Eine kleine Geschichte der Rechentechnik

Transkript

1 Eine kleine Geschichte der Rechentechnik 1. Worum geht es? Sie nennen unser Gespräch Eine kleine Geschichte der Rechentechnik, warum? Wollte man umfassend über die Geschichte der Rechentechnik sprechen oder schreiben, so wäre das, beim heutigen Stand der Technik aufgeschrieben, ein umfassendes dickes Buch. Das Gespräch würde viele Stunden in Anspruch nehmen. Und wie wollen Sie das Thema begrenzen? Ich möchte das Thema auf den Ereignisraum begrenzen, wie ich die Geschichte der Rechentechnik erlebt habe, d.h. in der Art eines großen Abenteuers, das mich immer wieder begeistert und motiviert hat, mehr und mehr zu lernen. Wie haben eigentlich die Menschen früher gerechnet, d.h. vor der Erfindung des Computers? Sie haben sich Rechenhilfsmittel gebaut. Es gibt auch heute noch den Abakus, er wurde vor über 3000 Jahren erfunden. Er ist ein Rechenhilfsmittel, das Händler auf Märkten (z.b. in Russland) sehr schnell und sicher bedienen. Die Händler sind dabei schneller als Kunden mit Taschenrechnern. Der Mensch, der den Abakus bedient, muss den Ablauf der Rechnung selber steuern. Das ist bei Berechnung mit langen Formeln kaum möglich. Rechenmaschinen gab es nicht? Doch, es gab immer wieder Versuche. Der britische Mathematiker Charles Babbage entwickelte 1837 die dampfbetriebene Analytische Maschine", die mit allen vier Grundrechenarten rechnen konnte, einen Speicher für bis zu Zahlen besaß und auch 1

2 schon mit Kommandos gefüttert werden konnte, die fast alle Wesensmerkmale modernerer Programmiersprachen hatte. Die Maschine wurde nicht gebaut, weil niemand die präzisen Einzelteile herstellen konnte. Außerdem fehlte es an Geldgebern. Zudem wurden Rechenhilfsmittel erfunden. Bei der Datenverarbeitung wurden ab Ende des 20. Jahrhunderts Lochkarten eingesetzt und zwar noch ganz ohne Computer. Der Deutschamerikaner Hermann Hollerith erfand die Lochkarte. Am 8. Januar 1889 meldet er sein System zum Patent an. Er wurde damit zum Begründer der maschinellen Datenverarbeitung. Sein System wurde bei der Volkszählung 1890 angewandt und trug zu einer starken Beschleunigung der Auszählung bei. Ich habe auch von Analogrechnern gehört. Ein bekanntes Beispiel für Analogrechner sind die verschiedenen Arten von Rechenschiebern und mechanischen Planimetern, die jeder, der bis in die 70iger Jahre des 19. Jahrhunderts Ingenieurwissenschaften studiert hat, verwenden musste. Danach wurden sie zunehmend von Taschenrechnern verdrängt. Ich selbst habe während des Krieges (als Luftwaffenhelfer) an einem Analogrechner, dem Kommandogerät in einer Flakbatterie, gearbeitet. Diese Geräte besaßen eine hohe Echtzeitfähigkeit sowie eine prinzipbedingt hohe Ausführungsparallelität. Damit wurde auf der Grundlage der eingegebenen Höhen, Seiten und Entfernungsangaben feindlicher Flugzeuge, die Abschusswerte der Flakgranaten berechnet. Die Rechengenauigkeit lag allerdings nur bei 0,01 Prozent. Letzteres war allerdings noch wesentlich genauer als die eingegebenen Werte für Höhe, Seite und Entfernung. Und wie hat man die komplizierten Gleichungen der Statik oder Dynamik beim Häuser, Brücken oder Flugzeugbau berechnet? Durch Heere von Mathematikern, die auf dem Papier, manchmal unterstützt von mechanischen Rechenmaschinen, die Ergebnisse ausrechneten. 2. Die Idee von Konrad Zuse Ich kann mir vorstellen, dass das sehr zeitaufwändig und anstrengend war, weil man sich sehr konzentrieren musste. 2

