Kommunikation. Gestern, heute und Morgen. Fach: Physik. Ein Vortrag von Markus Lenk und Tobias Denkinger

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1 Kommunikation Gestern, heute und Morgen Fach: Physik Ein Vortrag von Markus Lenk und Tobias Denkinger

2 Gliederung: 1 Allgemeines zur Kommunikation 1.1 Definition 2 Geschichte der Kommunikationstechnik 2.1 Sprache 2.2 Schrift 2.3 Morsen 2.4 Telefon 3 Technische Grundlagen der modernen Kommunikationstechnik 3.1 (Strom-)Kabelverbindung 3.2 Funkverbindung 3.3 Glasfaserverbindung 4 Gegenüberstellung der Funktionsweise alter und neuer Kommunikationstechnik 4.1 Morsetechnik 4.2 Telefon und Handy 4.3 Netzwerk 4.4 Internet 5 Die Zukunft in Kommunikation und Rechentechnik 5.1 Kurze Einführung in die Quantenmechanik 5.2 Anwendung in Informationsübertragung 5.3 Anwendung in der Rechentechnik(Informatik)

3 1 Allgemeines zur Kommunikation 1.1 Definition - Datenaustausch zwischen Kommunikationspartnern unter Lebewesen gegenüber/unter technischen Geräten Aufnahme, Speicherung und Verarbeitung durch Partner nötig durch Intelligenz oder Programmierung möglich 2 Geschichte der Kommunikationstechnik 2.1 Sprache - abstraktes Zeichensystem Darstellung von Gegenständen; Vorgängen geschrieben und gesprochen Grundlage der Kommunikation Morphologie(Erscheinungsbild)/Syntax und Semantik(Wortbedeutung)Schrift 2.2 Schrift - bewahrende Wiedergabe des Gesprochenen, Gedachten oder Erfahrenen - Geschichte: Keilschrift der Sumerer Ende des 4.Jt. v. Chr. entwickelt Bildhafte Schriftzeichen Verwendet von: Akkadern, Assyrern, Elamitern, Churritern, Babyloniern, Persern, Ägyptern, Syrern, Hethitern, Chaldäern und anderen Völkern Hieroglyphen von Ägyptern verwendet hierós: heilig ; γλύφω, glýphō: (in Stein) gravieren/ritzen heiliggeritzt Übergang Symbol- zu Lautschrift Entwicklung von Lautschriften Möglich: literarische Texte Jedem Zeichen ein Laut zugeordnet erste: Altsemitisch um 1200 v. Chr. Einführung des Papiers im 13. Jh. n. Chr. Verbreitung der Schrift Entwicklung der Fraktur (=deutsche Schrift) Entwicklung des Buchdrucks 1455 Gutenberg Entwicklung der Druckschrift 2.3 Morsen - Erfindung 1833 von Samuel Morse Samuel Finley Breese Morse Amerikaner Erfinder Professor für Malerei, Plastik, Zeichenkunst * 27. April April Notwendigkeit eines Morsealphabetes - Bedeutung: Fernmeldetechnik (fast) ohne Zeitverlust

4 schnelle Nachrichtenverbreitung möglich - Weiterentwicklung zum Farbschreiber(Ende 19.Jh.) 2.4 Telefon - Wort vom griech.: tele: fern, weit und phone: Stimme - auch Fernsprecher(veraltet) - Entwicklung 1670 Samuel Moreland: Trompetenähnliche Fernsprecher 1 Jh. später von Heinrich Lambert aufgegriffen 19.Jh. Verwendung von Sprechrohren auf Dampfern 1854 Charles Bourseul Referat über Theorie des Telefons - Daraufhin Entwicklung von Tivadar Puskás Antonio Meucci Philipp Reis Elisha Gray Alexander Graham Bell - Nur bei Bell außerhalb des Labors funktionsfähig 3 Technische Grundlagen der modernen Kommunikationstechnik 3.1 (Strom-)Kabelverbindung - Übertragung von Signalen durch elektrische Impulse - Änderung von Spannung, Spannungsrichtung oder Stromstärke 3.2 Funkverbindung - Sender: Erzeugung von elektromagnetischen Wellen - Änderung der Amplitude zur Datenübertragung - Empfänger: Empfang von elektromagnetischen Wellen bestimmter Frequenz durch Nutzung der Resonanz 3.3 Glasfaserverbindung - Leitung von Licht durch eine Glasfaser - Nutzung der Totalreflexion 4 Gegenüberstellung der Funktionsweise alter und neuer Kommunikationstechnik 4.1 Morsetechnik - an-/ausschalten eines konstanten Signals (Zustände AN und AUS) - Übertragung durch: optische Signale akustische Signale elektrische Signale mechanische Signale Funksignal - Voraussetzung: zwei unterschiedliche Zustände durch Medium eindeutig übertragbar - Zeichen einfaches kurzes Signal (dit) grundlegende Zeiteinheit Darstellung als Punkt langes Signal (dah) Länge: 3 dit Darstellung als Strich Pause kein Signal Länge: zwischen zwei Signalen: 1 dit

