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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