3 Das empfand auch Konrad Zuse ( ). Er war Statiker bei den Henschel Flugzeugwerken und musste immer viele lange Formeln berechnen. Er sagte von sich scherzhaft: Da ich zu faul zum Rechnen war, überlegte ich, wie man eine Maschine bauen kann, die einem Menschen lange Rechenoperationen abnimmt. Wie sah diese Maschine aus, mit der Konrad Zuse Formeln auf dem Gebiet der Statik rechnen wollte? Welche Bauelemente standen ihm damals, 1936, zur Verfügung? Nun ja, er blieb zunächst der Welt der Bauelemente, aus dem Rechenmaschinen damals bestanden, verhaftet das war Metall. Man sagt, Zuse hatte eine gute mechanische Auffassungsgabe. Der Zuse1 war ein mechanisches Rechenwerk. K. Zuse hatte ihn 1937 im Wohnzimmer seiner Eltern aufgebaut. Sein Vater half ihm beim Aussägen der Metallteile mit der Laubsäge. Um den Rechner Z1 zu bauen, gab Zuse 1936 seine Stelle bei den Henschel Flugzeugwerken auf und arbeitete nur noch zu Hause Bild 1: Nachbau des Z1 im Technikmuseum Berlin Der Z1 enthält schon die wichtigsten Elemente eines Computers, war jedoch wegen mechanischer Probleme unzuverlässig. Ein Mangel des Z1 war, dass sich die mechanischen Schaltglieder im Betrieb verhakten. Der Z1 wurde im zweiten Weltkrieg zerstört. Man baute ihn in den 1960er Jahren nach (Bild1). 3

4 Der Rechner wurde von Hand oder von einem starken Elektromotor angetrieben. Man erzählt sich, dass beim ersten Einschalten die elektrische Sicherung in der Wohnung durchbrannte. Ich kann mir das nicht so richtig vorstellen. Wie soll das gehen, ein mechanischer Rechner mit Binärzahlen? Antwort Also zunächst möchte ich noch einmal kurz auf das Rechnen mit Binärzahlen eingehen: - Jede Zahl lässt sich als Binärzahl darstellen. D.h. als Summe von Zweierpotenzen 10 = = = D.h = = = = = = = = = = = = = = = = 14 - Man kennt folgende elementare Rechenoperationen: Die Negation: Das logische UND 0 and 0 = 0 0 and 1 = 0 1 & 1 and 0 = and 1 = 1 Das logische Oder 0 or 0 = 0 0 or 1 = 1 1 V 1 or 0 = or 1 = 1 Antivalenz 0 xor 0 = 0 0 xor 1 = xor 0 = xor 1 = 0 4

5 Bild 2: Mechanische Lösung der Negation: Eingang = 0, es liegt noch kein Takt an Bild 3: Mechanische Lösung der Negation: Eingang = 0, es liegt der Takt an, Ausgang = 1 Das Prinzip habe ich jetzt verstanden. Es muss aber ziemlich kompliziert gewesen sein, die vielen notwendigen Metallteile zu bewegen? Das stimmt, der Z1 enthält zwar schon die wichtigsten Elemente eines Computers, war jedoch wegen mechanischer Probleme unzuverlässig. Ein Mangel des Z1 war, dass sich die mechanischen Schaltglieder im Betrieb verhakten. Welche Leistungsmerkmale hatte der Z1? Ein Arbeitsschritt des Rechners dauerte eine Sekunde. Der Rechner arbeitete mit 22 Bit langen Binärzahlen. Eine Multiplikation dauerte 5 Sekunden. 5

6 Die Eingabe erfolgte über eine Dezimaltastatur, danach wurden die Zahlen in einen Binärcode umgewandelt. Die Ausgabe der Binärzahlen erfolgte nach Umwandlung mit Dezimalziffern. Der Rechner besaß 64 Speicherzellen à 22 Bit. Die Leistungsaufnahme betrug ungefähr 1000 Watt für den Elektromotor der zur Taktgebung verwendet wurde. Das Gewicht des Z1 betrug ca. 500 kg. Der Z1 war für wissenschaftliche Rechnungen konzipiert. Wie stabilisierte Zuse seinen Z1? Er baute zunächst das Rechenwerk mit Relais auf, lies aber den mechanischen Speicher bestehen. Das war der Z2. Bild 4: Logische Schaltung, Antivalenz, mit Relais Schließlich stellte er 1941 den Z3 vor, der vollständig mit Relais aufgebaut war. Er baute den Rechner in Zusammenarbeit mit Helmut Schreyer auf. Der Z3 war der erste funktionsfähige Digitalrechner und gleichzeitig der erste programmierbare und der erste, der auf dem binären Zahlensystem basierte. Die Z3 gilt daher, vor allem in Deutschland, als erster funktionsfähiger Computer, damals als Rechner bezeichnet. Am 21. Dezember 1943 wurde er bei einem Bombenangriff zerstört. 6

7 Bild 5: Nachbau des Z3 im Deutschen Museum in München. Es war Helmut Schreyer, der Konrad Zuse anregte, spätere Rechner mit Röhren aufzubauen. 3. ENIAC: erster Rechner mit Elektronenröhren Hat Konrad Zuse auch den ersten Rechner mit Elektronenröhren gebaut? Nein, das blieb der amerikanischen Armee vorbehalten, in deren Auftrag die ENIAC (Elektronic Numerical Integrator and Calculator) gebaut wurde. Die ENIAC wurde am 14. Februar 1946 der Öffentlichkeit vorgestellt. Der Stromverbrauch der Elektronenröhren, Dioden, Relais, Widerstände und Kondensatoren lag bei 174kW. Der Bau des ENIAC kostete $. Die ENIAC war störanfällig und als Spezialrechner sehr schwer umprogrammierbar. 7

