Innovationen in der Informationsverarbeitung. Teil 1: Geschichte

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1 Innovationen in der Informationsverarbeitung Teil 1: Geschichte

2 die Anfänge [Ifrah, Universalgeschichte der Zahlen, Campus, 1991] Handel, Berechnung von Steuern... erfordern (abstrakte) Zahlen und Operationen (Addition, Multiplikation)

3 frühe Zahlensysteme römische Ziffern: additives, dezimales System, Zeichen haben festen Wert, z.b. CLXXVII = 177 Probleme: Große Zahlen (M=1000 ist größtes gebräuchliches Zeichen) babylonische Ziffern: sexagesimales Positionssystem '=1 <=10 ''=61 ' <<<''''' = 95 Multiplikation (dezimal) mit Tabellen, Division durch Kehrbrüche Probleme: keine Null. deshalb mehrdeutig genügt für einfache Buchhaltung, wenn Größenordnung der Zahl bekannt ist. Für systematisches Rechnen aber unpraktisch (Adam Riese, ca. 1520)

4 was lernen wir? Die Art der Darstellung entscheidet über die Anwendbarkeit Gesteigerte Anforderungen führen zu Innovation

5 Hilfsmittel

6 Schickart 1623, 6 Stellen Leibnitz 1674, Multiplikation Pascal 1642, Subtraktion, 8 Stellen Curt Herzstark 1954

7 Anwendung Hollerith Lochkarten Volkszählung 1890 wurde innerhalb von 4 Wochen durch 43 Personen automatisch ausgewertet (vorher manuell mit dem gleichen Personal 7 Jahre). Die Durchführung war 98% teurer als vorher.

8 was lernen wir? Automatisierung spart nicht immer Geld! beschleunigt aber meistens die Verarbeitung und hilft, Fehler zu vermeiden

9 Computer bis ca wurden Berechnungen mechanisch unterstützt manuell durchgeführt

10 im Geheimen Die Notwendigkeit zur Entschlüsselung deutscher Funksprüche führte zur Entwicklung erster (elektromechanischer) Computer

11 und öffentlich Zuse Z ENIAC 1946 Für umfangreiche Berechnungen wurden allgemein einsetzbare, frei programmierbare Computer entwickelt komlexe Berechnungen lassen sich nicht ohne deren Hilfe bewältigen.

12 Industrie "Die Verwaltung der Lesering-Mitglieder wurde 1954 auf ein erstes EDV-System umgestellt, das damals noch auf Lochkarten, dem so genannten Hollerith-Verfahren, basierte." [http://www.bertelsmann.com/bertelsmann_corp/wms41/bm/index.php?ci=105&language=1] typische Buchhaltungsaufgaben wie Jahresabschluss, Gehaltsberechung, Kontoführung lassen sich durchaus mechanisch erledigen. Diese Systeme wurden teilweise erst in den siebzigern abgelöst.

13 Entwicklung W. Edward Steinmueller, "The U.S. Software Industry: An Analysis and Interpretive History," in David C. Mowery, ed., The International Computer Software Industry (New York, 1996) ab Mitte der sechziger Jahre steigt die Nachfrage nach Computern deutlich an (in den USA von ca in 1960 auf ca )

14 was lernen wir? viele Aufgaben lassen sich auch ohne Computer automatisieren, aber Computer werden für die Industrie in breitem Umfang zunehmend interessanter warum?

15 Militär "During World War II, the Ballistic Research Laboratory of the US Army was charged with the responsibility of preparing firing tables for the various new weapons under development.[...]at one point, more than 100 female students were engaged to carry out firing table calculations. It was to relieve this bottleneck that John W. Mauchly and J. Presper Eckert, two members of the faculty of the Moore School of Engineering, the University of Pennsylvania, proposed the construction of the ENIAC" [Polachek, Before the ENIAC [weapons firing table calculations], IEEE Annals of the History of Computing Vol 19 Nr. 2 April-June 1997] "Calculating a trajectory could take up to 40 hours using a desk-top calculator. The same problem took 30 minutes or so on a the Moore School's differential analyzer. [...] since each firing table involved hundreds of trajectories it might still take the better part of a month to complete just one table. In his report, Mauchly argued that an electronic machine that could perform 1000 multiplications per second would be able to compute complete ballistics trajectories in minutes rather than days." [D. Winegrad and A. Akere: A Short History of the Second American Revolution, In: ENIAC's 50th Anniversary: The Birth of the Information Age, The University of Pennsylvania Almanac N. 42, Jan. 1996]

