Текст книги "Немецкий язык для it-студентов = Deutsch für it-Studenten"

Kapitel 2. Computer

2.1. Aus der Geschichte des Computers

Lesen Sie den Text! Was haben Sie neues erfahren?

Die Computertechnologie entwickelte sich im Vergleich zu anderen Elektrogeräten sehr schnell. Die Geschichte der Entwicklung des Computers reicht zurück bis in die Antike und ist damit wesentlich länger als die Geschichte der modernen Computertechnologien und mechanischen oder elektrischen Hilfsmitteln (Rechenmaschinen oder Hardware). Sie umfasst dabei auch die Entwicklung von Rechenmethoden, die etwa für einfache Schreibgeräte auf Papier und Tafeln entwickelt wurden. Im Folgenden wird entsprechend versucht, einen Überblick über diese Entwicklungen zu geben.

Das Konzept der Zahlen lässt sich auf keine konkreten Wurzeln zurückführen und hat sich wahrscheinlich mit den ersten Notwendigkeiten der Kommunikation zwischen zwei Individuen entwickelt. Man findet in allen bekannten Sprachen mindestens für die Zahlen eins und zwei Entsprechungen. Auch in der Kommunikation von vielen Tierarten (etwa verschiedener Primaten, aber auch Vögeln wie der Amsel) lässt sich die Möglichkeit der Unterscheidung unterschiedlicher Mengen von Gegenständen feststellen.

Die Weiterentwicklung dieser einfachen numerischen Systeme führte wahrscheinlich zur Entdeckung der ersten mathematischen Rechenoperation wie der Addition, der Subtraktion, der Multiplikation und der Division oder auch der Quadratzahlen und der Quadratwurzel. Diese Operationen wurden formalisiert (in Formeln dargestellt) und dadurch überprüfbar. Daraus entwickelten sich dann weiterführende Betrachtungen, etwa die von Euklid entwickelte Darstellung des größten gemeinsamen Teilers. Im Mittelalter erreichte das Arabische Zahlensystem Europa und erlaubte eine größere Systematisierung bei der Arbeit mit Zahlen. Die Möglichkeiten erlaubten die Darstellung von Zahlen, Ausdrücke und Formeln auf Papier und die Tabellierung von mathematischen Funktionen wie etwa der Quadratwurzeln oder des einfachen Logarithmus sowie der Trigonometrie. Zur Zeit der Arbeiten von Isaac Newton war Papier und Velin eine bedeutende Ressource für Rechenaufgaben und ist dies bis in die heutige Zeit geblieben, in der Forscher wie Enrico Fermi seitenweise Papier mit mathematischen Berechnungen füllten und Richard Feynman jeden mathematischen Schritt mit der Hand bis zur Lösung berechnete, obwohl es zu seiner Zeit bereits programmierbare Rechner gab.

Ein Computer oder Rechner ist ein Apparat, der Daten mit Hilfe einer programmierbaren Rechenvorschrift verarbeiten kann.

Zunächst war die Informationsverarbeitung mit Computern auf die Verarbeitung von Zahlen beschränkt. Mit zunehmender Leistungsfähigkeit eröffneten sich neue Einsatzbereiche. Computer sind heute in allen Bereichen des täglichen Lebens vorzufinden: Sie dienen der Verarbeitung und Ausgabe von Informationen in Wirtschaft und Behörden, der Berechnung der Statik von Bauwerken bis hin zur Steuerung von Waschmaschinen und Automobilen. Die leistungsfähigsten Computer werden eingesetzt, um komplexe Vorgänge zu simulieren: Beispiele sind die Klimaforschung, thermodynamische Fragestellungen, medizinische Berechnungen – bis hin zu militärischen Aufgaben, zum Beispiel der Simulation des Einsatzes von nuklearen Waffen. Viele Geräte des Alltags, vom Telefon über den Videorekorder bis hin zur Münzprüfung in Warenautomaten, werden heute von integrierten Kleinstcomputern gesteuert (eingebettetes System).

