{"id":244,"date":"2022-03-02T21:25:40","date_gmt":"2022-03-02T21:25:40","guid":{"rendered":"https:\/\/wp-prd.let.ethz.ch\/computationaldesigniii\/?post_type=chapter&p=244"},"modified":"2024-02-16T15:28:25","modified_gmt":"2024-02-16T15:28:25","slug":"computer","status":"publish","type":"chapter","link":"https:\/\/wp-prd.let.ethz.ch\/computationaldesigniii\/chapter\/computer\/","title":{"raw":"Computer","rendered":"Computer"},"content":{"raw":"

Digitale Signale und Bin\u00e4rcode<\/h1>\r\n[caption id=\"attachment_595\" align=\"aligncenter\" width=\"300\"]\"\" Kontinuierliche (analoge) und diskrete (digitale) Signale[\/caption]\r\n\r\nEin analoges Signal<\/strong> ist eine physikalische Gr\u00f6\u00dfe, die im Verlauf der Gr\u00f6\u00dfe (Amplitude) als auch im zeitlichen Verlauf kontinuierliche Werte annehmen kann.\r\n\r\n[pb_glossary id=\"1055\"]Ein digitales Signal<\/strong> [\/pb_glossary] (digitus: Finger, lat.) ist eine physikalische Gr\u00f6\u00dfe, die nur bestimmte diskrete Werte annehmen kann. Die Werte entsprechen der Anzahl der vordefinierten Zust\u00e4nde. Werden zwei Zust\u00e4nde definiert (0 und 1), dann handelt es sich um bin\u00e4re (digitale) Signale.\r\n\r\nEin [pb_glossary id=\"1053\"]Bin\u00e4rcode<\/strong>[\/pb_glossary] ist ein Code, in dem Informationen durch Sequenzen von zwei verschiedenen Symbolen (zum Beispiel 1\/0 oder wahr\/falsch) dargestellt werden. Die Bezeichnung leitet sich von der lateinischen Vorsilbe bi ab, welche die Bedeutung zwei oder doppelt hat.\r\n\r\n[embed]https:\/\/www.youtube.com\/watch?v=zELAfmp3fXY[\/embed]\r\n\r\n[caption id=\"attachment_659\" align=\"aligncenter\" width=\"180\"]\"\" Bin\u00e4re Darstellung des Wortes \u201eWikipedia\u201c[\/caption]\r\n\r\nIm weiteren Sinne war Leibniz wegbereitend f\u00fcr die Rechenmaschine im heutigen Sinne, den Computer. Er entdeckte, dass sich Rechenprozesse viel einfacher mit einer bin\u00e4ren Zahlencodierung durchf\u00fchren lassen, und ferner, dass sich mittels des bin\u00e4ren Zahlencodes die Prinzipien der Arithmetik mit den Prinzipien der Logik verkn\u00fcpfen lassen (siehe De progressione Dyadica, 1679; oder Explication de l\u2019Arithmetique Binaire, 1703). Die hier erforschten Prinzipien wurden erst 230 Jahre sp\u00e4ter in der Konstruktion von Rechenmaschinen eingesetzt (z. B. bei der Zuse Z1). Leibniz hatte beim Bau einer Rechenmaschine, anders als fr\u00fchere Erfinder, eher philosophische Motive. Mit dem viel bem\u00fchten Zitat, es sei \u201eausgezeichneter Menschen unw\u00fcrdig, gleich Sklaven Stunden zu verlieren mit Berechnungen\u201c, wird eine Grenze zwischen Mensch und Maschine gezogen. Dem Erfindergeist (Freiheit, Spontaneit\u00e4t und Vernunft) als das spezifisch Menschliche wird das Mechanische der technisch-nat\u00fcrlichen Kausalit\u00e4t gegen\u00fcbergestellt.\r\n
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\r\n\r\n\u201eEs ist unw\u00fcrdig, die Zeit von hervorragenden Leuten mit knechtischen Rechenarbeiten zu verschwenden, weil bei Einsatz einer Maschine auch der Einf\u00e4ltigste die Ergebnisse sicher hinschreiben kann.\u201c<\/em>\r\n\r\n<\/div>\r\nGottfried Wilhelm Leibniz\r\n\r\n<\/div>\r\n<\/div>\r\nBin\u00e4rcodes bilden auf Grund ihrer Einfachheit in aller Regel die Grundlage f\u00fcr die Verarbeitung digitaler Informationen und werden deshalb h\u00e4ufig im Zusammenhang mit deren Verarbeitung genannt; \u201eComputer funktionieren mit diesem Code\u201c.\r\n\r\nViele der Bin\u00e4rcode-Arten sind im Gebiet der Informationstechnik entstanden und werden dort verwendet; der Ausdruck \u201eBin\u00e4rcode\u201c wird im Computer-Sprachgebrauch auch als Synonym f\u00fcr Maschinencode, Maschinenprogramm oder Maschinensprache verwendet.\r\n

