Eine kurze Zeitreise 1100 v Ch Abakus 1672

Eine kurze Zeitreise 1100 v. Ch. Abakus 1672 Entwicklung des Binärsystems von Gottlieb Leibnitz 1854 Entwicklung der Bool‘schen Algebra von dem Iren George Boole logische Mathematik ausschließlich auf den beiden Werten 0 und 1 1934 Z 1 von Konrad Zuse; 1. programmgesteuerte binäre Rechner Verwendung von 2 wesentlichen Prinzipien: - Programmsteuerung - Dualzahlensystem - 8 verschiedene Befehle möglich 10/23/2021 1

Eine kurze Zeitreise- Turingmaschine 1936 Alan Turing „Papierschrift“ eines Computers Entwicklung der Turingmaschine Alles was berechenbar ist, ist durch eine Turingmaschine berechenbar! Alles was nicht durch eine Turingmaschine berechnet werden kann, ist überhaupt nicht berechenbar! Eine Turingmaschine ist ein Gedankenmodell eines ganz einfachen Computers. Sie besteht aus. . . 1. einem Band, auf das Zeichen eines Alphabetes geschrieben werden können oder die von dort gelesen werden können. Das Band ist in beide Richtungen unbegrenzt. 2. einem Lese- und Schreibkopf, der Zeichen eines Alphabetes auf das Band schreiben kann oder von dort lesen kann. Der Kopf kann sich schrittweise nach links oder rechts bewegen. 3. einer Anzahl von Zuständen, die z. B. in Tabellenform notiert werden können. Die Aktionen der Turingmaschine werden in Abhängigkeit vom momentanen Zustand und dem vom Band gelesenen Zeichen gesteuert. 4. einem Alphabet, das aus mindestens einem Zeichen besteht. Die Alphabetzeichen können vom Lese- und Schreibkopf auf das Band geschrieben werden oder von dort gelesen werden. 10/23/2021 2

Eine kurze Zeitreise- Turingmaschine • Bemerkung: Es ist überhaupt kein Problem, eine TM zu entwerfen, die unendliche viele Zeichen schreibt. Aber die TM soll ja irgendwann anhalten. Das macht das Problem so schwierig. • Eine TM mit 1 Zustand kann maximal 1 Zeichen schreiben, eine mit 2 Zuständen maximal 4 Zeichen, eine mit 3 Zuständen maximal 6 Zeichen, eine mit 4 Zuständen maximal 13 Zeichen. • Es ist bis heute unbekannt, wieviele Zeichen eine TM mit 5, 6 oder mehr Zuständen schreiben kann! • Man weiss nur, dass es zwei TM's mit 5 Zustaenden gibt, die 4098 Zeichen schreiben koennen. Ob es welche gibt, die mehr schreiben, weiß niemand. 10/23/2021 3

Eine kurze Zeitreise 1. Generation Verwendung elektronischer Bauelemente 1946 ENIAC (30 t, 17 000 Vakuumröhren, 20000 Hz) einfache Rechenoperationen möglich 1949 John v. Neumann grundsätzliches Konstruktionsprinzip - Prozessor, Speicher, Daten und Programme seit 1955 2. Generation Verwendung von Transistoren 1959 3. Einsatz von integrierten Schaltkreisen basierend auf Siliziumtechnik (4 Transistoren in einem PC) 70 er -heute 4. bis zu 2 Milliarden Transistoren auf der Fläche eines Cent Taktfrequenz: >3 GHz Einsatz nicht mehr nur in Arithmetik 1977 10/23/2021 Erster PC Commodore 4

Wo führt das hin ? Rasante Entwicklung. . . Anzahl der Transistoren pro Prozessor und deren Taktfrequenz 2 GHz 100 Mill. Trans. 25 GHz 2 Mrd. Trans. Leistung 20 Mhz 1000 Transistoren 20000 Hz 4 Transistoren 1959 1980 2002 2012 Jahr Moor‘sches Gesetz: aller 18 Monate Verdopplung der Anzahl der Transistoren bei gleichem Preis 10/23/2021 5

Anpassung des Menschen an den Computer Rechengeschwindigkeit und Speicherplatz begrenzte Größen Anpassung des Menschen an das System Erlernen der Sprache der Computer, wir bedienen die Computer !!! Es ist an der Zeit, dass wir uns bedienen lassen !! 10/23/2021 6

Die Zukunft der Computertechnik Wie kommunizieren Sie mit Ihrem Computer ? - jeden Buchstaben eintippen - Ärgern über ständig neue Programme - Software funktioniert nicht - mehr Zeit vergeuden, als gewinnen Nicht mehr lange. . , der PC herkömmlicher Bauart ist passé. . . 10/23/2021 7

1. Spracherkennung Stellen Sie sich vor. . . . Technisch ist vieles realisierbar (schnelle Datenleitungen, flache, große Bildschirme) Probleme: - chaotische Struktur des heutigen Internet - mangelhafte Software - ohne Spracherkennung können Geräte nicht mehr kleiner werden (Tastatur, Touchscreen) 10/23/2021 8

Jeder soll Computer „bedienen“ können Einfachste Art der Kommunikation - miteinander sprechen - ohne besonderes Training Jeder könnte Computer benutzen, zurzeit (noch) zu kompliziert Ziel der Industrie 10/23/2021 9