Der englische Begriff computer, abgeleitet vom Verb to compute (von lat.: computare, zusammenrechnen), bezeichnete ursprünglich Menschen, die zumeist langwierige Berechnungen vornahmen, zum Beispiel für Astronomen im Mittelalter. 1938 stellte Konrad Zuse den ersten frei programmierbaren mechanischen Rechner her, der im heutigen Sinne bereits dem Begriff entsprach. In der Namensgebung des 1946 der Öffentlichkeit vorgestellten Electronic Numerical Integrator and Computer (kurz ENIAC) taucht erstmals das Wort als Namensbestandteil auf. In der Folge etablierte sich Computer als Gattungsbegriff für diese neuartigen Maschinen.

Fragen zum Text

a) Was bestimmt die erfolgreiche Entwicklung der modernen Industrie?

b) Wo werden Computer eingesetzt?

c) Wie führen elektronische Rechenanlagen die Lösung einer Aufgabe aus?

d) Wann spricht man vom Rechnen und wann von Elektronischer Datenverarbeitung?

e) Nach welchem Prinzip sind die EDV-Anlagen aufgebaut?

Arbeitsauftrag

Machen Sie einen Bericht „Conrad Zuse – der Urgroßvater des Computers“.

2.2. Computer und seine Bauteile. Grundlagen eines Computers

Lesen Sie und übersetzen den Text!

Die erfolgreiche Entwicklung der modernen Industrie wäre ohne elektronische Rechenanlagen unmöglich. Wir brauchen sie jeden Tag – von kleinen Computern, wie Taschenrechnern, die schon lange zu unserem Alltag gehören, bis zu den hochleistungsfähigen Computern, die in der Produktion eingesetzt werden.

Elektronische Rechenanlagen (Hardware) führen bei Vorliegen eines entsprechenden Programms (Software) die Lösung einer Aufgabe in kurzer Zeit aus. Wenn die Eingangsdaten rein numerisch sind, spricht man vom Rechnen, wenn sie darüber hinaus von nicht-numerischer Art sind, von Elektronischer Datenverarbeitung (EDV).

Wenn der Computer die Nutzbarkeit der eingegebenen Informationen erweitert, handelt es sich um Informationsverarbeitung.

Die EDV-Anlagen sind im Allgemeinen nach folgendem Prinzip aufgebaut: Die „Zentraleinheit“ bildet den funktionsfähigen Rechner; sie enthält den „Zentralprozessor“, den „Arbeitsspeicher“ für das Betriebssystem, die Rechnerprogramme und die Daten.

Die Ein– und Ausgabesteuerung verwirklicht den Datenverkehr mit der „Peripherie“ (Abb. 2).

Abb. 2. Komponenten eines von-Neumann-Rechners

Ein von-Neumann-Rechner beruht auf folgenden Komponenten, die bis heute in Computern verwendet werden:

ALU (Arithmetic Logic Unit) – Rechenwerk, auch Prozessor oder Zentraleinheit genannt, führt Rechenoperationen und logische Verknüpfungen durch.

Control Unit – Steuerwerk oder Leitwerk, interpretiert die Anweisungen eines Programms und steuert die Befehlsabfolge.

Memory – Speicherwerk speichert sowohl Programme als auch Daten, welche für das Rechenwerk zugänglich sind.

I/O Unit – Eingabe-/Ausgabewerk steuert die Ein– und Ausgabe von Daten, zum Anwender (Tastatur, Bildschirm) oder zu anderen Systemen (Schnittstellen).

Grundsätzlich unterscheiden sich zwei Bauweisen: Ein Computer ist ein Digitalcomputer, wenn er mit digitalen Geräteeinheiten digitale Daten verarbeitet; er ist ein Analogcomputer, wenn er mit analogen Geräteeinheiten analoge Daten verarbeitet.

Heute werden fast ausschließlich Digitalcomputer eingesetzt. Diese folgen gemeinsamen Grundprinzipien, mit denen ihre freie Programmierung ermöglicht wird. Bei einem Digitalcomputer werden dabei zwei grundsätzliche Bausteine unterschieden: Die Hardware, die aus den elektronischen, physisch anfassbaren Teilen des Computers gebildet wird, sowie die Software, die die Programmierung des Computers beschreibt.