8 Bild 6: Rechnersaal der ENIAC War denn die ENIAC nicht wie wir es gewohnt sind frei programmierbar? Nein, wurde das Programm des Z3 über einen Lochstreifen eingelesen, so erfolgte die Programmierung der ENIAC über Schaltfelder und Stecktafeln. Die Idee, das Programm in den Hauptspeicher des Rechners abzulegen und im Programmablauf vorwärts und rückwärts (bedingt und unbedingt) zu springen, stammt von John von Neumann, der diese Idee 1952 in einem Rechner namens MANIAC 1 realisierte. Das war doch schon in der Zeit, als der Transistor erfunden war. 4. Mit Transistoren bestückte Rechenanlagen Stimmt, der erste funktionierende Transistor wurde 1947 in den Bell Laboratories gebaut und vom Leiter der Forschungsgruppe John R. Pierce so getauft. Die Wissenschaftler John Bardeen, William Bradford Shockley und Walter Houser Brattain erhielten für die 8

9 Entwicklung des Transistors 1956 den Physik Nobelpreis. Die Vakuum Röhrentechnik bildete allerdings noch bis zur Mitte der 50iger Jahre die Grundlage für elektronische Rechenanlagen. Der weltweit erste Computer auf der Grundlage von Transistoren war der für die United States Air Force entwickelt TRADIC ( TRansistorized Airborne Digital Computer). Er schaffte eine Million logische Operationen pro Sekunde. Von den Bell Forschungslaboratorien wurde er am 19. März 1955 fertiggestellt. Er bestand aus ca Germanium Dioden sowie ca Transistoren und hatte eine Leistungsaufnahme von ca. 100 Watt. Derartige Rechner waren, nicht nur, weil für das Militär konzipiert, sondern auch aus Kostengründen, für zivile Zwecke unerreichbar. Ab wann gab es denn Rechner, die für Lehre und Forschung an zivilen Einrichtungen zur Verfügung standen? Das ist eine interessante Frage, auf die ich verschiedene Antworten geben möchte. 1. Das Problem Verfügbarkeit von Rechnern für Universitäten war Auslöser für die Entwicklung des ARPANET (Vorläufer des Internet). Wie später noch ausführlicher zu berichten ist, gab es im Verteidigungsministerium der USA eine Abteilung die hieß ARPA (Advanced Research Projects Agency), Agentur für wissenschaftlich bedeutsame Forschungsprojekte. Unter anderem gab die ARPA den Universitäten Geld für den Ankauf von (in den 60er Jahren sehr teuren) Rechenanlagen, wenn sie für die militärische Forschung arbeiteten. Viele Universitäten bewarben sich um einen Computer, aber soviel Geld, alle Universitäten auszustatten, hatte die ARPA nicht. Sie beauftragte daher 1966 den Bau eines Datennetzes, über das die Wissenschaftler einer Universität auf die Rechner anderer Universitäten zugreifen konnten. 2. Der an der TU Dresden (1959) entwickelte D4a war mit 200 Transistoren bestückt, die Rechengeschwindigkeit lag bei 2000 Grundoperationen/Sekunde. Bild 7: Cellatron C8206 9

10 Zur internen Datenablage kam ein Trommelspeicher zum Einsatz, der eine Kapazität von 4000 Zeichen (33 Bit Wortlänge) hatte. Die Dateneingabe erfolgte über die Bedientasten oder Lochband, die Ausgabe über einen Streifendrucker. Der Cellatron C8206 (Bild 7) war eine Schreibtischbauform des D4a (ab 1967), an dem ich viele Abende gerechnet habe. 3. Natürlich standen auch Hochleistungsrechner für wissenschaftliche Berechnungen zur Verfügung. Dazu gehörte ab 1967 die BESM 6 (Bild 8). Dieser Rechner bearbeitete 1 Million Befehle in der Sekunde, bei einer Taktfrequenz von 9 MHz. Er bestand aus 60,000 Transistoren und 170,000 Dioden. Die Programme wurden in Lochkarten gestanzt und über spezielle Leser eingegeben. Ergebnisse wurden ausgedruckt. Bild 8: BESM 6 Eine solche Anlage war im Deutschen Elelektronen Synchrotron DESY in Zeuthen bei Berlin aufgestellt. Ich hatte die Gelegenheit, auf dieser Maschine Ende der 60iger Jahre Berechnungen für meine Doktorarbeit durchzuführen. Das waren natürlich alles keine Personalcomputer. Offensichtlich fehlten hier noch einige Technologieschritte. Genau so ist es. Der nächste Schritt bei der Verkleinerung der Computer war die Erfindung des Integrierten Schaltkreises. Der erste integrierte Schaltkreis wurde im September 1958 von Jack Kilby entwickelt. Er bestand aus zwei Transistoren, welche auf einer Germanium Unterlage befestigt und durch Golddrähte verbunden wurden. Der erste integrierte Schaltkreis ohne Verdrahtung wurde von Robert Noyce im Juli 1959 zum Patent angemeldet. Damit begann das Zeitalter der hochintegrierten Schaltkreise, zuerst mit zwei, drei, zehn, dann 100, dann 1000, heute Millionen bis zu Milliarden von Bauelementen auf einem CHIP. 10