Vom Jacquard Webstuhl zur Rechenmaschine<\/h1>\r\nAls\u00a0Jacquardwebstuhl<\/b>\u00a0bezeichnet man den von\u00a0Joseph-Marie Jacquard<\/a>\u00a0weiterentwickelten\u00a0Webstuhl<\/a>. Beim urspr\u00fcnglichen Jacquardwebstuhl wurden die Platinenbewegungen durch Lochkarten<\/a> gesteuert. Dies war eine der ersten bekannten Anwendungen der Lochkartentechnik \u00fcberhaupt. Zur Hardware<\/strong>, dem Webstuhl, haben wir hier also erstmals eine Software<\/strong>, die Lochkarte, die die Hardware steuern kann. Die meisten neueren Einrichtungen arbeiten mit elektromagnetischer \u00dcbertragung der vom Computer gegebenen Steuerungsimpulse. Diese Verwendung von austauschbaren Lochkarten zur Steuerung einer Abfolge von Vorg\u00e4ngen gilt als wichtiger Schritt in der Geschichte der Computerhardware und hat die Analytical Engine von Charles Babbage inspiriert.\r\n\r\nDie Analytical Engine<\/b>\u00a0(englisch<\/a>\u00a0f\u00fcr\u00a0Analytische Maschine<\/i>[1]<\/a><\/sup>) ist der Entwurf einer mechanischen Rechenmaschine<\/a>\u00a0f\u00fcr allgemeine Anwendungen. Sie stammt von dem britischen Mathematikprofessor\u00a0Charles Babbage<\/a>\u00a0(1791\u20131871) und stellt einen wichtigen Schritt in der Geschichte des\u00a0Computers<\/a> dar.\r\n\r\nAls\u00a0Programme<\/a>\u00a0gibt es tabellarische Darstellungen; ein Satz von 1837\/38 ist erhalten und enth\u00e4lt bereits das Beispiel f\u00fcr die Aufl\u00f6sung eines linearen Gleichungssystems, wie es von\u00a0Luigi Federico Menabrea<\/a>\u00a01842 und\u00a0Ada Lovelace<\/a>\u00a01843 ver\u00f6ffentlicht wurde; von letzterer ist wohl das Beispiel der Berechnung der\u00a0Bernoulli-Zahlen<\/a>.\r\n\r\nEine\u00a0Turingmaschine<\/b>\u00a0ist ein mathematisches\u00a0Modell<\/a>\u00a0der\u00a0theoretischen Informatik<\/a>, das eine\u00a0abstrakte Maschine<\/a>\u00a0definiert. Bei diesem Rechnermodell werden nach festgelegten Regeln Manipulationen von\u00a0Zeichen<\/a>\u00a0vorgenommen. Die Turingmaschine ist benannt nach dem britischen Mathematiker\u00a0Alan Turing<\/a>, der sie 1936\/37 einf\u00fchrte. Turingmaschinen machen die Begriffe des\u00a0Algorithmus<\/a>\u00a0und der\u00a0Berechenbarkeit<\/a>\u00a0mathematisch<\/a> fassbar, das hei\u00dft, sie formalisieren diese Begriffe und bilden eines der Fundamente der Theoretischen Informatik<\/a>.\r\n\r\n[caption id=\"attachment_232\" align=\"aligncenter\" width=\"300\"]\"\" 1-Band-Turingmaschine: abstraktes Modell eines Rechners, der mit nur drei Operationen (Lesen, Schreiben und Kopf Bewegen) s\u00e4mtliche berechenbare Probleme l\u00f6sen kann[\/caption]\r\n\r\n
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Bildtafeln<\/h1>\r\n[caption id=\"attachment_258\" align=\"aligncenter\" width=\"206\"]\"\" Gottfried Wilhelm Leibniz. Portrait by the French engraver Pierre Savart (1737-1780) from Leibniz (Gottfried Wilhelm), Opera omnia, nunc primum collecta, in Classes distributa\u2026 (1768).[\/caption]\r\n\r\n[caption id=\"attachment_682\" align=\"aligncenter\" width=\"189\"]\"\" Abgebildete Person: Ada Lovelace Ada Augusta Byron, einzige Tochter von Lord Byron. Heiratet William King im Jahre 1835. Sie wurden Graf und Gr\u00e4fin von Lovelace im Jahre 1838. Ada Lovelace war eine begeisterte Mathematikerin und wird oft als erste Computer-Programmiererin angesehen, nachdem sie einen Algorithmus f\u00fcr die Analytical Engine von Charles Babbage schrieb.