16 Beispiel SBG Schweizerische Bankgesellschaft kaufte 1956 einen Univac 120 ergänzte die 1947 eingeführten Lochkartensysteme (zur Datenübertragung zwischen Filialen und Zentrale) "it is a peculiarity of bank operations, in contrast to industry operations, that the large majority of the results of data processing such as customer reports, account listings, payment documents is targeted towards customers and therefore needs to be very carefully presented." [Neukom, Early Use of Computers in Swiss Banks, IEEE Annals of the History of Computing Vol 26 Nr. 3 July-September 2004]

17 Kontobewegungen mussten innerhalb 24 Stunden abgerechnet werden Börsengeschäfte bis zum nächsten Arbeitstag Zahl der Angestellten wuchs zwischen 1957 und 1960 um 30 % Umsatzentwicklung zwischen 1950 und 1970 komplexe Berechnungen (Multiplikationen...) wie Erstellung eines Kontoauszugs (Gebührenabrechnung für Konten...), Abwicklung von Börsengeschäften konnten nicht mehr in der vorgegebenen Zeit manuell mit Lochkartensystemen durchgeführt werden, schlimmer noch: "There were periods in the 1970s and 1980s when IBM could scarcely meet SKA's [Schweizerische Kreditanstalt] demand to develop faster computers with ever larger disk storage. SKA installed every new system announced by IBM as soon as it became available." [Neukom, Early Use of Computers in Swiss Banks, IEEE Annals of the History of Computing Vol 26 Nr. 3 July-September 2004]

18 Versicherungen Versicherungen setzen Lochkarten seit 1890 ein (effizienteres Zählen, Sortieren und Addieren, Statistik, Erstellung von Reports führte IBM die 80 Zeichen Lochkarte ein und wurde Marktführer) "Indeed, in December 1946, Berkeley [Prudtential Insurance Company] successfully executed what he claimed to be the first insurance problem ever to be run on a sequence controlled calculator, a problem that involved a complex set of table look-ups and computations to figure the costs for a change of policy, using the Bell Laboratories generalpurpose relay calculator." "This whole purchase cost [für Computer] (ignoring a one-time conversion cost) is less than 1/2 year's annual rent paid to International Business Machines for the punch card equipment used in the Company." "insurance firms were among the first and largest commercial adopters [...] accounting for one-third of the computers sold to businesses by 1955." Die Nachfrage der Versicherungen führte zur Entwicklung der ersten kommerziellen Computer [Yates, Early Interactions Between the Life Insurance and Computer Industries: The Prudential's Edmund C. Berkeley, IEEE Annals of the History of Computing Vol 19 Nr. 3 July-September 1997]

19 Aktienhandel "The first stock market quotation systems were installed in brokers' offices in 1960 by Scantlin Electronics, Inc (SEI) These primitive, magnetic tape based systems were enthusiastically received" automatische Auswertung von Börsentickern verkürzt die Zeit für Suche nach aktuellem Kurs von einigen Minuten auf Sekunden [Phister, Quotron II: An Early Multiprogrammed Multiprocessor for the Communication of Stock Market Data, IEEE Annals of the History of Computing Vol 11 Nr. 2 Summer 1989]

20 J. Lyons, 1949 "Selling to a competitive mass market required tight control over costs [...] Given the very large number of daily transactions counted in tens of thousands with an average very low value and a profit margin per transaction of a fraction of a penny, the company could progress only by a constant striving for value adding innovation." "At the same time the senior manager could ask the junior liaison manager to undertake investigations of the "what if" type suppose we wish to increase the production of Swiss rolls by 10 percent and reduce the production of cupcakes by 3 percent, what would be the effect on gross profit?" "We believe that we have been able to get a glimpse of a development which will in a few years time, have a profound effect on the way in which clerical work (at least) is performed. [...] The possible savings from such a machine should, be at least 50,000 a year. The capital cost would be of the order of 100,000." "We could build a machine in our own workshops drawing on information and advice from Harvard University." "By 1951 the LEO team had built the basic computer and the first experimental, but regular, business application was being run for the Lyons bakeries." [Land, The First Business Computer: A Case Study in User-Driven Innovation IEEE Annals of the History of Computing Vol 22 Nr. 3 July-September 2000]

21 Online Systeme Ende der fünfziger Jahre kommt zunehmend Anforderung nach Online- Systemen auf. Erste Anwendung (wieder) militärisch (NORAD): SAGE koordiniert Beobachtungen zur Erkennung von Angriffen SABRE: Reservierungssystem für American Airlines vorher manuell mit Kartei, skalierte nicht, da max. 8 Personen an einem Tisch auf die gemeinsame Kartei zugreifen konnten. Dauer für eine Reservierung vorher bis zu 90 Minuten, mit SABRE wenige Sekunden

22 was lernen wir? IT kann trotz hoher Investitionskosten erhebliche Einsparungen bewirken Prozesse beschleunigen und damit evtl. erst ermöglichen insbesondere bei hohen Transaktionsraten und niedrigem Gewinn je Transaktion Wettbewerbsvorsprung durch Einsatz von IT Problem: Andere machen das auch! Verschärfung des Wettbewerbs, IT als Hygienefaktor