Ein Digitalcomputer besteht zunächst nur aus Hardware. Die Hardware stellt erstens einen so genannten Speicher bereit, in dem Daten wie in Schubladen gespeichert und jederzeit zur Verarbeitung oder Ausgabe abgerufen werden können. Zweitens verfügt das Rechenwerk der Hardware über grundlegende Bausteine für eine freie Programmierung, mit denen jede beliebige Verarbeitungslogik für Daten dargestellt werden kann: Diese Bausteine sind im Prinzip die Berechnung, der Vergleich, und der bedingte Sprung. Ein Digitalcomputer kann beispielsweise zwei Zahlen addieren, das Ergebnis mit einer dritten Zahl vergleichen und dann abhängig vom Ergebnis entweder an der einen oder der anderen Stelle des Programms fortfahren. In der Informatik wird dieses Modell theoretisch durch die Turing-Maschine abgebildet; die Turing-Maschine stellt die grundsätzlichen Überlegungen zur Berechenbarkeit dar.

Erst durch eine Software wird der Digitalcomputer jedoch nützlich. Jede Software ist im Prinzip eine definierte, funktionale Anordnung der oben geschilderten Bausteine Berechnung, Vergleich und Bedingter Sprung, wobei die Bausteine beliebig oft verwendet werden können. Diese Anordnung der Bausteine, die als Programm bezeichnet wird, wird in Form von Daten im Speicher des Computers abgelegt. Von dort kann sie von der Hardware ausgelesen und abgearbeitet werden. Dieses Funktionsprinzip der Digitalcomputer hat sich seit seinen Ursprüngen in der Mitte des 20. Jahrhunderts nicht wesentlich verändert, wenngleich die Details der Technologie erheblich verbessert wurden.

Analogrechner funktionieren jedoch nach einem anderen Prinzip. Bei ihnen ersetzen analoge Bauelemente (Verstärker, Kondensatoren) die Logikprogrammierung. Analogrechner wurden früher häufiger zur Simulation von Regelvorgängen eingesetzt, sind heute aber fast vollständig von Digitalcomputern verdrängt worden. In einer Übergangszeit gab es auch Hybridrechner, die einen Analog– mit einem digitalen Computer kombinierten.

Fragen zum Text

a) Nennen Sie die Grundprinzipien des Digitalcomputers!

b) Woraus besteht ein Computer?

c) Welche Rolle spielt die Software?

d) Was ist die Hardware?

Arbeitsauftrag

Beschreiben Sie den Aufbau der EDV-Anlagen!

2.3. Das Rechenwerk

Lesen Sie und übersetzen den Text!

Die eigentliche Verarbeitung der Daten geschieht im Rechenwerk, auch Zentraleinheit (ZE) oder Central Processing Unit (CPU) genannt. Diese setzt sich aus verschiedenen Bauteilen zusammen: dem Mikroprozessor, einem Speicherbereich, Anschlüssen für externe Geräte, wie Tastatur, Monitor, Drucker und Laufwerk, einer Verbindungsschiene für die einzelnen Bauteile. Diese Verbindung wird auch als Bus bezeichnet.

Die Weiterleitung der Daten von der Eingabe (Tastatur) an den Mikroprozessors, die Verarbeitung der Daten und die Weitergabe des Ergebnisses an Monitor, Drucker oder Speicher geschieht durch elektrische Signale. Diese Signale können dabei, ähnlich wie ein Lichtschalter, zwei Zustände haben: entweder es fließt ein Strom, oder es fließt kein Strom. Ordnet man diesen Zuständen die Zahlen 1 und 0 zu und baut auf dieser Grundlage ein neues Zahlensystem auf, so kann der Computer damit rechnen. Die kleinste Informationseinheit im Rechner besteht also aus einer 1 oder einer 0. Diese Einheit nennt man ein Bit. Bei der Darstellung von größeren Zahlen oder von Buchstaben brauchen wir natürlich mehrere Bit. Jeweils acht aufeinander folgende Bit bilden ein Datenwort, das man als Byte bezeichnet. Ein Byte kann dabei eine Zahl, ein Buchstabe oder ein Befehl für den Mikroprozessor sein.

Der Mikroprozessor ist das Kernstück des Rechenwerks und damit des gesamten Computers und kann mehrere Aufgaben bewältigen:

• Er führt nacheinander die Befehle aus, die ihm durch das Programm gegeben werden.

• Er übernimmt Daten aus dem Speicherbereich und von externen Geräten (Tastatur, Festplatte oder Diskette).