11 Sicherlich war das letztendlich die Voraussetzung für die Erfindung des Mikroprozessors. 5. Mikrorechentechnik Richtig! Und wieder war es ein Tüftler, einer von denen, über die Albert Einstein sagt, dass Schöpferische Phantasie mehr Wert ist als reines Wissen. (Imagination is more important than knowledge). Er hieß Ted Hoff und war Projektleiter bei Intel. Die Fa. Intel hatte 1970 den Auftrag vom japanischen Tischrechnerhersteller Busicom, Schaltkreise für verschieden große Tischrechner zu entwickeln. Ted Hoff, mit dieser Aufgabe betraut, fand diesen Auftrag langweilig und hatte vielmehr die Idee, das Herz dieses Tischrechners in Form eines programmierbaren Bausteins zu realisieren, der für die unterschiedlichen Rechnertypen einfach umprogrammierbar ist. Ted Hoffs Chef fand die Idee nicht gut, weil er meinte, dass niemand außer den Japanern solch einen Chip braucht!?! Dass daraus der erste universell einsetzbare Mikroprozessor der Welt resultierte, war eigentlich nicht beabsichtigt. Im Jahr 1971 stellte Intel mit dem 4004 die erste CPU auf einem Chip vor. Der Mikroprozessor war geboren. Mit nur 4 Bit breiten Registern und einer Taktfrequenz von bis zu 740 khz war der 4004 aber nicht gerade besonders leistungsfähig. Seine im Vergleich mit den klassischen CPUs äußerst kompakte Bauform verhalf dem Mikroprozessor aber schließlich trotzdem zum Durchbruch. Nachfolger des 4004 war der Intel Offenbar fehlte nur noch das Konzept zu einem mit Mikroprozessor ausgerüsteten PC. Ja, es war 1975: Steve Wozniak, 26 Jahre alt und bei Hewlett Packard angestellt, will einen billigen Rechner für Computerinteressenten bauen. Wozniaks Computer soll einfach zu benutzen sein, daher entscheidet er sich für eine richtige Tastatur statt der bis dahin üblichen Schalter. Der Computer soll billig sein, folglich setzt er anstelle eines Intelprozessors einen von Motorola ein. Außerdem soll der Rechner direkt an ein Fernsehgerät anschließbar sein, um die Kommunikation für den Nutzer zu vereinfachen. Andere Geräte benutzen zu dieser Zeit noch Fernschreiber für die Ein und Ausgabe. Steven Wozniak und Steven Jobs waren schon in der High School befreundet. Beide interessierten sich für Elektronik und galten als Außenseiter. Wozniaks Rechner löteten sie in Jobs Garage zusammen. Sie nannten ihn Apple 1. Jobs und Wozniak gründen am 1. April 1976 die Fa. Apple. 11

12 Irgendwann muss um diese Zeit auch Microsoft mit Bill Gates in Erscheinung treten? Die Microsoft Corporation wurde 1975 von Bill Gates und Paul Allen gegründet. Der Name Microsoft steht für Mikrocomputer Software. Am 6. Januar 1976 wurde Microsoft eine eingetragene Handelsmarke. Das erste Geschäftsfeld waren Basic Interpreter für Home und Bürocomputer. Einen eigenen Rechner (ähnlich Apple) bauten die Microsoftleute nicht. Wohl aber kauften sie 1981 das Betriebssystem SCP DOS der Fa. Seattle Computer Products. Sie verkauften dieses Betriebssystem der Fa. IBM unter dem Namen MS DOS für Ihren IBM PC. Der IBM 5150 kam am 12. August 1981 auf den Markt und war als schnelle Entwicklung geplant, um den gerade wachsenden Markt für Mikrocomputer nicht der Konkurrenz zu überlassen vor allem nicht dem Apple II. Bis zu diesem Zeitpunkt hatte IBM nur die ausschließlich für kommerzielle Kunden bestimmten Systeme IBM 5100 und System/23 hergestellt. Diese waren jedoch nicht mit den deutlich preiswerteren und flexibleren Systemen wie dem Apple II vergleichbar. Der IBM PC besaß als externen Speicher keine Festplatte sondern zwei 8 Zoll Floppy Disk Laufwerke. Bild 9: Der IBM PC 5150 Bitte erklären Sie am Beispiel des IBM PCs wie ein solcher Mikrorechner funktioniert. Einverstanden, betrachten Sie dazu das Bild

