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1. 1. 10 2. Zusammenfassung der Das Gleiche gilt für die Informations- und Computertechnik. Viele Dinge in der Anwendungsprogrammierung oder im Funktionsumfang basieren auf Erkenntnissen, die nicht im 21. Jahrhundert entstanden sind, sondern bereits viel früher. Da ich einen Großteil meiner Freizeit mit Computern verbringe, war es offensichtlich, eine Facharbeit über Computertechnologie zu schreiben. Besonders interessiert hat mich der Aufbau und die Funktionalität. Schon in meiner früheren Schullaufbahn hielt ich Vorträge über die Geschichte oder machte Plakate über den Bau von Computern. Ich möchte mich bei meinen Eltern bedanken, die mir bei der Fehlerbehebung sehr geholfen haben.1 Der Computer erleichtert uns die tägliche Arbeit, ob privat oder beruflich. Wir berechnen, schreiben , zeichnen und spielen mit ihnen, als hätten sie schon immer existiert. Aber war es immer beabsichtigt, Texte auf einem Computer zu schreiben? Ursprünglich beschränkten sich die ersten Anwendungsbereiche auf die Verarbeitung von Zahlen. Aus dieser Tatsache lässt sich auch der Name Computer ableiten. Computer kommt vom englischen Wort to compute und bedeutet soviel wie rechnen. Im Mittelalter waren die Menschen so genannte Menschen, die lange Rechenarbeiten verrichteten, um zum Beispiel astronomische Erkenntnisse zu gewinnen. Später wurde der Begriff verwendet, um 
sich auf elektronische Rechenma
schinen zu beziehen. Mit zunehmender Rechenleistung wuchs auch die Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten. Von 1993 bis 2005 stieg die Rechenleistung von 60°MHz (60 Millionen Schritte pro Sekunde) auf 3800°Mhz (3800 Millionen Schritte pro Sekunde). Dies ist eine Steigerung der Rechenleistung um 3600°%. Enorm, wenn man bedenkt, dass es nur 12 Jahre dazwischen gibt. Dass kaum eine solche Entwicklung möglich gewesen wäre, beweist, dass die 1981er Erklärung 640°K für jeden ausreichen sollte – 640 KBytes (Speicher) sind alles, was jede Anwendung jemals von Microsoft benötigen sollte (Microsoft Corporation ist ein amerikanisches multinationales Technologieunternehmen mit Sitz in Redmond, Washington, das Computersoftware, Unterhaltungselektronik und PCs und Dienstleistungen entwickelt, herstellt, lizenziert, unterstützt und verkauft), Gründer Bill Gates (William Henry “Bill” Gates III ist ein amerikanischer Geschäftsmann, Investor, Autor und Philanthrop) selbst. Dennoch wurden die ersten Computer auf mechanischer und elektromechanischer Basis fertiggestellt. Diese waren natürlich nur großen Unternehmen oder Universitäten vorbehalten. Sie konnten lange Zeit nicht mit den heutigen Computern verglichen werden. Konrad Zuse (Konrad Zuse war ein deutscher Bauingenieur, Erfinder und Computerpionier) (1910 1995), einer der Vorfahren von Rechenmaschinen, entwickelte eine der ersten Rechenmaschinen auf der Grundlage des Binärzahlensystems (In der Mathematik und digitalen Elektronik ist eine Binärzahl eine Zahl, die im Binärzahlensystem oder im Basis-2-Ziffernsystem ausgedrückt wird und numerische Werte mit zwei verschiedenen Symbolen darstellt: typischerweise 0 und 1) die Z1 (Abb. 1), 1933 1937. Die Z1 beherrschte 4 grundlegende mathematische Operationen: Addition, Subtraktion, (Subtraktion ist eine mathematische Operation, die den Vorgang des Entfernens von Objekten aus einer Sammlung darstellt) Multiplikation, Division und dezimal-duale und doppelt-dezimale Umwandlung. Die Rechenmaschine wurde im Krieg komplett zerstört und nach dem Krieg nach den ursprünglichen Plänen wieder voll funktionsfähig aufgebaut (Bild 1). Ähnlich wie der Z1 entwickelte Zuse 1941 den Z3. Es war der erste funktionale programmgesteuerte Taschenrechner. Die Programmeingaben erfolgten mit Lochstreifen. (Lochband oder perforiertes Papierband ist eine Form der Datenspeicherung, bestehend aus einem langen Papierstreifen, in den Löcher gestanzt werden, um Daten zu speichern) 64 Wörter können mit dem elektromechanischen Z3 gespeichert werden. Fast gleichzeitig entwickelten J.