23 Technik Stand ca Computer waren (sehr) teuer, ca $/ Jahr Miete, mussten ständig ausgelastet werden Aufträge ("jobs") wurden vorbereitet und nacheinander abgearbeitet Batch (Stapel - von Lochkarten) Systeme Software typ. Eigenentwicklung

24 von Neumann Architektur aus: [Wikipedia] Steuerwerk, Rechenwerk, Speicher, E/A Verbindung durch Bus(se) gemeinsamer Speicher für Daten und Programme Speicherzellen fester Größe (Alternative: Harvard-Architektur (Buffer Overflows!) Hardware allgemein einsetzbar (nicht programmspezifisch) Probleme: Performance der Verbindungen, unterschiedliche Anforderungen an Speicher --> Hierarchie24

25 Programmierung Tabelliermaschine ENIAC [http://www.library.upenn.edu/exhibits/rbm/mauchly/img/eniac4.jpg] Zunächst erfolgte die Programmierung durch Steckverbindungen zwischen den einzelnen Komponenten; Zuse Z3 allerdings bereits 1941 durch Lochstreifen programmierbar - in binären Maschinenbefehlen

26 Programmiersprachen Maschinencode Assembler START: ENDE: DEC BX JZ ENDE MUL AX, BX JP START MOV FAK, AX FORTRAN COBOL INTEGER FAK INTEGER I FAK = 1 DO 100 I=1, FAK = FAK*I WRITE(6,*) FAK DISPLAY "Enter second number (1 digit) : " ACCEPT Num2. MULTIPLY Num1 BY Num2 GIVING Result. DISPLAY "Result is = ", Result.

27 was lernen wir? Zunächst Einsatz von Computern nur durch Experten, Programmierung erfordert detaillierte Kenntnis der Hardware Mit (durch?) zunehmender Verbreitung wird Programmierung ohne Expertenwissen möglich (Problem-Domäne)

28 Transaktionen Greifen viele Anwender (quasi) gleichzeitig auf gemeinsame Daten zu, treten einige neue Anforderungen auf: Atomicity: Eine Buchung (z.b. mehrere Teilflüge) wird vollständig oder gar nicht gespeichert Consistency: Daten müssen konsistent bleiben (es dürfen nicht mehr Plätze verkauft werden, als das Flugzeug bietet) Isolation: Konkurrierende Zugriffe müssen voneinander isoliert werden (z.b. der gleiche Platz darf nicht mehrfach verkauft werden) Durability: Ist eine Buchung gespeichert, bleibt sie auch bei Systemfehlern usw. erhalten Diese werden als ACID-Eigenschaften von Transaktionen bezeichnet. Führt zur Entwicklung von Datenbanksystemen

29 Anforderungen Schneller Viele Datensätze verläßlicher Wichtige Daten (Finanzen,...) Zugriff auf Informationen Komlexe Strukturen durch viele Anwender Wenige bis zu vielen tausend

30 Datei- vs. Datenbankorganisation Programm 1 Datei A Datei B Programm 2 Datei C Programm 1 Programm 2 Logische Datei A Logische Datei B Logische Datei C Datenbankverwaltungssystem Physikalische Datei X Datenbank Physikalische Datei Y

31 Datenbanksysteme 2 Benutzer 1 Benutzer 2 Programm A Externes Modell A Externes Modell B DML Transformationsregel Konzeptionelles Modell (Schema) DDL Transformationsregel internes Modell (Schema) DSDL Speichermedien

32 hierarchisches Modell Lieferant Adresse Artikel Lager

33 Netzwerk-Modell Lieferant Warengruppe Adresse Artikel Lager Auftrag Lagerposition

34 Relationale Datenbanken 1 Für den Anwender stellen sich die Daten in Form von Tabellen dar mögliche Operationen erzeugen neue Tabellen aus bestehenden Untermenge der Zeilen einer Tabelle Untermenge der Spalten einer Tabelle Mögliche Operationen Tabellen hinzufügen Datensätze hinzufügen (insert) Datensätze holen (select) Datensätze ändern (update) Datensätze löschen (delete) Tabellen löschen

35 Relationale Datenbanken 2 Tabelle Auftragskopf P Auftragspositionen F Datensatz

36 Datenmodelle werden durch die Zerlegung in einzelne Tabellen schnell unübersichtlich. Systeme mit 100 Tabellen sind üblich, große Systeme haben tausende... 36

37 Datenintegration Zur Vermeidung von Redundanzen (Konsistenz!) werden Daten nur einmal zentral gespeichert. Für die jeweilige Anwendung wird ein relevanter Ausschnitt zur Verfügung gestellt. 37

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