Quelle Nummer 159
Rubrik 28 : TECHNIK Unterrubrik 28.02 : VERSCHIEDENES
COMPUTER (POPULAERWISS.)
HELMUT SCHIRO/REINHART HERZOG
WIE SAG ICH'S DEM COMPUTER?
EINE EINFUEHRUNG IN DIE WICHTIGSTEN PROGRAMMIERSPRA-
CHEN MIT PRAKTISCHEN ANWENDUNGSBEISPIELEN
JUNI 1970 DEUTSCHER TASCHENBUCHVERLAG GMBH UND CO KG,
MUENCHEN 1970, S. 26-34
001 Grundbegriffe der Datenverarbeitung. Zur
002 Terminilogie der Begriffe " Computer " und
003 " Datenverarbeitungsanlage. Wer einen Blick in die
004 umfangreiche beschreibende Literatur des Fachgebiets
005 Datenverarbeitung wirft, der wird feststellen, wie groß die
006 Zahl von unterschiedlichen Ausdrücken ist, die fast synonyn zur
007 Bezeichnung des Computers verwendet werden. Selbst in den
008 Meldungen der Presse, die sich nicht in erster Linie an
009 Fachleute, sondern an breite Leserschichten wenden, ist die
010 uneinheitliche Verwendung zahlreicher, miteinander konkurrierender
011 Begriffe festzustellen. So finden wir nebeneinander etwa
012 Rechenanlage, Rechner, Rechenautomat, Computer,
013 Datenverarbeitungsanlage, Datenverarbeitungssystem, EDV-
014 Anlage, DV-Analge, DV-System und viele
015 Ausdrücke mehr, die eigentlich alle dasselbe bezeichnen wollen und
016 nur in den seltensten Fällen bewußt dem einen oder anderen Aspekt
017 zur Geltung verhelfen, der ursprünglich in den verschiedenen
018 Namen zum Ausdruck gebracht werden sollte. Am Anfang stand
019 zweifellos der Begriff " Computer ", der in Amerika geprägt
020 wurde und vom englischen Verb to compute (= rechnen)