Der unsichtbare Diener - Kameras - Richtmikrofone - Bewegungsmelder. . Das System erkennt seinen Besitzer an Bild, Stimme, Gewohnheiten und Vorlieben. Elektronische Computerpower in PCs, Mobiltelefonen, GPS-Empfängern, MP 3 -Playern, digitale Kameras, Smartphones, i. Pod, i. Pad, i. Phone. . . i. OS, Android, Windows-Phone 10/23/2021 Wieviel Mikroprozessoren werden jährlich erzeugt und wofür ? Zunehmende Integration 10

Prof. Dr. Karlheinz Brandenburg . . seine Vision: „In Zukunft müssen wir nur eine Melodie summen, und die Stereoanlage spielt das richtige Lied. “ 10/23/2021 11

2. das dynamische Netzwerk - miteinander kommunizieren PC-Power aus der Steckdose. . . . Und dahinter das Computerkraftwerk Es ist ein bisschen wie beim Haartrockner. . . . Aber auch: - Soziale Netzwerke Schwarmintelligenz!!! - Wie sicher ist TOR? (The Onion Router) 10/23/2021 12

Beispiele für solche Netze (Grid Computing) und Auswirkung - Tera. Grid (USA) 1000 Server; pro Sekunde 11, 6 Billionen Rechenoperationen 1000 mal schneller als Deep Blue ( Schachcomputer von 1997) Besiegte Garry Kasparow -European Data Grid (EU) - anders als Internet (Datenaustausch), dann Austausch von Rechnerleistung Rechenleistung aus dem Netz --> Hardware kleiner; datenintensive Spracherkennung in Westentasche; H 21 10/23/2021 13

Virtualisierung: Neue Konzepte: - Cloudcomputing: - Virtualisierung - Storagesysteme - Thin Clients …. . Jeder (Server) tut so, als ob er alles kann Storagesysteme: Alles kann überall gespeichert werden Thin Clients: PC-Power aus der Steckdose 10/23/2021 14

3. Ablösen der Silicium-Technologie - Silicium Chips lassen sich nicht beliebig verkleinern - hohe Geschwindigkeiten in den Chips werden notwendig, um die riesigen Datenmengen zu verarbeiten - aber: Der Weg zwischen den Silicium Strukturen ist zu lang !! 10/23/2021 15

Was kommt nach dem Silicium ? Alternativen: - Nanotechnologie - Quantencomputer - Neuro- Chips 10/23/2021 16

Nanotechnologie Nanotubes - Röhrchen aus Kohlenstoffatomen mit 1 nm Durchmesser=0, 000001 mm Arbeitsprinzip nach Rastermikroskop: - Untergrund wird Atom für Atom abgetastet; - Signale werden wahrgenommen in Form von elektr. Spannungen - Materialien : Polymere - Datenspeicherung und Löschung: „Loch“ bohren „auftauen“ Zusammen ziehen der Spagetti Problem: Fertigen im atomaren Bereich 10/23/2021 17

Quantencomputer Unentschlossenheit ist die Stärke der Quanten: - Binäre Zustände der Atome: 0 und 1 und „sowohl als auch“ - Zustand wird erst bei Abfrage von außen verraten - Potenzial der Unentschlossenheit der Quantenbits zeigt sich erst bei Kopplung mehrerer miteinander -2 Atome können gleichzeitig 4 Zustände darstellen: 0 -0, 0 -1, 1 -0, 1 -1 -Auswertung durch Interferenz; genaue Winkelstellung des Atoms - Programme als Laserimpulse, nicht als Programmiersprache Interview mit Prof. Walther 10/23/2021 18

Neuro-Chips Was denkt die Laborratte, wenn sie den Computerfreak im weißen Kittel sieht ? - Aufpäppeln der Computer mit den grauen Zellen der Tiere - Fazit: Verwenden der Fähigkeiten des Gehirns als Black box - Voraussetzung: Zelle und Chip können elektr. Signale austauschen Transport durch: Ionen Elektronen Sind nicht kompatibel ! 10/23/2021 Dünne Schicht Silizium-Oxyd auf Chip 19

Kombination von Technik, Biologie und Chemie Biologische Übertragung Anregung über Elektronik, ein Aktionspotenzial zu senden Auffangen des Signals durch Chip - Entwicklung von neuronalen Netzen zur Lernfähigkeit - Nutzung von synthetischer DNS - chemische Prozesse Problem: Natürliche DNS ist fehlerbehaftet und repariert sich selbst 10/23/2021 20

Forschungseinrichtungen MIT IBM Sun Microsystems Spracherkennung, Nanotechnologie, Neuro-Chips Netze, Quantencomputer, Nanotechnik Netze MPI für Biochemie Neuro-Chips MPI für Quantenoptik Quantencomputer Institut für Experimentalphysik des Saarlandes „Nano-Valley“ 10/23/2021 21

Verwendete Quellen - Internet www. oxygen. lcs. mit. edu - Verschiedene Zeitschriften: PM, Chip, IT, PC-Welt, c‘t 10/23/2021 22

Danke für die Aufmerksamkeit ! 10/23/2021 23