°Presper°Eckert° (1919 1995) und John°W.°Mauchl° (1907 1980) an der University of Pennsylvania (The University of Pennsylvania ist eine private Ivy League Forschungsuniversität mit Sitz in Philadelphia , Pennsylvania, USA ) (USA ) den ersten vollelektronischen digitalen Universalcomputer, den ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Er berechnete ballistische Tabellen für die U.S. Army. Die größten Fehlerquellen an der Maschine waren die ca. 18000 Rohre. Wenn auch nur ein Fehler auftrat, wurde die gesamte Maschine falsch berechnet! Damals bemerkte man, dass beim Ein- und Ausschalten mehr Rohre brachen als beim Durchlaufen der Maschine. Infolgedessen wurden sie einfach nicht benutzt und die Ausfallzeiten konnten auf wenige Stunden pro Woche reduziert werden. Diese Stufe der Computertechnologie könnte man heute als die Monster2-Generation bezeichnen. Denn sowohl der Z1/Z3 als auch der ENIAC (ENIAC gehörte zu den frühesten elektronischen Universalcomputern) füllten einen ganzen Raum. Sie erreichten eine Leistung von mehreren tausend Additionen pro Sekunde. Die Größe war auch überdimensioniert. Dies konnte erst in der zweiten Generation geändert werden. Die Erfindung des Transistors (Ein Transistor ist ein Halbleiterbauelement, das zum Verstärken oder Schalten elektronischer Signale und elektrischer Energie verwendet wird) im Jahr 1959 durch William B. Shockley, (William Bradford Shockley Jr.) John Bardeen und Walter Brattain (Walter Houser Brattain war ein amerikanischer Physiker bei Bell Labs, der zusammen mit seinen Kollegen John Bardeen und William Shockley im Dezember 1947 den Punktkontakttransistor erfand) die zweite Generation von Computern einleitete. (Ein Computer ist ein Gerät, das angewiesen werden kann, eine beliebige Menge von arithmetischen oder logischen Operationen automatisch auszuführen) Der durch die neue Technologie eingesparte Platz war enorm. Aber auch die Rechenleistung hat sich gegenüber der ersten Generation verzehnfacht. Jetzt waren Zehntausende von Ergänzungen pro Sekunde möglich. Bei der Programmierung der Maschinen könnte man sich von der bisher verwendeten Maschinensprache distanzieren (Maschinencode oder Maschinensprache ist ein Befehlssatz, der direkt von der Zentraleinheit eines Computers ausgeführt wird) und problemorientierte Programmiersprachen wie Fortran (Fortran ist eine universell einsetzbare, zwingende Programmiersprache, die sich besonders für numerische Berechnungen und wissenschaftliche Berechnungen eignet) oder Cobol5 entwickeln. In diesem Zeitraum wurden auch die ersten Grundlagen für Betriebssysteme gelegt. Da der Bau dieser Computer noch sehr teuer war, wurden Konzepte für Community-Systeme entwickelt, in denen sich mehrere Benutzer einen Computer teilen konnten. 1.1.3 Erzeugung 3. 1965-1974. Auch hier brachte die neue Generation Platzersparnis. Das Design und die Funktionalität basieren nun auf integrierten Schaltungen. 1970 war die Anfangszeit der Mikroprozessoren und so wurden 1974 bereits 20000 Komponenten auf 25 mm² Oberfläche untergebracht. Neue problemorientierte Programmiersprachen wie BASIC (Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code) (BASIC ist eine Familie von universellen, hochrangigen Programmiersprachen, deren Designphilosophie die Benutzerfreundlichkeit betont) wurden entwickelt und heute wurden allgemeine Dinge wie Multitasking erfunden. 