021 hergeleitet ist. Das Bestreben, diesen in unserer Sprache als
022 fremd empfundenen Ausdruck einzudeutschen, hat zu einer Reihe
023 deutscher Wortentsprechungen geführt. Andere Begriffsbildungen
024 nehmen auf die Weiterentwicklung des ursprünglichen
025 Computerkonzepts Bezug. Solche Ausdrücke sind vor allem immer
026 wieder durch die Computerhersteller selbst geprägt worden, die den
027 Fortschritt bei der Entwicklung ihrer neuen Rechenanlagen auch in
028 neugewählten Bezeichnungen anklingen lassen wollten. Zu einer
029 Zeit, als Rechenmaschinen noch vorwiegend elektro-mechanisch
030 arbeiteten, hat das Atribut " elektronisch " (etwa in EDV-
031 Anlage) eine ungeheure Werbewirksamkeit gehabt. Heute dagegen
032 ist es selbstverständlich, daß die Datenverarbeitungsanlagen
033 überall in der Welt nach diesem Prinzip arbeiten. Längst ist
034 der Begriff des Rechnens nicht mehr auf Ausführung arithmetischer
035 Operationen allein beschränkt. Der Begriff " Datenverarbeitung "
036 sollte ursprünglich von der engen Vorstellung des numerischen
037 Rechnens wegführen und andeuten, daß auch nicht-numerische
038 (z. B. sprachliche oder graphische) Daten gleichermaßen vom
039 Computer verarbeitet werden können. Der Ausdruck " System "
040 schließlich verwies ursprünglich auf die Zugehörigkeit einer
041 einzelnen Anlage zu einem größeren Ganzen (etwa einer
042 Systemfamilie), was auf das Vorhandensein eines umfassenden
043 Konzepts hindeutete. Aber dieser Ausdruck brachte ebenfalls zur
044 Geltung, daß die Anlage selbst aus zahlreichen Systemkomponenten
045 bestand, die, entsprechend den Wünschen und Anforderungen des
046 Bestellers, frei kombinierbar und gegeneinander austauschbar waren.
047 Aus der heutigen Sicht sind eine Reihe dieser Namen für den
048 Computer wenn auch nicht sinnlos, so doch überflüssig geworden.
049 Sie werden dennoch ohne Einschränkung in der Praxis nebeneinander
050 verwendet. Man sollte sich an diesem Reichtum der Begriffe nicht
051 stören, solange deutlich wird, in welchem Sinne sie verwendet
052 werden. Auch der Ausdruck " Computer " hat längst seinen
053 Platz im Wortschatz der deutschen Sprache gefunden. Allen
054 Versuchen der begrifflichen Eindeutschung zum Trotz: das Wort
055 " Computer " ist heute in der Umgangssprache mindestens so
056 geläufig, wie jeder andere synonyme Ausdruck für die
057 datenverarbeitende Maschine. Ein Hinweis, der im Rahmen dieser
058 terminologischen Betrachtung noch gegeben werden sollte, wendet
059 sich eher an den Fachmann als an den interessierten Laien: Wenn
060 hier und im folgenden von Computer gesprochen wird, so sind damit
061 Digitalrechenanlagen (Ziffernrechner) gemeint. Es gibt
062 daneben noch zwei weitere Rechnertypen, denen ein anderes
063 Verarbeitungsprinzip zugrunde liegt, nämlich
064 Analogrechenanlagen und Hybridrechenanlagen. Auf die
065 Abgrenzung dieser Begriffe gegeneinander wird hier nicht näher
066 eingegangen. Hauptanwendungsgebiete der Datenverarbeitung
067 Die Datenverarbeitung kennt heute drei Hauptanwendungensbereiche,
068 in die sich die Mehrzahl aller Problemstellungen einordnen läßt,
069 für deren Lösung in der Praxis Computer eingesetzt werden. Es
070 handelt sich dabei um den kommerziellen, den technisch
071 -wissenschaftlichen und den nicht-numerischen
072 Anwendungsbereich. Zu den typischen Aufgabenstellungen im
073 kommerziellen Bereich gehören die zahllosen Formen der
074 kaufmännischen Abrechnung (u. a. Fakturierung,
075 Bestandskontrolle, Gehaltsabrechnung), die sich im Hinblick auf
076 die Datenverarbeitung dadurch charakterisieren lassen, daß
077 verhältnismäßig wenige und nicht sehr komplizierte Berechnungen
078 für jedoch sehr große Datenbestände auszuführen sind. Dieser
079 Sachverhalt läßt sich in der folgenden Formel zusammenfassen:
080 Kommerzielle Datenverarbeitungsanwendungen sind im allgemeine
081 nur wenig rechenintensiv, aber dafür sehr eingabeintensiv
082 /ausgabeintensiv. Im Gegensatz dazu steht die Gruppe der
083 technisch-wissenschaftlichen Computeranwendungen. Typische
084 Beispiele dieser Gruppe sind etwa komplizierte mathematische
085 Formelberechnungen und die rechnerische Durchführung von
086 Simulationen. Charakteristisch für die technisch-
087 wissenschaftlichen Computeranwendungen ist, daß sie sehr
088 rechenintensiv, aber dafür nur wenig eingabeintensiv/
089 ausgabeintensiv sind. Die dritte Gruppe schließlich ist die
090 jüngste unter den dreien. In der nicht-numerischen
091 Datenverarbeitung spielen arithmetische Rechenoperationen so gut
092 wie keine Rolle, statt dessen jedoch logische
093 Vergleichsoperationen. Wie die Bezeichnung " nicht-
094 numerisch " sagt, haben wir es hier nicht mit der Berechnung von
095 Zahlenwerten zu tun, sondern es werden vorwiegend sprachliche
096 und logischsymbolische Daten verarbeitet. War es für den
097 Laien verhältnismäßig einfach, mit den Begriffen
098 " kommerzielle Datenverarbeitung " bzw. " technisch-
099 wissenschaftliche Datenverarbeitung " sogleich auch konkrete
100 Vorstellungen über mögliche praktische Anwendungsbeispiele zu
101 verbinden, so ist dies für den nicht-numerischen
102 Anwendungsbereich etwas schwieriger. Deshalb sollen auch einige
103 Beispiele für typische Anwendungen dieser Art ausführlicher
104 aufgeführt werden, als dies für die anderen Anwendungsbereiche
105 geschehen ist. R. Gunzenhäuser und W. Knödel (" Nicht
106 -numerische Informationsverarbeitung. Beiträge zur Behandlung
107 nicht-numerischer Probleme mit Hilfe von Digitalrechenanlagen. "