• Er verarbeitet diese Daten auf logischer und arithmetischer Grundlage.

• Er gibt das Ergebnis der Verarbeitung wieder aus und überträgt es zurück in den Speicherbereich oder zu externen Geräten (Monitor, Drucker).

Der Speicherbereich. Die Speicherung der Daten geschieht ebenfalls in binärer Form. Die Kapazität des Speicherbereichs ist dabei ein Maß für die Leistungsfähigkeit eines Computers. Für 210 Byte = 1024 Byte Speicherplatz wird die Bezeichnung 1 Kilobyte (1 KB) benutzt. Dies entspricht etwa der Anzahl der Buchstaben auf einer halben Schreibmaschinenseite. Andererseits bedeutet das aber auch maximal 1024 Befehle für den Mikroprozessor.

Der Speicherbereich enthält verschiedene Arten von Speichern:

Der ROM-Speicher (Read Only Memory), auch Festwertspeicher genannt, ist fest im Computer installiert und dient nur zum Einlesen von Daten und Programmen. Hier sind alle Funktionen gespeichert, die notwendig sind, den Computer zu starten und die ihn beispielsweise dazu veranlassen, nach dem Einschalten auf der Festplatte bzw. auf der Diskette das Betriebssystem zu suchen und zu laden. Der Inhalt dieses Speichers bleibt auch erhalten, wenn der Computer ausgeschaltet wird.

Der RAM-Speicher (Random Access Memory) ist der Arbeitsspeicher des Computers. In ihm kann man Daten und Programme speichern und natürlich danach auch wieder abrufen. Der Inhalt dieses Speicherbereichs wird beim Ausschalten des Computers gelöscht. Daten und Programme, die man dort gespeichert hat, muss man vor dem Ausschalten deshalb extern (Festplatte) speichern, da sie sonst für immer verloren sind. Der RAM-Speicher setzt sich aus verschiedenen einzelnen Speichereinheiten zusammen, die man auch Register nennt. Das Hauptregister heißt dabei Akkumulator. Bei längeren Rechnungen wird noch ein Zwischenspeicher gebraucht, in dem Zwischenergebnisse gespeichert und dann an den Akkumulator weitergegeben oder bei Bedarf auf dem Monitor ausgegeben werden.

Der Bus. Alle Bausteine des Computers, d. h. Mikroprozessor, Speicher und Anschlüsse für externe Geräte (Schnittstellen), sind durch den so genannten Bus verbunden. Dabei besteht der Bus aus drei voneinander unabhängigen Leitungsgruppen, denen unterschiedliche Aufgaben. Der Datenbus überträgt Daten oder Befehle zwischen den einzelnen Bausteinen der Zentraleinheit. Über den Adressbus laufen Informationen, an welcher Stelle im Speicher (Adresse) Daten gelesen oder abgelegt werden sollen. Da alle Leitungen des Busses parallel an allen Bausteinen der Zentraleinheit anlegen, müssen noch Informationen transportiert werden, zwischen welchen Bausteinen die Daten laufen sollen Diese Aufgabe übernimmt der Steuerbus.

Fragen zum Text

In welcher Form erfolgt die Speicherung der Daten?

Was entspricht einem Kilobyte?

Wie groß ist die Speicherkapazität heutiger Computer?

Welche Arten enthält der Speicherbereich?

Welche Aufgaben erfüllt der Daten-, der Adress– und der Steuerbus?

Arbeitsauftrag

Erklären Sie Aufbau und Funktion des Rechnerwerks. Machen Sie eine Präsentation.

2.4. Hardware

Lesen Sie und übersetzen den Text!

Hardware ist der Oberbegriff für die mechanische und elektronische Ausrüstung eines Systems z. B. eines Computersystems. Er muss sich aber nicht ausschließlich auf Systeme mit einem Prozessor beziehen. Es können auch rein elektromechanische Geräte wie beispielsweise ein Treppenhauslichtautomat sein.