13 Bild 10: Blockschaltbild eines IBM PC Mit dem Rechner sprechen wir, indem wir Befehle oder Informationen über die Tastatur eingeben. Der Rechner antwortet durch Ausgabe von Zeichen, Worten oder Sätzen über den Bildschirm. Der Rechner verfügt über einen Arbeitsspeicher (oder Hauptspeicher), in dem er Zwischenrechnungen ausführt, oder, in dem er unsere Eingaben aufbewahrt, um sie zu untersuchen und zu entschlüsseln. Die Zeichen im Hauptspeicher werden beim Ausschalten des Rechners gelöscht. Die meisten Daten (Informationen) stehen auf festen Datenträgern, d.h. Disketten, (Heute Festplatten, oder CDs). Die Eingabe in den Rechner erfolgt mittels Tastatur über die Kommandozeile Ganz links auf der Kommandozeile steht ein Buchstabe und ein Doppelpunkt. Das ist das (Platten /Disketten ) Laufwerk, auf das wir im Moment zugreifen. Es bedeuten: A, B, zwei Disketten Laufwerke. C ist die (erste) Festplatte, D eine zweite Platte oder ein CD ROM Laufwerk, usw.. (ROM ist ein englischer Ausdruck und heißt Read Only Memory, Nur Lese Speicher. Der darauf folgende > spitze Winkel heißt Prompt = Eingabeaufforderung Zwischen Prompt und Doppelpunkt können \Verzeichnisnamen\ stehen. Zur besseren Übersicht ist die Platte (Diskette) nämlich in Verzeichnisse unterteilt. Mich würde interessieren, wie viel Speicherplatz sich auf der in Bild 10 eingezeichneten Diskette befindet. 13

14 Wir müssen uns zunächst Vorstellungen über die Größe von Speichern erarbeiten. Ich habe einmal die Anzahl der Zeichen in der Zeile eines Jugendbuches gezählt, es waren 70 Zeichen bei 36 Zeilen sind das 2520 Zeichen pro Seite. Ein Zeichen wir durch 8 Bit dargestellt. Diese Menge heißt in der Rechentechnik Byte. Also enthält die Buchseite 2,52 KiloByte an Information. Bei den nun folgenden Vergleichen müssen wir berücksichtigen, dass es gelungen ist, die Schreibdichte auf den magnetischen Medien ständig zu vergrößern. Wenn eine 8 ( =Zoll) Diskette 180 KiloByte speichern kann, so sind das 71 Buchseiten. Eine 5,25 Diskette mit 360 KiloByte fasst demnach 142 Buchseiten und die 3,5 Diskette mit 1,44 Megabyte kann 571 Buchseiten speichern. Die Festplatte eines Laptops umfasst 160 GigaByte ( Byte), was 6,35 Millionen Buchseiten entspricht. Die in Bild 10 dargestellten Ein und Ausgaben innerhalb des Rechners, die Verwaltung des Speichers usw. sind doch sicherlich bei den verschiedenen Rechnerherstellern verschieden gelöst? Da haben Sie Recht. Die Art der Ein und Ausgabe der Daten, die Speicherverwaltung, der Systemkern usw. werden durch das Betriebssystem des Rechners (engl. Operating System OS) bestimmt. Von den vielen Betriebssystemen sollen hier nur drei Linien genannt werden. Bei Apple war es das Mac OS, bei Microsoft MS DOS und bei der Digital Equipment Corporation DEC, die die Minicomputer Serie PDP produzierten, war es RSX. Jedoch ist vor allem die PDP7 zu nennen, auf der Ken Thompson 1969 das Betriebssystem UNIX implementierte. Heute brillieren natürlich Microsoft mit dem Betriebssystem Vista, Apple mit dem Mac OS X Leopard und UNIX ist der Stammvater von LINUX. 6. Rechnen auf der Kommandozeile Um ein Gefühl für die Anfänge der Rechentechnik zu erhalten, würde ich gerne wissen wie man einen PC der 80iger Jahre bedient hat. Gut, dann verwandeln wir unseren PC aus dem Jahre 200x in einen IBM PC von 198x. Dazu drücken wir im Windows XP Start > Ausführen und tragen in die Box Ausführen cmd ein und bestätigen mit OK. In Vista drücken wir Start und in das Feld Suchen ebenfalls cmd ein und bestätigen mit Enter. Im schwarzen DOS Fenster finden wir (in XP) die Zeile 14