108 Herausgegeben von R. Gunzenhäuser. Wien und New York,
109 1968) versuchen einen Überblick über die verschiedenen
110 Bereiche der nicht-numerischen Informationsverarbeitung zu
111 vermitteln, der wegen seiner Vollständigkeit und
112 Übersichtlichkeit hier wiedergegeben werden soll. Sie führen
113 dabei die folgenden Anwendungsgebiete auf: Logische
114 Informationsverarbeitung. Symbolische Verarbeitung
115 mathematischer und logischer Aussagen; Beweis von Aussagen
116 aufgrund eines vorgegebenen Axiomensystems; Entwicklung von
117 Programmiersprachen und Konstruktion von Formelübersetzern;
118 Entwicklung optimaler Strategien für Spiele.
119 Informationsprozesse bei Simulationsmodellen. Simulationen
120 technischer Systeme; Simulationen psychologisch-
121 physiologischen Verhaltens; Simulationen in der Soziologie;
122 Simulationen im Management. Planung, Steuerung und
123 Kontrolle technischer, industrieller und betriebswirtschaftlicher
124 Systeme. Projektplanung; Einsatzplanung; industrielle
125 Fertigungssteuerung; Ablauf-Steuerungen im Verkehr;
126 Überwachung und Kontrolle von Systemen. Dokumentation;
127 Speicherung und Wiederauffinden von Informationen.
128 Informationsverarbeitung im Bibliothekswesen; wissenschaftliche
129 Dokumentation; Reservierungsaufgaben; automatische
130 Registrierung. Sprachverarbeitung und Sprachübersetzung.
131 Sprachanalyse; Sprachverarbeitung; Sprachübersetzung.
132 Zeichenerkennung, Gestalterkennung, automatische
133 Herstellung von Entwürfen durch Informationsverarbeitungssysteme.
134 Zeichenerkennung Gestalterkennung und
135 Spracherkennung; Entwurf technischer Produkte; Herstellung
136 ästhetischer Objekte. Informationsübertragung zwischen
137 Mensch und Datenverarbeitungssystemen. Lehrautomaten;
138 Ausbildungsgeräte; Simulation und Kontrolle menschlichen
139 Verhaltens. Die Verfasser dieser Zusammenstellung weisen mit
140 Recht darauf hin, daß die Grenzen zwischen einigen der hier
141 aufgezählten nicht-numerischen Anwendungsgebieten und den zuvor
142 erwähnten kommerziellen bzw. technisch-wissenschaftlichen
143 Anwendungsbereichen fließend sind. Jede Datenverarbeitungsanlage
144 arbeitet nach dem Prinzip, daß bestimmte Daten in sie
145 engegeben werden (Eingabedaten, Ausgabedaten), daß diese
146 Daten gemäß der im Programm festgelegten Verarbeitungskriterien
147 verarbeitet werden und daß als Ergebnis der Verarbeitung
148 wiederum Daten aus der Maschine ausgegeben werden
149 (Ausgabedaten, Zieldaten). Diese schematische Grundstruktur der
150 Datenverarbeitung hat ihre Entsprechung in den einzelnen
151 Komponenten der Datenverarbeitungsanlage. An das Kernstück der
152 Anlage, die sogenante Zentraleinheit (CPU = central
153 processing unit = zentrale Verarbeitungseinheit), sind eine
154 oder mehrere Maschineneinheiten für die Eingabe von Daten und
155 eine oder mehrere Maschineneinheiten für die Ausgabe von Daten
156 angeschlossen. Neben den früher überwiegend verwendeten
157 Datenträger Lochkarte (für die Eingabe) und
158 Lochkarte bzw. Druckliste (für die Ausgabe) gibt
159 es heute auch eine große Zahl weiterer Möglichkeiten der
160 Datenspeicherung bzw. Datenerfassung und entsprechend viele
161 Geräte, die für die Eingabe und/oder Ausgabe von
162 Daten in Frage kommen: Tastaturen von Datenstaionen, Konsol
163 -Schreibmaschinen, Magnetbandeinheiten bzw.