1.1.4 Generation 4 (ab 1975) Die vierte und derzeit letzte Generation befindet sich noch in den Kinderschuhen und zeichnet sich durch die Entwicklung des Mikroprozessors aus (Ein Mikroprozessor ist ein Computerprozessor, der die Funktionen der Zentraleinheit eines Computers auf einer einzigen integrierten Schaltung oder höchstens einigen wenigen integrierten Schaltungen vereint) und die Idee des Personalcomputers (PC) (Ein Personalcomputer ist ein vielseitiger elektronischer Computer, dessen Größe, Fähigkeiten und Preis es für den individuellen Gebrauch möglich machen) . In der Vergangenheit wurden alle Maschinen, die einen Intel 8088 (Der Intel 8088 Mikroprozessor ist eine Variante des Intel 8086) Prozessor in ihr System integriert hatten, als PCs bezeichnet. Heutzutage hat sich dieser Begriff auf alle Heimcomputer ausgebreitet, weil es zu viele Prozessoren mit einer x86-Architektur gibt (x86 ist eine Familie von rückwärtskompatiblen Befehlssatzarchitekturen, die auf der Intel 8086 CPU und ihrer Intel 8088-Variante basieren), wie der 8088. Als in den 70er Jahren Silizium für die Computerindustrie entdeckt wurde, sanken die Preise für die Herstellung von Bauelementen enorm. So war es nicht verwunderlich, dass Unternehmen wie Apple, IBM oder Macintosh (The Macintosh ist eine Reihe von PCs, die von Apple Inc. entwickelt, entwickelt und vermarktet werden) über den Einsatz von Computern im Home-Bereich nachdachten. Die Computer wurden als Bausätze geliefert. So musste jeder Besitzer seinen eigenen PC zusammenbauen. Einer der ersten Computer für Privatanwender war der Altair 8800 (Bild 2). Es hatte 2 Mhz Rechenleistung und 256 Bytes RAM. Peripheriegeräte wie Maus, Tastatur oder Monitor waren in der Grundausstattung nicht enthalten. Die Eingaben erfolgten über Kippschalter an der Innenfront. LED´s informierte über den Status. Der große Erfolg des Altair 8800 (der Altair 8800 ist ein 1974 vom MITS entwickelter Mikrocomputer, der auf der Intel 8080 CPU basiert) ist darauf zurückzuführen, dass er erweiterbar war. So könnte man zusätzlich Massenspeicher, Ein-/Ausgabegeräte oder Speichererweiterungen kaufen. Andere spätere Geräte wie der IBM-PC 5150 (Der IBM Personal Computer, allgemein bekannt als IBM PC, ist die Originalversion und der Vorläufer der IBM PC-kompatiblen Hardwareplattform) (Abb. 3.) könnten ebenfalls mit Steckkarten wie dem heutigen PC´s erweitert werden. Einerseits war diese Norm zukunftssicher, andererseits konnte der Computer auf sein Einsatzgebiet zugeschnitten werden. Die einfache Struktur des PC´s konnte damals schon überzeugen und so entstanden im Laufe der Zeit viele Repliken der IBM-PCs (IBM-PC-Clones oder kurz IBM-Klon). Im Haushalt wurden sie hauptsächlich zum Experimentieren, Lernen und Spielen verwendet. Heute hat sich wenig geändert, außer dass viele weitere Anwendungen hinzugefügt wurden, wie z.B. die Textverarbeitung (Ein Textverarbeitungsprogramm ist ein elektronisches Gerät oder eine Computersoftwareanwendung, die die Aufgabe des Zusammenstellens, Bearbeitens, Formatierens und Ausdruckens von Dokumenten übernimmt) Datenbanken und Tabellenkalkulationen. So wurde der PC dann auch für den beruflichen Alltag interessant. Die Vorteile gegenüber einer Schreibmaschine lagen auf der Hand. Die Performance der heutigen PC´s ist mit der der Vergangenheit kaum zu vergleichen. Nur die IBM (International Business Machines Corporation ist ein amerikanisches multinationales Technologieunternehmen mit Hauptsitz in Armonk, New York , USA , und Niederlassungen in über 170 Ländern) ist mit den meisten der heutigen Computer kompatibel. Laut Statistik verfügen heute 83% der Bevölkerung über einen Computer. 70% von ihnen arbeiten regelmäßig damit. Ein normaler Mittelklasse-PC hat heute eine CPU (Central Processing Unit) von 2500 MHz, einen RAM von 265 MB Ram und eine Festplatte von 80 GB. Dies ist eine Leistungssteigerung von 38000% gegenüber den Anfängen. Eine Aufwärtsbegrenzung ist noch nicht sichtbar. Letzteres vernachlässige ich, denn heute werden nur noch digitale Computer gebaut. Der digitale Computer besteht aus zwei inneren Ebenen, der Softwareebene und der Hardwareebene. Die Hardware enthält alle Komponenten, die berührt werden können. Die Grundausstattung eines PC´s beinhaltet: Mainboard (Bild 5 Mainboard für andere Komponenten), CPU (Eine zentrale Verarbeitungseinheit ist die elektronische Schaltung in einem Computer, die die Anweisungen eines Computerprogramms ausführt, indem sie