Ausgewählte Aspekte PC-gestützter Datenverarbeitung Vorlesung an der BA-Karlsruhe

Transkript

1 Vorlesung an der BA-Karlsruhe von Dipl.-Inform. Torsten E. Neck Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Oktober 2003 BERUFSAKADEMIE KARLSRUHE Staatliche Studienakademie - University of Cooperative Education

2 Torsten E. Neck Forschungszentrum Karlsruhe GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Postfach 3640 D KARLSRUHE Hermann-von-Helmholtz-Platz 1 D Leopoldshafen Fon: +49 (0) Fax: +49 (0) Torsten.Neck@ftu.fzk.de W³: Studium der Mathematik und Informatik an der Universität Karlsruhe; Schwerpunkte: Telematik (Prof. Dr. G. Krüger) and Informationssysteme (Prof. Dr. P. Lockemann) bis 1998 am Institut für Angewandte Informatik : Projekte: TESUS, ARTEMIS, KISMET; High Performance Networks für Multimedia Applications in der Medizin seit 1998 am Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt : Fachleiter Informations- und Kommunikations- Technologien seit 1998 Berufung zum vorsitzenden Prüfer bei der IHK mittlerer Oberrhein für den Beruf Fachinformatiker seit 1999 Lehrbeauftragter für Telematik an der Fachhochschule Karlsruhe Seit 2000 Lehrbeauftragter für Rechnerstrukturen, Systemarchitektur und Informationssysteme an der BA-Karlsruhe

3 Expertisen TN Einsatz von ATM im herstellerübergreifenden Umfeld ATM-LAN-Techniken ATM-Interworking ATM-Interoperabilität Einsatz von Videokollaborations-Lösungen sungen H.320/H.321/H.323 T.120 Hybridsysteme Einsatz von Voice-over over-ip-lösungen VTOA VOIP Mitgliedschaften und Berufungen Mitglied im European Market Awarenes Comittee (EMAC) des Internationalen ATM Forums Vorsitzender Prüfer für IT-Berufe der IHK Karlsruhe Lehrbeauftragter an der Fachhochschule Karlsruhe Lehrbeauftragter an der Berufsakademie Karlsruhe

4 Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Gesellschafter: 90% Bundesrepublik Deutschland 10% Land Baden-Württemberg Gründungsjahr: 1956 Jahresbudget Forschung: 300 Mio., davon 60 Mio. eigene Erträge Personal: 3600 Beschäftigte, davon 1200 Wissenschaftler/Ingenieure, 60 Professoren, 150 Gastwissenschaftler, 170 Doktoranden, 260 Azubis Geschäftsbereich Forschung: 5 Forschungsbereiche, 11 Programme 22 wissenschaftliche Institute und wissenschaftlich-technische Hauptabteilungen 3 Projektträgerschaften des Bundes Leitung Büro für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag

5 Ein paar IT-Daten: Klassische TK: IP-Netzwerk: Internetanbindung: 4500 Teilnehmer, 240 Amtsleitungen 5000 PCs, 4000 Workstations, 1000 Switches und Router 2,5 Gbit/s (oc48) am G-WIN (Deutsches Forschungsnetz) Mitglied in der Hermann-von von-helmholtz- Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren

6 Hermann-von-Helmholtz Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren AWI Alfred-Wegener-Institut für Polar und Meeresforschung DESY Deutsches Elektronen-Synchrontron DKFZ Deutsches Krebsforschungszentrum DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt FZJ Forschungszentrum Jülich FZK Forschungszentrum Karlsruhe für Technik und Umwelt GBF Gesellschaft für Biotechnologische Forschung GFZ Geo-Forschungszentrum Potsdam GKSS Forschungszentrum Geesthacht GMD Forschungszentrum Informationstechnik GSF Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GSI Gesellschaft für Schwerionenforschung HMI Hahn-Meitner-Institut Berlin IPP Max-Planck-Institut für Plasmaphysik MDC Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin Berlin- Buch UFZ Umwelt-Forschungszentrum Leipzig-Halle

7 Forschungsprogramme Struktur der Materie Erde und Umwelt Atmosphäre und Klima Nachhaltigkeit und Technik Gesundheit Biomedizinische Forschung Medizintechnik Energie Kernfusion Nukleare Sicherheitsforschung Rationelle Energieumwandlung Schlüsseltechnologien Mikrosystemtechnik Nanotechnologie Wissenschaftliches Rechnen

8 Vorlesungsinhalte Historischer Abriss der Datenverarbeitung Rechnerarchitekturen Rechnerstrukturen Informationstheoretische Grundlagen Rechnerarithmetik Rechnerorganisation am Beispiel PC Systemarchitektur Systembeispiele Praktikum Networking Internetworking 2 UE 3 UE 5 UE 2 UE 6 UE 2 UE 12 UE 8 UE 40 UE