5 zwischen zwei Buchstaben: 3 dit zwischen zwei Worten: 7 dit - Vorteile: keine umfassende Ausrüstung nötig Funktion auch bei relativ schlechten Bedingungen möglich - Nachteile: nicht einsteigerfreundlich nur Zeichenübertragung 4.2 Telefon und Handy - Umwandlung akustischen Signals durch ein Mikrofon in ein elektrisches Kohlemikrofon: Änderung des el. Widerstandes durch Schallwellen Piezo-Mikrofon: Erzeugung und Verstärkung el. Spannungen. elektrostatisch: Membran+Spule => Induktion => Signalspannung - Übertragung durch Funk (Handy, Satellitentelefon) oder ein Kabel - automatischer Verbindungsaufbau (früher: Fräulein vom Amt) - Umwandlung des el. Signals in ein akustisches beim Empfänger elektrostatisch elektrodynamisch (Lautsprecher) Piezoelektrische Hörzellen - Funkgeräte: direktes Senden der Signale (Frequenzwahl nötig) - Vorteile: Übertragung akustischer Signale möglich (normale Sprache) einfach bedienbar einzelner Empfänger - Nachteile: kostenpflichtig, da Netz nötig (anders als beim Funkgerät) relativ komplizierte Technik notwendig keine Zeichen- oder Bilderübertragung (normalerweise) 4.3 Netzwerk - netzartiger Zusammenschluss mehrerer elektronischer Systeme - Möglichkeit des Datenaustauschs - einige Aufbaumöglichkeiten (Topologien): Stern-Topologie: zentraler Knotenpunkt (z.b. Switch) meist nur in Kleinstnetzwerken Baum-Topologie baumähnlicher Aufbau (Verzweigungen) hierarchische Staffelung Ring-Topologie Verbindung nur mit den Nachbarn vermaschtes Netz Verbindung mit mehreren Rechner zahlreiche Verbindungsmöglichkeiten - wichtigste Verbindung: Ethernet Übertragung durch Twisted-Pair oder Glasfaser Senden bei freier Leitung (Carrier) gleichzeitiges Senden => Kollision => späterer Versuch Adressierung durch MAC-Adresse - Token Ring Herumreichen eines Token (zu dt. Pfandmünze) Besitzer darf eine Zeit lang senden, danach Weitergabe

6 festgelegte Reihenfolge meist Ring-Topologie Übertragung wie Ethernet auch im Ethernet möglich (Token Ring over Ethernet) Vermeidung von Kollisionen bessere Leistungsausnutzung Veränderungen im Netzwerk müssen erkannt werden - Wireless-LAN kabelloses Netz Verbindung über Funk Infrastrukturmodus: mit Schnittstelle zu einem drahtgebundenen Netz Ad-hoc-Modus: Kommunikation ohne zusätzliche Infrastruktur - Vorteile: Übertragung aller Datentypen Möglichkeit der Umwandlung in fast alle anderen Signale relativ einfach bedienbar - Nachteile: je nach Aufbau mehr oder weniger störanfällig sehr komplizierte Technik notwendig 4.4 Internet - Verbindung beliebig vieler kleinerer Netzwerke durch Internet-Knoten Firmennetzwerke Providernetzwerke - Forschungsnetzwerke usw. - leistungsstarke Verbindungen (Backbones) - hauptsächlich dezentrale Struktur (Ausfallsicherheit) - vermaschtes Netz mit vielen Kommunikationswegen - Verbindungen: Schmalbandverbindungen (z.b. Modem/ISDN) mit Provider Breitbandverbindungen (z.b. DSL) mit Provider Standleitung (bei Firmen oder staatl. Einrichtungen) - Kommunikationsbasis: TCP/IP-Protokoll Domänenamen (z.b. Webadressen) Zuordnung einer IP-Adresse (üblich IPv4) vier Byte (Zahlen 0-255) durch Punkte abgetrennt Übersetzung in Domänennamen und umgekehrt durch DNS (Domain Name System) z.b. Links, Eingabe einer Webadresse - Übertragung durch elektrische oder Glasfaserkabel - Vorteile: ziemlich ausfallsicher weltweites Netzwerk Kommunikation unabhängig von Software und Netzwerktechnologie - Nachteile: Möglichkeit des fremden Zugriffs schlechte Kontrollierbarkeit 5 Die Zukunft in Kommunikations- und Rechentechnik 5.1 Kurze Einführung in die Quantenmechanik - Was ist ein Quant?