15 C:\Dokumente und Einstellungen\IhrName> In Vista: C:\users\ IhrName> Wenn Sie über ein Diskettenlaufwerk (USB Diskettenlaufwerk) verfügen, können Sie die Arbeitsumgebung noch echter nachbilden. Sie legen eine Diskette ein und wechseln mit C:\Dokumente und Einstellungen\IhrName>A: <ENTER> zu Bild11. Bild 11 a: Bildschirm eines 1980iger PCs Klicken Sie auf den Menü Knopf oben links am Eingabefenster und stellen Sie die Anzeigeoption Vollbild ein. Nunmehr färbt sich Ihr Bildschirm schwarz und Sie arbeiten im Look der 80er Jahre. In einem Vistarechner lässt sich das cmd Fenster nicht über den gesamten Desktop vergrößern Nun sollten Sie ein paar einfache Kommandos für die Kommandozeile erklären. Bild 11 b: Menü des cmd Fensters. Zunächst wollen wir den Bildschirm aufräumen. Das Kommando CLS bedeutet Clear Screen, d.h. auf dem Bildschirm wird alles, außer der Kommandozeile gelöscht. Wir befinden uns im Laufwerk A:\> in der Wurzel, oder wenn Sie keine Diskette verwenden in C im Verzeichnis Dokumente und Einstellungen und in diesem Verzeichnis wiederum im Unterverzeichnis IhrName. Als nächstes legen wir ein Verzeichnis mit Namen Uebung an. Das Kommando md Uebung bedeutet make directory (erstelle ein Verzeichnis) mit Namen Uebung. Durch Eingabe des Kommandos dir (Directory), d.h. Verzeichnisinhalt, überzeugen wir uns, dass das Verzeichnis angelegt wurde. Es zeigt uns Datum und Uhrzeit der letzten Änderung des aktuellen Verzeichnisses <DIR>. und des Übergeordneten Verzeichnisses <DIR>.., die Größe der Datei in Byte und den Name der Datei an. Nun können wir mit cd Uebung, change directory Uebung, ins Verzeichnis Übung wechseln. cd Ueb* arbeitet mit dem Joker *, vorausgesetzt der Rechner findet eindeutig das Wort Uebungen. Das Kommando cd.. heißt: Wechsele ins übergeordnete Verzeichnis. 15

16 Wie kann ich einen Text eingeben? Dazu benötigt man einen Editor. Editieren heißt so viel wie Texte erzeugen. Gibt man das Kommando edit name auf der Kommandozeile ein, so verwandelt sich das Eingabefenster in einen blauen Schirm. Sobald man auf der Tastatur eine Taste drückt, so erscheint das der Taste zugeordnete Zeichen auf dem blauen Hintergrund. Im Beispiel habe ich für name das Wort tamagotchi.txt eingegeben. Die Endung.txt zeigt, dass die erzeugte Datei eine Textdatei ist, im Gegensatz zu einer Datei mit der Endung.exe, die ein ausführbares Programm darstellt. Anstelle eines üblichen Textes habe ich etwas gezeichnet. Bild12 a: Editorfenster Bild 12b: Dateimenü des Editors Drückt man die Alt Taste und gleichzeitig die Taste D so öffnet sich das Datei Menü. (Bild 12b). Man kann mit der Cursortaste den schwarzen Balken nach unten schieben und in der Position Speichern die Entertaste drücken. Damit ist die Datei tamagotchi.txt abgespeichert. Alt kommt vom englischen alternate und bedeutet ändern der Bedeutung einer Taste. Bild13: Ausdruck des editierten Objekts 16

17 Wie in Bild 13 gezeigt, kann die Datei tamagotchi.txt mit dem Befehl type, auch unter Verwendung eines Jokers *, auf dem Bildschirm ausgedruckt werden. Weitere Befehle sind u.a. copy, mit dem die Datei tamagotchi.txt z.b. in das Verzeichnis Uebungen kopiert werden kann A:\>copy tamagotchi.txt Uebungen Mit cd Ueb* wechseln wir ins Verzeichnis Uebungen und verkürzen mit dem Befehl ren (rename) den Namen tamagotchi.txt in tago.txt. Mit cd.. wechseln wir zurück in die Wurzel von A:, und löschen mit dem Befehl del (delete) die Datei tamagotchi.txt. A:\>cd Ueb* A:\Uebungen>ren tamagotchi.txt tago.txt A:\Uebungen>cd.. A:\del tamagotchi.txt In kultivierten Betriebssystemen (z. UNIX) steht zwischen Kommando und Argument stets ein Leerzeichen. In DOS darf man schlampigerweise cd.. schreiben 7. Die Grafische Benutzeroberfläche Wann ging man denn von der Kommandozeile zur grafischen Benutzeroberfläche über? Dazu musste erst die Computermaus erfunden werden. Bereits im Dezember 1968 stellte William English und C. Engelbart am Stanford Research Institute einen X Y Positions Anzeiger für ein Bildschirmsystem als Vorläufer der Computer Maus vor. Da die Computerbediener auf der Kommandozeile arbeiteten, interessierte sich niemand für das Zeigegerät. W. English ging 1971 zur Fa. XEROX und setzte seine Maus an einem Computer mit grafischer Oberfläche ein. Die Fa. Apple kaufte die Lizenz für die Maus und führte sie Anfang 1983 zusammen mit dem Rechner Apple Lisa ein. Ein Jahr später kam der Apple Macintosh (kurz Mac) ebenfalls mit grafischer Oberfläche und Maus. In einem Fernsehfilm wurde dargestellt, dass sich Bill Gates von Steve Jobs einen Apple mit grafischer Oberfläche geliehen hatte und danach im November 1983 das erste Windows auf der COMDEXX vorstellte. MS Windows 1 wurde im August 1985 veröffentlicht. In der Multiuser Workstation Welt, in der das Betriebssystem UNIX residiert, heißt die graphische Bildschirmoberfläche X (X Window System). X wurde in Zusammenarbeit des MIT, der Digital Equipment Corporation und IBM entwickelt. Die erste Version wurde im Juni 1984 freigegeben, im September 1987 folgte die Version X11. Das X Window System besteht aus einem leistungsfähigem Server, in dem die Bilder berechnet werden und Terminals kleinerer 17