9 Inhaltlicher Abriss Historischer Abriss der Datenverarbeitung Drei Aspekte der DV-Geschichte Hardware-Milestones: Abakus, Zählradprinzip, Elektrizität und Lochkarte, Relaistechnologie, Röhrentechnologie, Transistortechnologie, Integrierte Schaltungen Synopse Evolution des Personal-Computers 2 UE

10 Inhaltlicher Abriss Rechnerarchitekturen Rechnerstrukturen Klassifikationen der Rechnerarchitekturen Ungerer, 1989, Preis und Leistungsfähigkeit Flynn, 1966/1972, Organisationsform Bode/Händler, 1983, ECS Ausgewählte Rechnerstrukturen Von-Neumann: Princeton-Rechner, Harvard-Rechner Optimierung des Von-Neumann-Rechners Der PC als Von-Neumann-Struktur 3 UE

11 Inhaltlicher Abriss Informationstheoretische Grundlagen Grundbegriffe: Alphabet, Nachricht, Nachrichtenraum Grundbegriffe: Entscheidungsgehalt, Entscheidungsredundanz Codes, n-näre Alphabete, variable Codierung, feste Codierung 5 UE Codebäume, Huffmann-optimierte Codes, Entropie, variable Binärcodes, Fano-Eigenschaft Codesicherung: Stellendistanz, Hamming-Distanz, Redundanz- Sicherung (Parity-Check, Cross-Check, CRC) Standards der binären Zeichencodierung mit Code-Transparenz und Protokoll-Steuerung Ggfs. formale Sprachen: Semi-Thue-Systeme etc.

12 Inhaltlicher Abriss Rechnerarithmetik Zahldarstellungen, Stellenwertsysteme Konvertierungen Dualzahlarithmetik Ggfs. Exkurs in die Boolesche Alegebra 2 UE

13 Inhaltlicher Abriss Rechnerorganisation am Beispiel PC Prozessoren Hauptspeicher Bussysteme E/A-Komponenten Grafikkarten und Bildschirme, ergonomische Betrachtungen Tastatur und Maus Drucker, Scanner etc. Massenspeicher Magnetische Speicher: Festplatten, Disketten Optische Speicher: CD und DVD Anschlusstechnologien: IDE/SCSI 6 UE

14 Inhaltlicher Abriss Systemarchitektur Aufbau eines Betriebssystemes Funktionsbereich Instanzen Infrasturkturbereich Kern OS-Komponenten Kontrollen Anwendungen Dienste Betriebsmittel-Organisation und -Verwaltung 2 UE

15 Inhaltlicher Abriss Systembeispiele Praktikum Windows XP Linux Bedienprinzip, Sicherheitskonzept Betriebsprogramme Dateisysteme, Dateiverwaltung Systemeinstellungen Bedienprinzip: X-Window-System, Shell Wichtige Shell-Commands Dateisysteme, Dateiverwaltung Einfache Systemeinstellungen 12 UE

16 Inhaltlicher Abriss Networking Internetworking Paradigma der Kooperation Organon-Modell Systematik der technischen Kommunikation Dienst- und Protokoll-Begriff Nachrichtentechnische Highlights Lokale Netze nach IEEE 802 IEEE Interworking IP-Networking 8 UE

17 Motivation Experimentelle ARTEMIS Implementierung

18 Motivation Medizinische Informationstechnik

19 Motivation Die Arbeitseinheiten (AEH): TISKA bzw. TISMIKA

20 Motivation Man-Machine-Interface (MMI) Master (MEH)

21 MotivationTestparcours zur medizinischen Evaluation

22 Motivation Die MIC-Crew: IAI im August von links: Heinz Becker, Prof. Georg Bretthauer, Dr. Udo Voges, Dr. Elmar Holler, Torsten Neck, Reinhold Oberle

23 Motivation Teleendoskopie über Kopernikus 10/

24 Motivation Telekolloquium mit Bill Gates 02/1996 HP MMC Station TU-Berlin SUN ATM-Gateway FORE Switch NTI K-NET CODEC Gaede K-NET CODEC öffentliches ATM-Netz K-NET CODEC FZK HiLAN Switch Rechen- zentrum FORE Switch K-NET CODEC CISCO Switch Gerthsen DEC Alpha MMC Station DEC Alpha MMC Station SUN ATM-Gateway