164 Magnet platteneinheiten, Belegleser, Bildschirmgeräte,
165 Kartenstanzer., Schnelldrucker, Kurvenzeichengeräte und viele
166 mehr. Die Zentraleinheit selbst vereinigt eine Reihe von
167 Funktionen in sich, wie ebenfalls aus der schematischen
168 Darstellung auf Seite 30 ersichtlich ist. Sie enthält den
169 Hauptspeicher (Kernspeicher), das Steuerwerk und
170 das Rechenwerk der Analge. Im Hauptspeicher
171 befindet sich das Programm, das den Ablauf der Verarbeitung
172 bestimmt. Ferner enthält der Hauptspeicher die gerade für die
173 Verarbeitung benötigten Daten (" aktuelle " Daten), die
174 entweder Eingabedaten, Zwischenergebnisse oder zur Ausgabe
175 vorbereitete Ergebnisdaten sein können. Alle Speicherstellen des
176 Kernspeichers sind adressierbar. Das bedeutet, daß jede
177 Speicherstelle (Byte) eine eigene Adresse hat und somit vom
178 Programm direkt angesprochen werden kann. Das Steuerwerk
179 interpretiert die einzelnen Programminstruktionen und überwacht
180 (" steuert ") die Ausführung der Operationsanweisungen. Ferner
181 koordiniert das Steuerwerk die Zusammenarbeit aller an der
182 Ausführung eines Programms beteiligten Maschinenkomponenten der
183 Anlage. Im Rechenwerk (ALU = arithmetic and logical unit
184 = arithmetische und logische Einheit) schließlich werden die
185 vom Steuerwerk interpretierten Befehle ausgeführt. Das gilt
186 sowohl für arithmetische Operationen als auch für logische
187 Entscheidungen innerhalb des Programms, die hier herbeigeführt
188 werden. Die Verschlüsselung der gespeicherten Daten. Das
189 kleinste Speicherelement in einer Datenverarbeitungsanlage ist ein
190 einzelner Magnetkern (Bit), der zwei Zustände annehmen kann:
191 Ein oder Aus; 1 oder o. In einem Bit könnten also maximal
192 zwei Zeichen dargestellt werden. Es ist leicht einzusehen, daß
193 ein solches Speicherelement nur von sehr begrenztem Nutzen wäre,
194 da wir doch über viel mehr Zeichen verfügen, mit denen wir
195 üblichwerweise Daten beschreiben. Im uns geläufigen dezimalen
196 Zahlensystem haben wir 10 Grundzahlen (0 bis 9), im Alphabet 26
197 Buchstaben (bei Großschreibung end Kleinschreibung
198 sind es sogar doppelt so viele), dazu verwenden wir eine Reihe von
199 Sonderzeichen ((Formel)) mit festgelegter oder frei wählbarer
200 symbolischer Bedeutung. Um alle diese und noch eine Reihe
201 weiterer Zeichen verschlüsseln zu können, benötigen wir in der
202 Datenverarbeitung größere Speicherlemente als das Bit. Die in
203 der Praxis verwendete Speichereinheit ist deshalb das aus 8 Bits
204 zusammengesetzte Byte. In einem Byte können alle 8 Bits
205 einzeln oder kombiniert den Zustand o bzw. 1 annehmen und bieten
206 somit insgesamt die Möglichkeit, (Formel) verschiedene
207 Bitkombinationen darzustellen oder ebensoviele Zeichen auf
208 unterschiedliche Weise verschlüsseln. Das Byte ist also die
209 Bezeichnung für eine Speicherstelle. in der eins von 256
210 verschiedenen Zeichen eindeutig für den Computer dargestellt
211 werden kann. Es ist zugleich die kleinste adressierbare Einheit
212 innerhalb des Speichersystems. Die Zuordnung bzw.
213 Gleichsetzung der einzelnen Zeichen mit einer bestimmten
214 Bitkombination kann zwar theoretisch willkürlich erfolgen, ist
215 aber in der Praxis durch sogenante Kodevereinbarungen geregelt.