18 Rechenleistung die die Bilder darstellen. Die Kommunikation zwischen beiden erfolgt über das lokale Netz. Unter Linux laufen Server und Terminal auf einer Maschine. Erklären Sie bitte, wie man die Aufgaben, die wir auf der Kommandozeile gelöst haben, in Windows bearbeiten müssen. Die grafische Oberfläche des Bildschirms wird Desktop (Tischoberfläche) genannt. Auf dem Desktop befinden sich Bildchen ( Icons), deren Darstellung bereits ihre Bedeutung verrät. Erinnern Sie sich bitte, dass am Anfang der Kommandozeile in unseren Beispielen der Buchstabe A stand. Wie finden wir das Laufwerk A auf unserer neuen grafischen Bildschirmoberfläche? Wir führen den Zeiger unserer Maus auf das Icon mit Namen Arbeitsplatz und drücken kurz die linke Maustaste, d.h. wir klicken das Icon an. (Wir wünschen, dass das Ikon geöffnet wird). Bild 14: Ausschnitt des Fensters Arbeitsplatz Auf dem Bildschirm erschein daraufhin das Fenster Arbeitsplatz (Bild 14). Wir sehen dass der Computer 2 Festplatten, 1 DVD Laufwerk und ein Diskettenlaufwerk besitzt. Wir klicken A an, das Fenster 3 1/2 Diskette A öffnet sich und wir sehen nur einen gelben Ordner, das Verzeichnis Uebungen, da wir ja die Datei tamagotschi.txt gelöscht hatten. 18

19 Wir klicken auf das Ikon Uebungen und sehen in dem sich öffnenden Fenster die Datei tago.txt Bild 15: Inhalt des Ordners Uebungen Wenn wir das jetzt anklicken, entspricht das der Eingabe des Kommandos edit auf der Kommandozeile. Bild 16: Inhalt des files tago.txt. Wir wollen wir nun einen Brief schreiben. Dazu klicken wir mit der rechten Maustaste ins Fenster Uebungen. Es öffnet sich ein Menü, in dem wir die Maus leicht nach unten ziehen, bis der Blaue Balken auf Neu steht. Dort öffnet sich ein neues Menü, in dem wir alle Dateien und Icons finden, die wir als Nutzer erzeugen dürfen. Wir schieben den Blauen Balken auf Textdokument, klicken mit der linken Maustaste, wodurch im Fenster Uebungen ein Icon in Gestalt eines Schreibblocks erscheint mit dem Namen Neu Textdokument.txt. Neu Textdokument muss nun umbenannt werden auf den Namen Brief. Dazu klicken wir mit der rechten Maustaste auf das Icon. Es erschein ein längeres Menü, in dem wir die Maus und den blauen Balken nach unten ziehen und im Punkt Umbenennen klicken. Der Name Neu Textdokument.txt färbt sich blau so dass wir den neuen Namen Brief.txt darüber schreiben können. 19

20 Bild 17: Im Verzeichnis Uebungen wurde ein leeres Textdokument erzeugt. Die umbenannte Datei ist in Bild 18 zu sehen. Bild 18: Im Verzeichnis Uebungen wurde das leeres Textdokument in Brief umbenannt. Klickt man auf die Datei Brief.txt, so öffnet sich der Editor und wir können den Brief schreiben. Bild 19: Editorfenster mit geöffnetem Brief Der Brief wird ordnungsgemäß gespeichert, indem man das Dateimenü öffnet und auf Speichern und danach Beenden klickt. Wie ich sehe, ist die grafische Oberfläche intuitiv bedienbar. Man kann Dateien anfassen und 20