die in den Anweisungen angegebenen Grundrechenarten, logischen, steuernden und Ein-/Ausgabevorgänge durchführt) (Zentraleinheit, steuert alle anderen Komponenten), Hauptspeicher (Hauptspeicher (Computerdatenspeicher, oft auch Speicher oder Speicher genannt, ist eine Technologie, die aus Computerkomponenten und Speichermedien besteht, um digitale Daten zu speichern), indem alle Benutzerdaten für den späteren Gebrauch gespeichert werden), Grafikkarte (Eine Grafikkarte ist eine Erweiterungskarte, die eine Zuführung von Ausgabebildern zu einem Display erzeugt) (steuert die Bildausgabe) sowie eine Festplatte (zum Speichern von Daten). Andere Peripheriegeräte wie Drucker , DVD-Laufwerke oder Netzwerkkarten sind Teil der Hardware , aber nicht unbedingt notwendig für den eigentlichen Betrieb des Computers, sondern erweitern die Funktionalität des Gerätes. Würde man den PC allein mit Hardware betreiben, wäre es im Prinzip nutzlos. Nur durch den Einsatz von Software, die die zweite Ebene darstellt, kann die Hardware gesteuert und genutzt werden. Software ist die nicht-physische Komponente eines PC´s. Dazu gehören vor allem Computerprogramme, die bestimmte Daten verwalten oder erstellen können. Wichtig ist an dieser Stelle die Unterteilung in Systemsoftware und Anwendungssoftware. Die Systemsoftware ist für den ordnungsgemäßen Betrieb der Website PC´s verantwortlich. Die Betriebssysteme wie MS Windows (Microsoft Windows ist eine Metafamilie von grafischen Betriebssystemen, die von Microsoft entwickelt, vermarktet und verkauft werden) Linux (Linux ist ein Unix-ähnliches Computer-Betriebssystem, das nach dem Modell der freien und Open-Source-Softwareentwicklung und -Distribution aufgebaut ist) oder MacOS (macOS ist die aktuelle Reihe von Unix-basierten grafischen Betriebssystemen, die von Apple Inc. entwickelt und vermarktet werden) gehören in erster Linie zu dieser Klasse. Eine Ebene darunter ist die Firmware (In elektronischen Systemen und Computern ist die Firmware eine Art von Software, die die Steuerung, Überwachung und Datenmanipulation von technischen Produkten und Systemen ermöglicht) ebenfalls Teil der Systemsoftware. Die Anwendungssoftware ist dafür verantwortlich, dem Benutzer den tatsächlichen Nutzen des Computers zu vermitteln. Ein Beispiel für eine Anwendungssoftware (Ein Anwendungsprogramm ist ein Computerprogramm, das entwickelt wurde, um eine Gruppe von koordinierten Funktionen, Aufgaben oder Aktivitäten zugunsten des Benutzers auszuführen) ist OpenOffice zum Schreiben von Texten. In den frühen Tagen noch auf Papierkassette, bekommt man heute auf einem normalen DVD-Rohling fast 4,6 GB Daten gesichert. Der Trend zu immer größeren Speicherformaten ist, wie bei der Rechenleistung, ungebrochen und kann nur durch physikalische Grenzen aufgehalten werden. 2.1 Physische Speicherung Die physische Speicherung von Daten ist in der heutigen Zeit in den Hintergrund getreten, da viele Daten nur digital gespeichert werden. Charakteristisch für diese Speichertechnologie ist, dass die Daten nahezu berührbar sind. Ob sie für alle sofort lesbar sind, ist nicht von Belang. Beispiele sind der Druck von Schriften auf Papier, Lochkarten (Bild 4), Lochstreifen oder Wachsplatten. Bereits die Zuse Z3 (die Z3 war ein von Konrad Zuse entworfener elektromechanischer Computer) aus dem Jahr 1941 konnte mit Papierband programmiert werden. 2.2 Die elektronische Speicherung ist eine sehr moderne Form der Speicherung, da alle Daten in elektronischen Bauelementen gespeichert sind. In der Vergangenheit wurden diese oft als flüchtige Speichergeräte verwendet, aber erst durch die Verwendung von zweifelhaften Speicheroptionen erlangte die elektronische Speicherung neuen Ruhm. Beispiele finden sich fast überall in der elektronischen Welt. Kurz gesagt, RAM (SD-Ram/DDR -Ram) oder Flash-Speicher (Flash-Speicher ist ein elektronisches, nichtflüchtiges Computerspeichermedium, das elektrisch gelöscht und umprogrammiert werden kann) in Form von Speicherkarten für Mobiltelefone, digitale Fotografie (Digitalfotografie ist eine Form der Fotografie , bei der Kameras mit Arrays von elektronischen Photodetektoren Bilder aufnehmen, die von einem Objektiv fokussiert werden, im Gegensatz zu einer Belichtung auf Fotofilm) oder MP3-Player. 