Abgrenzung Hardware und Software. Sehr einfache Systeme können direkt in unveränderlicher Hardware implementiert werden. Die Funktion dieser Systeme ist dann fest durch die Struktur der Hardware vorgegeben. Komplexere Hardwaresysteme enthalten aber meist auch programmierbare Elemente, z. B. Prozessoren. Diese in ihrer Struktur ebenfalls festgelegten Bauelemente führen eine Abfolge von Instruktionen aus, die manipuliert werden kann. Hinzu treten Bauteile, die auch in ihrer Struktur definiert werden können (PLD-spezielle programmierbare Logikbausteine in der Elektronik (Programmable Logic Device)). Somit kann die Funktion des Gesamtsystems leicht angepasst werden. Die Konfigurationsund Instruktionsdaten werden allgemein als Software bezeichnet – bei weniger komplexen Geräten, wo lediglich Strukturen und einfache Abläufe festgelegt werden, wird sie meist Firmware genannt.

Zur Computer-Hardware gehören die Datenverarbeitungsgeräte als Ganzes, und alle ihre Baugruppen (Komponenten: Prozessor, Arbeitsspeicher usw.) und Peripheriegeräte. Vereinfacht gesagt gehört alles, was angefasst werden kann, zur Hardware. Computer-Hardware ist ausschließlich mit entsprechender Software benutzbar.

Software bezeichnet im Gegensatz dazu Programme und Daten, die man nicht anfassen kann. Die Datenträger, auf denen sich die Software befindet, z. B. Diskette, CD/DVD/BR-D/HD-DVD, RAM, Flash-Speicher, Festplatte usw., sind dagegen Hardware.

Zur Computer-Hardware gehören:

PC-Komponenten:

• Netzteil, Gehäuse, Lüfter;

• Die Grundbestandteile der Rechnerarchitektur wie Platine, welche im allgemeinen Sprachgebrauch Motherboard oder Mainboard genannt wird. Dort befindet sich ein Chipsatz für IO; ein Prozessor und

Speicherbausteine.

Speicherwerke:

• Arbeitsspeicher (RAM);

• Speichermedien/Laufwerke (Festplatte, Flashspeicher, CDROM–Laufwerk, DVD-Laufwerk).

Peripheriegeräte:

• Erweiterungskarten (Grafikkarte, Soundkarte, PhysX-Karte, Netzwerkkarte, TV-Karte, ISDN-Karte, USB-Karte);

• Ausgabegeräte (Drucker, Bildschirm, Beamer, Lautsprecher);

• Eingabegeräte (Tastatur, Maus, Joystick);

• Einlesegeräte (verschiedene Arten von Scannern, Mikrofone, Kartenlesegeräte).

Alle diese Peripheriegeräte und Baugruppen eines Computers sind Großteils mit logischen Schaltungen aufgebaut.

Hardwarearchitektur. Das heute allgemein angewandte Prinzip, das nach seiner Beschreibung durch John von Neumann von 1946 als „VonNeumann-Architektur“ bezeichnet wird, definiert für einen Computer fünf Hauptkomponenten:

• die Recheneinheit (Arithmetisch-Logische Einheit (ALU));

• die Steuereinheit;

• die Buseinheit;

• den Speicher und;

• die Eingabe– und Ausgabeeinheit (en).

In den heutigen Computern sind die ALU und die Steuereinheit meistens zu einem Baustein verschmolzen, der so genannten CPU (Central Processing Unit, zentraler Prozessor).

Der Speicher ist eine Anzahl von durchnummerierten „Zellen“; jede von ihnen kann ein kleines Stück Information aufnehmen. Diese Information wird als Binärzahl, also einer Abfolge von ja/neinInformationen, in der Speicherzelle abgelegt – besser vorzustellen als eine Folge von Nullen und Einsen. Ein Charakteristikum der „Von NeumannArchitektur“ ist, dass diese Binärzahl (beispielsweise 01000001, was der Dezimalzahl 65 entspricht) entweder ein Teil der Daten sein kann (also zum Beispiel der Buchstabe „A“), oder ein Befehl für die CPU („Springe …“).

Wesentlich in der Von-Neumann-Architektur ist, dass sich Programm und Daten einen Speicherbereich teilen (dabei belegen die Daten in aller Regel den unteren und die Programme den oberen Speicherbereich).

Dem gegenüber stehen in der sog. Harvard-Architektur Daten und Programmen eigene (physikalisch getrennte) Speicherbereiche zur Verfügung, dadurch können Daten-Schreiboperationen keine Programme überschreiben.