[\/caption]\r\n\r\n[caption id=\"attachment_234\" align=\"aligncenter\" width=\"220\"]\"\" Passport photo of Alan Turing at age 16[\/caption]\r\n\r\n[caption id=\"attachment_222\" align=\"aligncenter\" width=\"300\"]\"\" Elektronenmikroskopische Aufnahme einer Plattennadel[\/caption]\r\n\r\n[caption id=\"attachment_225\" align=\"aligncenter\" width=\"300\"]\"\" CD Innenrand bei ca. 1000 fach, Auflicht.[\/caption]\r\n\r\n[caption id=\"attachment_255\" align=\"aligncenter\" width=\"223\"]\"\" Seite aus \u201eExplication de l\u2019Arithm\u00e9tique Binaire\u201c, 1703 Gottfried Wilhelm Leibniz - Acad\u00e9mie des sciences de Paris, 1703, sur Gallica. Gerhardt's Leibnizens mathematsche Schriften, Band 7, p. 224, sur Gallica and on WikiCommons. On Wikisource : Explication de l'arithm\u00e9tique binaire. Table of the numbers 0 to 32 in binary figures from the Leibniz's paper Explication de l'arithm\u00e9tique binaire, qui se sert des seuls caract\u00e8res 0 et 1, avec des remarques sur son utilit\u00e9, et sur ce qu'elle donne le sens des anciennes figures chinoises de Fohy.[\/caption]\r\n\r\n[caption id=\"attachment_236\" align=\"aligncenter\" width=\"209\"]\"\" The Jacquard Loom. Rights: This image is in the public domain. From: The Popular Science Monthly (New York: Popular Science Pub. Co., etc., 1891), http:\/\/archive.org\/details\/popularsciencemo39newy.[\/caption]\r\n\r\n
<\/div>\r\n\r\n[caption id=\"attachment_253\" align=\"aligncenter\" width=\"300\"]\"\" This was the first fully-automatic calculating machine. British computing pioneer Charles Babbage (1791-1871) first conceived the idea of an advanced calculating machine to calculate and print mathematical tables in 1812. This machine, conceived by Babbage in 1834, was designed to evaluate any mathematical formula and to have even higher powers of analysis than his original Difference engine of the 1820s. Only part of the machine was completed before his death in 1871. This is a portion of the mill with a printing mechanism. Babbage was also a reformer, mathematician, philosopher, inventor and political economist.[\/caption]\r\n\r\n[caption id=\"attachment_689\" align=\"aligncenter\" width=\"300\"]\"\" 87C51 Mikrocontroller mit EPROM[\/caption]\r\n\r\n<\/div>\r\n
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1.1 \u2013 Digitale Signale und Bin\u00e4rcode<\/h1>\n
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Abbildung 1.1 \u2013 Kontinuierliche (analoge) und diskrete (digitale) Signale<\/p>\n<\/div>\n

Ein analoges Signal<\/strong> ist eine physikalische Gr\u00f6\u00dfe, die im Verlauf der Gr\u00f6\u00dfe (Amplitude) als auch im zeitlichen Verlauf kontinuierliche Werte annehmen kann.<\/p>\n

Ein digitales Signal<\/strong> <\/a> (digitus: Finger, lat.) ist eine physikalische Gr\u00f6\u00dfe, die nur bestimmte diskrete Werte annehmen kann. Die Werte entsprechen der Anzahl der vordefinierten Zust\u00e4nde. Werden zwei Zust\u00e4nde definiert (0 und 1), dann handelt es sich um bin\u00e4re (digitale) Signale.<\/p>\n

Ein Bin\u00e4rcode<\/strong><\/a> ist ein Code, in dem Informationen durch Sequenzen von zwei verschiedenen Symbolen (zum Beispiel 1\/0 oder wahr\/falsch) dargestellt werden. Die Bezeichnung leitet sich von der lateinischen Vorsilbe bi ab, welche die Bedeutung zwei oder doppelt hat.<\/p>\n