2.3 Magnetische Speicherung In magnetischen Speichern (Magnetische Speicherung oder Magnetaufzeichnung ist die Speicherung von Daten auf einem magnetisierten Medium) Daten werden auf magnetisierbares Material geschrieben und nahezu unbegrenzt gespeichert. Die Informationen werden mit einem Lese- und Schreibkopf auf das Medium geschrieben. Beispiele für diese Art der Speicherung sind die bereits sehr alte, aber immer noch häufig verwendete Diskette (Eine Diskette, auch Diskette, Diskette oder einfach nur Diskette genannt, ist eine Art der Plattenspeicherung, die sich aus einer Platte aus dünnen und flexiblen magnetischen Speichermedien zusammensetzt, die in einem rechteckigen Kunststoffgehäuse versiegelt ist, das mit Gewebe ausgekleidet ist, das Staubpartikel entfernt) und das Hauptmassenspeichermedium in der modernen PC´s die Festplatte . (Ein Festplattenlaufwerk, eine Festplatte, eine Festplatte oder eine Festplatte ist ein Datenspeichergerät, das magnetische Speicher verwendet, um digitale Informationen unter Verwendung einer oder mehrerer starrer, schnell drehender, mit magnetischem Material beschichteter Platten zu speichern und abzurufen) In Unternehmen oder Institutionen werden auch häufig Magnetbänder verwendet, die es ermöglichen, Datensicherungen effizienter und sicherer als auf Festplatten zu lösen. 2.4 Optische Speicherung (Optische Speicherung ist die Speicherung von Daten auf einem optisch lesbaren Medium) Die nützlichste Speicheroption für den Heimgebrauch ist die Sicherung der Daten auf optischen Medien. Bei diesem Verfahren werden die Reflexions- und Beugungseigenschaften verschiedener Materialien genutzt. Bei der weit verbreiteten CD werden vor allem reflektierende Eigenschaften genutzt. Ein weiteres sehr beliebtes Speichermedium dieser Zeit ist die DVD. Bis zu 4,6 GB Daten können auf die erste Schicht dieser meist blau-silbernen Scheibe aufgebracht (gebrannt) werden. Besonders die einfache Handhabung spricht für diese Form der Datenspeicherung. CD und DVD werden in naher Zukunft durch die Blu-ray Disc und die HD-DVD ersetzt, die bereits als DVD-Nachfolger gehandelt werden. Diese optischen Datenträger können dann 27 GB (Blu-ray Disc) (Blu-ray oder Blu-ray Disc ist ein digitales Datenspeicherformat) auf einer Schicht oder 50 GB (HD-DVD (HD DVD ist ein abgekündigtes High-Density Optical Disc Format zur Speicherung von Daten und Wiedergabe von High-Definition-Video)) ) auf zwei Schichten speichern. Damit ist in Zukunft die Datensicherung ganzer Festplatten auf einer runden, silbernen Platte möglich. Im Allgemeinen kann man sagen, dass die Entwicklung der Computertechnologie unser Leben nachhaltig verändert hat, sowohl zu Hause als auch am Arbeitsplatz. Ich bin sicher, dass diese Aussage nicht für alle gilt. Die meisten Berufe ohne die Nutzung von PC´s sind jedoch sehr schwer vorstellbar. Der bürokratische Aufwand in allen Verwaltungen wäre enorm, wenn es keine elektronischen Helfer gäbe. Die Produktion der ersten Rechenmaschinen wie der Z1/3 war damals eine echte Meisterleistung, denn sie funktionieren alle noch mechanisch und jedes Teil wurde einzeln gefertigt. Heutzutage ist die Herstellung eines Computers immer noch kompliziert, aber viele Aufgaben könnten durch Maschinen erleichtert werden. Innovation und Fortschritt haben auch im Bereich der Speichermedien viele wichtige Produkte hervorgebracht. Ausgehend von Lochkarten entwickelten sich Speichermedien zu einem hochkomplexen Medium der Neuzeit. Sowohl die Rechenleistung als auch die Größe der Speichermedien zeigten eine atemberaubende Entwicklung. Es wird interessant sein, welche Dimensionen wir in naher Zukunft durchbrechen werden.