216 Aufgrund einer Kodevereinbarung ist einheitlich festgelegt, daß
217 ein und dasselbe Zeichen immer durch ein und dieselbe
218 Bitkombination in der Maschine dargestellt wird.
219 Zahlensysteme der Datenverarbeitung. Seit unserer Schulzeit
220 ist das dezimale Zahlensystem die Grundlage aller arithmetischen
221 Berechnungen, die wir irgendwann im Leben angestellt haben oder
222 anstellen werden. Wir benutzen dabei üblicherweise die zehn
223 Ziffern (0 bis 9) und rechnen mit Einerstellen,
224 Zehnerstellen, Hunderterstellen, und
225 Tausenderstellen bzw. entsprechenden Dezimalbruchstellen. Fas
226 alle heute verwendeten Maßsysteme sind auf das dezimale
227 Zahlensystem abgestellt, so daß das Rechnen mit den Maßgrößen
228 erleichtert wird. Daneben gibt es jedoch auch andere Zahlensysteme,
229 die nicht auf der Basis 10 aufbauen. In der Datenverarbeitung
230 finden besonders das duale oder binäre Zahlensystem
231 (Basis: 2) und das hexadezimale oder sedezimale
232 Zahlensystem (Basis: 16) Verwendung. Das duale Zahlensystem
233 kommt der Arbeitsweise und Speicherweise der
234 elektronischen Datenverarbeitungsanlagen weitgehend entgegen und
235 eignet sich darüber hinaus besser für die Abwicklung der
236 maschneninternen Rechenoperationen. Das hexadezimale Zahlensystem
237 dient nur der vereinfachten Darstellung, durch die der Inhalt
238 eines Bytes als Bitstruktur beschrieben werden kann. Die folgende
239 Tabelle zeigt die unterschiedliche Darstellung der Zahlen 0 bis 15
240 in den drei Zahlensystemen: (Abb.) Über die verschiedenen
241 Verfahren der Umrechnung von Zahlenwerten eines Zahlensystems in
242 ein anderes geben mathematische Nachschlagewerke Auskunft. Die
243 modernen Datenverarbeitungsanlagen akzeptieren Daten für die
244 Verarbeitung sowohl in dezimaler als auch in binärer oder
245 hexadezimaler Darstellungsform. Da die eigentliche
246 maschineninterne Verarbeitung der Daten jedoch ausschließlich
247 in binärer Form erfolgt, werden die dezimal oder hexadezimal
248 dargestellten Daten vor * bzw. nach der Verarbeitung automatisch
249 von der Maschine konvertiert bzw. rückkonvertiert. Eine
250 gründliche Einführung in die verschiedenen in der
251 Datenverarbeitung gebräuchlichen Zahlensysteme wird in allen
252 Einführungskursen in die Datenverarbeitung gegeben. Befehle
253 und Operationen. Die Art der Verarbeitung von Daten im
254 Computer wird durch das Programm vorgeschrieben. Das Programm
255 selbst setzt sich aus einer Reihe von Einzelinstruktionen
256 (Befehlen) zusammen, die, gemäß der Programmstruktur,
257 nacheinander abgearbeitet werden. Dabei wird durch jede
258 Instruktion maschinenintern eine Operation ausgelöst. Bei der
259 Flexibilität der modernen Datenverarbeitung sind die für die
260 Programmierung der Computer zur Verfügung stehenden
261 Instruktionsvorräte sehr groß. Um hier einen Überblick über
262 die verschiedenen Arten solcher Programminstruktionen zu geben,
263 teilen wir diese in Gruppen ein und unterscheiden nach den
264 Funktionen der durch sie ausgelösten Operationen Befehle,
265 die die Eingabe bzw. Ausgabe von Daten veranlassen;
266 Befehle zur Übertragung von Daten; Befehle zur
267 Ausführung arithmetischer Rechenoperationen; Befehle zur
268 Ausführung logischer Vergleichsoperationen. Zur ersten Gruppe
269 der eingabe-/Ausgabe-Befehle gehören
270 u. a. solche (Makro-) Instruktioen, die das Einlesen
271 einer Datenkarte oder das Stanzen einer Ergebniskarte oder das
272 Drucken einer Ausgabezeile bewirken. Zur Gruppe der
273 Übertragungsbefehle gehören Instruktionen, die entweder
274 einzelne Zeichen, Konstanten oder Datenfelder innerhalb des
275 Speichers übertragen. In die dritte Gruppe, nämlich
276 Befehle zur Ausführung arithmetischer Rechenoperationen,
277 gehören zum Beispiel solche Instruktionen, die die Verknüpfung
278 von Daten nach den vier Grundrechnungsarten veranlassen.
279 Besonders jedoch in den höheren Programmiersprachen für die
280 technisch-wissenschaftliche Anwendungsprogrammierung gibt es
281 darüber hinaus eine Reihe von Rechenbefehlen, die auch die
282 Ausführung komplexer Rechenoperationen (z. B.
283 Potenzierung, Radizierung, Berechnung von Winkelfunktionen u.
284 ä.) gestatten. In die letzte Gruppe schließlich, zu den
285 Befehlen für die Ausführung von Vergleichsoperationen
286 und Verzweigungsoperationen, gehören solche Instruktionen,
287 die Daten miteinander vergleichen. Aufgrund des
288 Vergleichsergebnisses (z. B. bei " gleich ", " ungleich ",
289 " kleiner als ", größer als ", " Ergebnis = Null ", "
290 Ergebnis = Minuswert ", " Ergebnis = Pluswert " usw.)
291 kann der normale Programmfluß unterbrochen und entweder direkt oder
292 mit einer zusätzlichen Instruktion in einen anderen Programmteil
293 verzweigt werden.
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