In der Von-Neumann-Architektur ist die Steuereinheit dafür zuständig, zu wissen, was sich an welcher Stelle im Speicher befindet. Man kann sich das so vorstellen, dass die Steuereinheit einen „Zeiger“ auf eine bestimmte Speicherzelle hat, in der der nächste Befehl steht, den sie auszuführen hat. Sie liest diesen aus dem Speicher aus, erkennt zum Beispiel „65“, erkennt dies als „Springe“. Dann geht sie zur nächsten Speicherzelle, weil sie wissen muss, wohin sie springen soll. Sie liest auch diesen Wert aus, und interpretiert die Zahl als Nummer (so genannte Adresse) einer Speicherzelle. Dann setzt sie den Zeiger auf eben diese Speicherzelle, um dort wiederum ihren nächsten Befehl auszulesen; der Sprung ist vollzogen. Wenn der Befehl zum Beispiel statt „Springe“ lauten würde „Lies Wert“, dann würde sie nicht den Programmzeiger verändern, sondern aus der in der Folge angegebenen Adresse einfach den Inhalt auslesen, um ihn dann beispielsweise an die ALU weiterzuleiten.

Die ALU hat die Aufgabe, Werte aus Speicherzellen zu kombinieren. Sie bekommt die Werte von der Steuereinheit geliefert, verrechnet sie (addiert beispielsweise zwei Zahlen, welche die Steuereinheit aus zwei Speicherzellen ausgelesen hat) und gibt den Wert an die Steuereinheit zurück, die den Wert dann für einen Vergleich verwenden oder wieder in eine dritte Speicherzelle zurückschreiben kann.

Die Ein-/Ausgabeeinheiten schließlich sind dafür zuständig, die initialen Programme in die Speicherzellen einzugeben und dem Benutzer die Ergebnisse der Berechnung anzuzeigen.

Fragen zum Text

Definieren Sie alle Komponenten des Computers!

Arbeitsauftrag

Beschreiben Sie mit Hilfe von dem Schema die Arbeit des Computers!

2.5. Software

Lesen Sie und übersetzen den Text!

Software ist ein Sammelbegriff für die Gesamtheit ausführbarer Datenverarbeitungsprogramme und die zugehörigen Daten. Ihre Aufgabe ist es, die Arbeitsweise von softwaregesteuerten Geräten (die einen Teil der Hardware bilden) zu beeinflussen.

In diesem Sinne wurde der Begriff erstmals 1958 von John W. Tukey benutzt.

Aus technischer Sicht bezeichnet Software nichtphysische Funktionsbestandteile eines softwaregesteuerten Gerätes.

Physische Bestandteile umschließen alles, was sich anfassen lässt (die Geräte selbst, zuzüglich Kabel, etc. – zusammen Hardware genannt). Hardware gibt den physischen Rahmen vor, innerhalb dessen Grenzen eine Software funktioniert: Sie stellt den physischen Träger, auf dem die Software existiert und die weitere physische Umgebung, allein mit Hilfe dessen eine Software ihre Funktion erfüllen kann.

Aus physischer Sicht könnte man sagen, dass es so etwas wie Software nicht gibt, da sie keine eigene Substanz besitzt. Was es gibt, das ist der Datenträger, der eine bestimmte Beschaffenheit aufweist. Software ist ein (meist elektronisch veränderbarer) Teil dieser Beschaffenheit.

Zur Veranschaulichung der nichtphysischen Gestalt von Software und ihren Einfluss auf die Arbeitsweise solcher Geräte, lässt sich ein Computer vorstellen, auf dem ein alternatives Betriebssystem installiert wird. Dafür muss die Hardware nicht erweitert oder ausgetauscht werden, was bedeutet, dass das Gerät äußerlich unverändert wirkt. Dennoch arbeitet es dank der neuen Software anders, als zuvor.

Software ist im Voraus geleistete geistige Arbeit. Die Programmautoren erarbeiten z. B. ein Lösungsverfahren für die korrekte Trennung aller deutschen Wörter in einem Textverarbeitungsprogramm. Damit ist im Voraus, also bevor diese Tätigkeit überhaupt anfällt, schon für alle Schreiber, die mit diesem Textverarbeitungsprogramm arbeiten, die geistige Arbeit „korrektes Trennen deutscher Wörter“ geleistet. Dabei kann ein Softwareentwickler mitunter auf „im Voraus“ von Dritten entwickelte Algorithmen zurückgreifen.