21 durch Bewegen zum neuen Standort kopieren. Gelöscht wird durch Kopieren in den Papierkorb. Verschieben bedeutet kopieren an den neuen Standort und gleichzeitig löschen am alten Standort. Prima, Sie haben das richtig erkannt. Im Großen und Ganzen ist die Bildschirmoberfläche wie eine Schreibtischplatte, auf der nützliche (und unnütze ) Gegenstände liegen. 8. Netzwerkarbeit Ein großer Teil der Arbeit am bzw. mit dem Computer findet heute im Internet statt. Wie kann man überhaupt Rechner über kleine und große Entfernungen miteinander verbinden? Antwort Telefonieren kann man schon seit 100 Jahren. Am Anfang hat man zu Beginn eines Telefongesprächs das Fräulein vom Amt angerufen und gebeten, mit einem Partner verbunden zu werden. Später wurde zu Beginn des Telefonats die Nummer des Partners gewählt. Die Verbindung erfolgte dann automatisch durch eine Fernsprechvermittlung. Es lag nahe, Computer über das Telefonnetz miteinander zu verbinden. Dazu musste man natürlich den digitalen Output eines Rechners in tonfrequente Signale umwandeln, d.h. auf der Sendeseite modulieren und auf der Empfangsseite demodulieren. Das dazu verwendete Gerät nannte man Modem. Wie groß war denn die Übertragungsgeschwindigkeit der ersten Modems? In Deutschland wurden die ersten Modems 1966 von der Deutschen Bundespost eingesetzt. Die damit erreichbare Übertragungsgeschwindigkeit war 1200 Bit/sec. Bis in die Mitte der 80er Jahre durften in Deutschland nur posteigene Modems auf postalischen Leitungen eingesetzt werden. Heute gibt es Modems, die auf analogen Telefonleitungen im Download Bit/sec übertragen. Im ISDN ist, wie Sie ja aus früheren Gesprächen* wissen, die Übertragungsrate Bit/sec. Ist denn damit das Internet aus der Vernetzung weltweiter Telefonleitungen entstanden? Nein, so einfach lässt sich das nicht sagen. Die Geschichte begann in den 60er Jahren des vorigen Jahrhunderts in Amerika. * Der ISDN D Kanal im Dialog, EPV Elektonik Praktiker Verlagsgesellschaft mbh, ISBN

22 Im Verteidigungsministerium der USA gab es eine Abteilung die hieß ARPA (Advanced Research Projekts Agency) Agentur für wissenschaftlich bedeutsame Forschungsprojekte. Wie ich bereits zu Anfang erwähnt habe, gab die ARPA den Universitäten Geld für den Ankauf von (in den 60er Jahren sehr teuren) Rechenanlagen, wenn sie für die militärische Forschung arbeiteten. Viele Universitäten bewarben sich um einen Computer, aber soviel Geld alle Universitäten auszustatten, hatte die ARPA nicht. Ein Mitarbeiter der ARPA hieß Bob Taylor. Der ärgerte sich zusätzlich darüber, dass in seinem Büro über Telefonleitungen Verbindungen zu drei Großrechnern (an drei Universitäten) bestanden, wobei jede Verbindung mit einem anderen Gerät (Computerterminal) abgeschlossen war. Er hatte die Idee, ein landesweites einheitliches Computernetzwerk zu schaffen. Er fand die Unterstützung anderer Wissenschaftler, die mit ihm ein Dokument zum Thema ARPAnet verfasste. War das ein Netz von Telefonleitungen? Besser gesagt Fernmeldeleitungen, die die Verbindungen im ARPAnet bildeten. Mit dem Aufkommen der Rechentechnik entstand der Wunsch Rechner, über größere Entfernungen miteinander zu koppeln. Das war natürlich prinzipiell über Fernschreibleitungen möglich, aber die Fernschreib Geschwindigkeit war viel zu niedrig, gemessen an der Arbeitsgeschwindigkeit der Elektronenrechner. Da entwickelten (unabhängig voneinander) Paul Baran 1960 in den USA und Donald Watts Davies 1965 in England, ein Verfahren, das sie Paketdatenübertragung nannten. Da auf einer Lochkarte, die zur Programm und Dateneingabe in Rechner dient, 80 Zeichen pro Zeile geschrieben wurden (Löcher für 1 und Kein Loch für 0 ), verwandten Sie Datenpakete aus Blöcken von 80 Zeichen 0 oder 1. Die Übertragungsgeschwindigkeit war am Anfang auf Bit/sec begrenzt. Der Datenblock besaß einen Kopf, der den Namen des Absenders und die Adresse des Empfängers enthielt Adresse Absender (80 Bit Information) Bild 20: Datenpaket mit Adresse und Absender Damit war es möglich, über die gleiche Leitung Datenpakete von verschiedenen Quellen an unterschiedliche Rechner zu senden. In einer Datenvermittlung wird von jedem ankommenden Paket die Adresse gelesen, wonach das Datenpaket in eine Leitung geschickt wird, die schließlich zum Zielrechner führt. Das bedeutet, dass für ARPAnet Datenvermittlungen entwickelt werden mussten? 22