25 Motivation Telekolloquium mit Bill Gates 02/

26 Motivation Virtueller Spatenstich ANKA 07/ Steuerdatenausgabe Audio/Video- Eingabe Audio/Video- Ausgabe Steuerdateneingabe RS232- Umsetzer RS232- Umsetzer Audio/Video-ATM- Coder-Decoder Audio/Video-ATM- Coder-Decoder 155 mbit/s ATM- 155 mbit/s Vermittlungsknoten Audio/Video-ATM- Coder-Decoder Audio/Video- Ausgabe

27 Motivation Virtueller Spatenstich ANKA 07/ Master- Spaten Saal-Regie A/V-PAL Großprojektion elektrisch! Micro- Controller SL1 CSV-1 RS232c (9,6kbps) A: 0,xC9 V: 0,xC8 D: 0,x4B GIGA-HIK ,x21 1,x22 1,xC8 1,xC9 1,x4B 0,xC8 0,xC9 0,x4B 0,x21 0,x22 Micro- Controller SL2 CSV-2 A: 0,xC9 V: 0,xC8 D: 0,x4B elektrisch! RS232c (9,6kbps) Manipul.: F I P S Kamera A/V-PAL Kontroll- Monitor RFC1577: out: 0,x22 in: 0,x21 10Base2 CSMA/CD MEGA GIGA-SWH VPI: 1 ASX-100 rz.uni-karlsruhe VPI: 1 Siemens-CC DeTeAG GIGA-HIK Input-Select: V-Baustelle/ V-EVE Multicast-Out: 0,xC9 0,xC8 A/V-Halle 0,xC8 0,xC9 0,x21 0,x22 GIGA-IAI A: 0,xC9 V: 0,xC8 RFC1577: out: 0,x21 in: 0,x22 MEGA Base2 CSMA/CD SGI-Indy Auswertung Datenhelm A/V X-Bar CSV-1 Video-PAL SGI-Onyx "EVE"- Echtzeit-Simu.

28 Ux-Server Ux-Server Ux-Server Ux-Server BelWü ATM155 DeTeAG ATM34/155 Fore PH7000 IAI 100 Mbps FDDI Cisco 7500 R-Ost Mbps FDDI Cisco 7000 R-Mitte 442 ASX-100 RZ.UKA B-Win ATM34 FZK: ATM10 Motivation Videokollaborationsnetz IAI 02/1997 ATM155 Stereo-Audio PAL/NTSC in/out RS232c 1,5M ATM155 ISDN 3x BRI CSV SL1 RAID- ATM155 Backup IAI/SK COSY HIK-1 ATM Kameras Whiteboard Monitor WinApp ATM155 ATM155 FV-VS HIT ATM- ISDN ASX-200BX IAI PT Lv50 PT Lv50 ATM155 ATM155 ATM25 ATM25 COSY HIK-2 ATM Kameras Whiteboard Monitor WinApp ATM25 ATM155 COSY IAI ATM155 FV-VS IAI ATM- ISDN ISDN 3x BRI CSV SL2 Stereo-Audio PAL/NTSC in/out RS232c 1,5M ATM25 PT Lv Kameras Whiteboard Monitor WinApp

29 Motivation Virtuelles Symposium IARP 11/1997 PAL KOZ.DKFZ.HD Ton/Saalanlage Video-Beamer max. 640x480 Audio Cinch Audio "Headset" Klinke 3,5mm VGA RGB BNC VGA RGB BNC 10Base2 10Base2 ATM STM-1 CSV-1 IAI Live 50 HIT ATM 25.6 Mac-1 Truppe 10BaseX PC-1 ARTEMIS 10BaseX Router Telemanipulator PC-2 ARTEMIS Audio V-Switch1000 HIT Router 10BaseX ATM STM-1 CSV-2 IAI PAL PAL Video Switch ATM STM-1 B-WIN-Switch Uni-RZ.HD B-WIN Uni-RZ.HD Uni-RZ.KA HIK.FZK Live 50 Mac-2 Truppe Router PVP-Tunnel auf VPI 5 20 Mbps Fore ASX100 Uni-RZ.KA Router Welt ATM STM-1 HiLAN COSY-GIGA HIK.FZK ATM STM-1 Fore ASX200BX IAI.FZK B445 IAI-2 H k Hirzinger DLR H k Lueth Berlin H k Rovetta Milano ATM 25.6 H k Troccaz Grenoble ATM STM-1 COSY IAI CSV ATM STM-1 ISDN BRI ATM STM-1 V-Switch 1000 IAI.FZK B691 ATM 25.6 V-Gate ATM/4BRI IAI.FZK ISDN Public Network ATM 25.6 Live 50 IAI-1 IAI.FZK

30 Motivation interaktives Teleconsulting Endoskopie