Jakob Salzmann, Jens Schulz, Peter Danielis, Ralf Behnke, Dirk Timmermann Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Fakultät für Informatik und Elektrotechnik Universität Rostock Logo für LaNaWi 2008

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Registrierung vor der Show mittels Handy Im Falle einer Frage… …richtige Antwort wählen, und per Bluetooth an „BlueVote“ senden Dabei daran denken: Nur einmal senden, es sei denn, die Nachricht wurde nicht empfangen! Zeit dafür: 60 Sekunden Dann noch daran denken, die Watt-Zahlen zu erklären BlueVote Testfrage Quelle: statistisches Bundesamt

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Wozu überhaupt Computer? Klassische Computer Rechnen Schreiben, Drucken Daten verwalten Simulation Unterhaltung Kleinstcomputer Spezialisierte Rechner Geräte des Alltags Steuerung von Geräten Tja, man sieht, wir sind umzingelt von Computern, und hierbei gleich die 1. Frage: Frage 1: Wie viele deutsche haushalte verfügen über einen PC? a) 30,3% b) 51,5% c) 72,7% d) 93,9%

Statistik: Computer im Haushalt Quelle: statistisches Bundesamt

Am Anfang… Ca. 1100 v. Chr. - Entwicklung des Abakus 1614 - Entwicklung der Logarithmentafel Abakus (ugs.: Idiotenharfe) / Der Abakus ermöglicht komplizierte Rechenoperationen – neben den vier Grundrechenarten (Addition, Subtraktion, Division, Multiplikation) ist unter anderem auch das Wurzelziehen mit Hilfe eines Abakus möglich. Im Balkan oder China ist er noch immer im Einsatz! 1614 Mittels Logarithmen konnten leicht Komplizierte wurzeln errechnet werden, Multiplikation simpel auf Addition zurück geführt werden usw. Taschenrechner und spätere Computer haben die Tafeln jedoch verdrängt! Wilhelm Schickard, Astronom und Professor für biblische Sprachen an der Tübinger Universität, entwickelte eine Rechenmaschine für die vier Grundrechenarten, mit der Berechnungen astronomischer Tafeln und Logarithmen vorgenommen wurden. Diese "Rechenuhr" steht heute im Deutschen Museum in München Frage 2: Was bedeutet „Vier-Spezies Rechenmaschine?“ a) Menschen der 4 großen Kontinente konnten sie bedienen? (Europa, Amerika, Afrika, Asien) b) Man konnte alle 4 Grundrechnarten mit ihr rechnen (Addition, Division, Mulitplikation, Subtraktion) c) Man konnte zum ersten mal den Sonnenumlauf exakt berechnen und so die genauen Tage für die Jahreszeiten ermitteln d) Sie basierte auf dem 4er Zahlensystem, einem Vorläufer des später entwickelten dualen Zahlensystems Rechenmaschinen bis 1960 im Einsatz! 1623 – Entwicklung der ersten Vier-Spezies Rechenmaschine 7

Geschichtliches 1703 – Leibniz erfindet das duale Zahlensystem, Grundlage der modernen Computer Beispiel: 1101 Dezimalsystem: 1 1 0 1(10) Ziffer 1 1 0 1 Wertigkeit 1000 100 10 1 1 1 0 1(10) = = 1*1000 + 1*100 + 0*10 + 1*1 Dualsystem: 1 1 0 1(2) Ziffer (Bit) 1 1 0 1 Wertigkeit 8 4 2 1 1 1 0 1(2) = 1*8 + 1*4 + 0*2 + 1*1 = 13(10) Zahlendarstellung nur durch Folge von Nullen und Einsen Einfache Übertragung auf Elektronik: Spannung liegt an → 1 Spannung liegt nicht an → 0 Auch als Binärsystem oder Zweiersystem Das duale Zahlensystem ist jetzt aber sogar so berühmt geworden, dass eine Band aus den 90er Jahren eine solche Dualzahl zum Titel eines ihrer Songs auserkoren hat. Lied vorspielen... (1100101) Frage 3: Welchen Wert hat denn die Dualzahl 1100101 denn nun im Dezimalsystem? a) 69 b) 81 c) 96 d) 101 8

1100101(2) Bit: 1 1 0 0 1 0 1 Wertigkeit: 64 32 16 8 4 2 1 64 + 32 + 0 + 0 + 4 + 0 + 1 =101(10)