7 Licht/EM-Welle auch Strahl(Compton-Effekt: Interaktion von Elektronen und Photonen) Strahl aus Teilchen(vgl. Wasserstrahl) diese Teilchen bei Licht: Photon in Wissenschaft def.: Quant = Minimalmenge von etwas Photon als Lichtteilchen die minimale Lichtmenge Photon also Quant weitere Quanten: Phonon = Verzerrungswellenquant Magnon = Quant magn. Anregung Plasmon = Plasmaschwingungsquant(Dichteschwankungen von Ladungsträgern in Halbleitern/Metallen) Gluon = Quant des Kraftfeldes Quant des Drehimpulses(kein bes. Name) Graviton = Quant der Gravitationswellen - Zitate: Diejenigen, die nicht schockiert sind, wenn sie zum ersten mal mit Quantenmechanik zu tun haben, haben sie nicht verstanden. Niels Bohr(1922 Physik-Nobelpreis) Ich denke, man kann mit Sicherheit sagen, dass niemand Quantenmechanik versteht. (I think it is safe to say that no one understands quantum mechanics.) Richard Feynman(1965 Physik-Nobelpreis) - Besonderheiten von Quanten gegenüber von normalen Teilchen: Verschränkbarkeit Zustände von zwei/mehreren Quanten koppelbar bei Änderung eines Zustandes: gleichzeitige(!) Änderung des Zustandes der anderen somit Übertragung von Zustandsinformationen ohne Zeitverlust: Name Quantenteleportation(irreführend, da nur Teleportation von Informationen) Einnahme von Superpositionen Möglichkeit der gleichzeitigen Einnahme von mehreren Zuständen(vgl. einfarbiger Körper mit zwei Farben gleichzeitig) super = über (lat.) weil mehrere Positionen (=Zustände) gleichzeitig Übereinander 5.2 Anwendung in der Informationsübertragung - Vgl. vorhin - aber: Problem Erfolg bei Manipulation von Quantenzuständen (durch Kollision mit anderen Quanten) nicht garantiert deshalb: Übermittlung der Erfolgs-/Misserfolgsinformation auf konventionellem Wege keine wirkliche Zeitersparnis - Spaltung der Wissenschaftswelt: die einen: Das Problem ist lösbar. die anderen: Es ist nicht lösbar. - Wenn gelöst dann neues Zeitalter der Kommunikation: keine Kabel(für Informationsübertragung) kein Elektrosmog keine Funklöcher in Kellern nicht abhörbare Verbindungen Realtime -Link mit Raumsonden

8 5.3 Anwendung in der Rechentechnik - basierend auf zweiter Besonderheit - nur Vorteil bei besonderen Aufgabentypen - Speicherangabe in Qbits anstatt Bits - Berechnung eines Funktionswertes an einer Stelle gleichlang wie konventioneller Rechner - wenn Bsp.: Quantenrechner mit 8Qbits(heutige Rechner haben 32/64 Bit) wäre Berechnung von 2^8, also 256 gleichschnell wie Berechnung von 1 Funktionswert - Problem: am Ende Ausgabe von nur einem zufälligem Ergebnis - Lösung des Problems: vielen Lösungen nur als Zwischenwerte - Algorithmen: Shors-Algorithmus zur Faktorisierung von Zahlen für unstudierte nicht verständlich 2001 von IBM zur Zerlegung von 15 in 5*3 mit 7Qbit Rechner erfolgreich eingesetzt Simplex Algorithmus Quantenalgorithmus Schnellere Iterative Lösung von linearen Programme 6 Quellen 6.1 Copyright 2003: WISSEN digital Software Verlags GmbH, München. 6.2 de.wikipedia.org/wiki/... - Braun - Braun sche Röhre - Buchdruck - Fernsehen - Funktechnik - Gutenberg - Hochfrequenztechnik - Kommunikation - Kommunikationsnetz - LAN - Netzwerk - Nipkow - Post - Spache - Symbol - Telefon - WAN - Buchdruck - Gardiner-Liste - Gestik - Global_Possitioning_System - gprs - Hieroglyphen - icq - Internet - Johann_Heinrich_Lambert - Keilschrift - Kommunikation - Kommunikationsnetzwerk - Lautschrift

9 - Mimik - Mobiltelephon - Morseapparat - Morsecode - Morsetelegraphie - Netzwerk - Papier - Rechnernetzwerk - Samuel_F._B._Morse - Semiten - Telefon - Telegraphie - Welle_(Physik) - Compton-Effekt - Dekohärenz - Determinismus - Heisenbergsche_Unschärferelation - Licht - Magnon - Niels Bohr - NP-Problem - Phonon - Plasmon - Quantencomputer - Quantenmechanik - Quantensprung - Quantenteleportation - Quasi-Teilchen - Richard P. Feynman - Schrödinger - Schrödingergleichung - Shors_Algorithmus - Simplex-Algorithmus - Superposition - Verschränkter Zustand - Viele-Welten-Interpretation 6.3 weitere Seiten hr_sie_chinesisch_china.jpg - %20Keilschrift.jpg - Keilschrift_1.jpg

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