … bis zur Ariane 5 … 4. Juni 1996, Kourou / Frz. Guyana Jungfernflug der neuen europäischen Trägerrakete Ariane 5 Absturzursache: Ein kleiner Softwarefehler

Eine kleine Geschichte der Mobilität … bis zur Ariane 5 … „37 Sekunden nach Zünden der Rakete (30 Sekunden nach Liftoff) erreichte Ariane 5 in 3700 m Flughöhe eine Horizontal-Geschwindigkeit von 32768.0 (interne Einheiten). Die Umwandlung in eine ganze Zahl führte daher zu einem Überlauf, der jedoch nicht abgefangen wurde. Der Ersatzrechner hatte das gleiche Problem schon 72 msec vorher und schaltete sich sofort ab. Daraus resultierte, dass Diagnose-Daten zum Hauptrechner geschickt wurden, die dieser als Flugbahndaten interpretierte. Daraufhin wurden unsinnige Steuerbefehle an die seitlichen, schwenkbaren Feststoff-Triebwerke, später auch an das Haupttriebwerk gegeben. Die Rakete drohte auseinanderzubrechen und sprengte sich selbst“ ... declare vertical_veloc_sensor: float; horizontal_veloc_sensor: float; vertical_veloc_bias: integer; horizontal_veloc_bias: integer; ... begin declare pragma suppress(numeric_error, horizontal_veloc_bias); begin sensor_get(vertical_veloc_sensor); sensor_get(horizontal_veloc_sensor); vertical_veloc_bias := integer(vertical_veloc_sensor); horizontal_veloc_bias := integer(horizontal_veloc_sensor); ... exception when numeric_error => calculate_vertical_veloc(); when others => use_irs1(); end; end irs2;

Eine kleine Geschichte der Mobilität … und zum Auto Aktuelle S-Klasse 6 Datenbusse Bis zu 80 Steuergeräte 60 Computer! 80 Computer!

Computer im Auto „Einfaches Beispiel“: Richtungsblinken Motivation Quelle: Daimler AG

Computer im Auto „Einfaches Beispiel“: Richtungsblinken Motivation

Computer im Auto Beispiel: Türsteuergerät Das ist ein Computer mit ziemlich viel Software!!

Computer im Auto „Arbeitsteilung“ TSG_VL, Türsteuergerät vorne links MRM, Mantelrohr Schaltermodul SAM_H, Signalerfass- und Ansteuer-Modul Heck SAM_F, Signalerfass- und Ansteuer-Modul Front ZGW, Zentrales Gateway KOMBI, Kombiinstrument

Computer im Auto Zuverlässigkeit

Computer im Auto Heute … ESP ASR

Computer im Auto Heute … ESP ASR

Computer im Auto Heute … ESP ASR

Computer im Auto Heute … Gemeinsamkeiten von ESP, ABS und ASR: Raddrehzahlsensoren Bremsaktoren Einige weitere Sensoren (z.B. Drehsensor um die Hochachse) Den Rest macht ein Computer mit passender Software!! ESP ABS ASR

Computer im Auto (und im Bus) Heute … Automatische Notbremsung

Computer im Auto … und in der Zukunft

Was man sich merken könnte! Die meisten Computer stehen heute nicht mehr auf Tischen in Arbeitszimmern, sondern sind in technische Geräte eingebaut Viele Geräte funktionieren ohne Computer überhaupt nicht, z.B. Raumfähren, moderne Flugzeuge Computer machen viele Dinge bequemer, einfacher und sicherer, z.B. Auto Aber die Computer müssen dann auch garantiert funktionieren, … … und wie man das hinbekommt, das kann man in Kaiserslautern studieren