Geschichtliches 1780 – Benjamin Franklin entdeckt die Elektrizität 1805 – Entwicklung von Lochkarten 1941 – Erste elektrische, frei programmierbare und binär rechnende Maschine, der Z3 (Konrad Zuse) Geschwindigkeit: 5 Hz Lochkarten: Mit ihnen konnten wiederkehrende Prozesse rationell abgearbeitet werden. Beispiel: Webstühle! Musikinstrumente wie Drehorgeln Erste Rechner wären ohne Lochkarten nicht ausgekommen! (Zum Beispiel der Z3) 1946 – Eniac Eine heute übliche 80-GB-Festplatte kann somit den Inhalt einer Milliarde Lochkarten speichern. Das würde einem Lochkartenstapel von 170 km Höhe entsprechen. Heutige Rechner arbeiten mit einer sehr viel höheren Taktfrequenz, die bis hinauf zu mehreren Gigahertz reicht. Frage 4: Wie wurde im Z3 die Frequenz von 5 Hz bei dem Rechner generiert? a) Wie bei modernen Rechnern, über einen Quarz b) Mittels eines Elektromotors c) Per stetigem Tastendruck eines Programmierers d) Mittels einer angeschlossenen Schweizer Uhr B Ist natürlich richtig, und auch einer der Gründe, warum der Z3 in weiten Teilen der Welt nicht als erster „Computer“ anerkannt wird, da er noch mechanische Bauteile verwendet (Elektromotor statt Quarz, Relais statt Röhren)... 10

Geschichtliches 1956 – Entwicklung der ersten Festplatten 1969 – Disketten kommen auf den Markt 1973 – Erster Rechner mit Maus und graphischer Oberfläche Lauter technische Innovationen... Frage 5: Wie bezeichnet man das Verfahren, mit denen CD‘s in heutigen Laptops beschrieben werden? a) pressen b) emigrieren c) brennen d) aufdampfen 1980 – Entwicklung der Compact Disk (CD) 11

Geschichtliches 1993 – Entwicklung des Pentium I 1994 – Entwicklung erster Flash Speicher, Entwicklung von Bluetooth 21. Jahrhundert Entwicklung von Multikern-Prozessoren Allgegenwärtiges Computing (Handys, Digicams, Mp3-Player...) Keine Frage zu dieser Folie! 12

Aufbau moderner Rechner - Hardware Monitor Maus Tastatur Festplatte DVD – Laufwerk Netzteil Hauptplatine Frage 6: Wie nennt man die Hauptplatine eines Rechners? Soncard Familydisk Motherboard Childplate 13

Aufbau moderner Rechner - Hardware Frage 7: Was bedeutet CPU? Coherent Power Unit Central Processing Unit Core Packeting Unit Code Preloading Unit 14

Aufbau moderner Rechner - CPU Frage 8: Diese sehr schnellen Speicherlemente haben einen sehr einprägsamen Namen, wie heißen sie? Boots Sneakers Flip Flops High Heels 15

Aufbau moderner Rechner – Design Siliziumblock Mittels Bestrahlung obere Atomschichten verändert, so dass aus dem Halbleiter Transistoren entstehen, winzige Schaltelemente Mittels Leiterbahnen werden die verknüpft und ergeben dann Gatterstrukturen, die logische Funktionen ausführen können (Oder, Und) Frage 9: Wieviele Transistoren befinden sich auf einem modernen Microchip? Weniger als 200000 (Einwohner Rostocks) Ca. 900000 (Einwohner MV) Ca. 80 Millionen (Einwohner Deutschlands) Mehr als 700 Millionen (Einwohner Europas) 0,1 m 0,000001 m 16

Aktuelle Entwicklungen… 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 1970 1980 1990 2000 2010 2020 MIPS 1 TIPS 8080 8086 386 Pentium® Pentium® 4 0.1 1 10 100 1000 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Leistungsaufnahme (W) 1000's of Watts ? 8008 8086 386 Pentium® Pentium® 4 Durch Miniaturisierung immer schneller… Anwendungen: - Simulation Menschliches Gehirn Holodeck (Star Trek) Simulation Universum NAND2 (für FO4): Area = 2,08 um² Leakage = 98 pW Active Energy (min) = 110 pW/MHz Active Energy (max) = 2,57 mW/MHz Frage 10: Welche Energiedichte entspricht etwa der Verbrauch moderner Computer-prozessoren a) Heizlüfter b) Herdplatte c) Atomreaktor d) Raketenmündung 17

Energiedichte

ENDE

Auswertung