Weitere Eigenschaften von Software sind:

• Einmal erzeugte Software kann mit verhältnismäßig geringen

Kosten vervielfältigt werden, die meist durch Datenträger, Werbung und dem Herstellen von Verpackung und zu Papier gebrachten Dokumentationen anfallen.

• Software verschleißt nicht durch Nutzung, unterliegt jedoch mit der

Zeit der Softwarealterung.

• Software ist meist austauschbar, aktualisierungsfähig, korrigierbar und erweiterbar, insbesondere dann, wenn Richtlinien eingehalten werden und der Quelltext verfügbar ist.

• Mitunter kann Software vorkonfiguriert werden, um so eine Neuinstallation zu beschleunigen und um Fehler bei der Konfiguration zu minimieren.

• Software tendiert dazu, umso mehr Fehler zu enthalten, je komplexer sie ist. Fehler werden in aktualisierten Softwareversionen oder mithilfe eines Patches behoben. Softwarefehler bezeichnet man auch als Bugs.

• Der Beweis der Fehlerfreiheit ist in der Regel nicht zu erbringen. Nur bei formaler Spezifikation der Software ist der mathematische Beweis ihrer Korrektheit theoretisch überhaupt möglich.

Erstellung von Software. Die Entwicklung von Software ist ein komplexer Vorgang. Dieser wird durch die Softwaretechnik, einem Teilgebiet der Informatik, systematisiert. Hier wird die Erstellung der Software schrittweise in einem Prozess von der Analyse über die Softwaremodellierung bis hin zum Testen als wiederholbarer Prozess beschrieben.

In aller Regel wird die Software nach der Entwicklung mehrfach angepasst und erweitert. Der Software-Lebenszyklus kann durchaus mehrere Jahre betragen.

Arten von Software. Software lässt sich nach verschiedenen Kriterien unterscheiden.

Unterteilung nach der Nähe zur Hardware:

• Systemsoftware, die für grundlegende Funktionen des Computers erforderlich ist. Hierzu zählen insbesondere das Betriebssystem sowie Gerätetreiber;

• systemnahe Software, der Bereich zwischen Betriebssystem und Anwendungssoftware z. B. Datenbank-Verwaltungswerkzeuge, Programmierwerkzeuge und Middleware;

• Anwendungssoftware, die den Benutzer bei der Ausführung seiner Aufgaben unterstützt und ihm dadurch erst den eigentlichen, unmittelbaren Nutzen stiftet. Unterteilung nach Art des Auftraggebers:

• Standardsoftware: Wird von einem Softwareanbieter erstellt, und kann von Kunden erworben werden;

• Individualsoftware: für einen einzelnen Kunden individuell erstellt. Software nach der Art der Einbettung:

• nicht eingebettete Software (Software, die installiert wird);

• fest in einem Gerät zu dessen Steuerung untergebrachte Software (z. B. in einem ROM), bezeichnet man als Firmware oder auch Eingebettete Software.

Softwarearchitektur. Die Von-Neumann-Architektur ist gewissermaßen die unterste Ebene des Funktionsprinzips eines Computers oberhalb der elektrophysikalischen Vorgänge in den Leiterbahnen. Die ersten Computer wurden auch tatsächlich so programmiert, dass man die Nummern von Befehlen und von bestimmten Speicherzellen so, wie es das Programm erforderte, nacheinander in die einzelnen Speicherzellen schrieb. Um diesen Aufwand zu reduzieren, wurden Programmiersprachen entwickelt. Diese generieren die Zahlen innerhalb der Speicherzellen, die der Computer letztlich als Programm abarbeitet, aus höheren Strukturen heraus automatisch.

Später wurden bestimmte sich wiederholende Prozeduren in so genannten Bibliotheken zusammengefasst, um nicht jedes Mal das Rad neu erfinden zu müssen, z. B. das Interpretieren einer gedrückten Tastaturtaste als Buchstabe „A“ und damit als Zahl „65“ (im ASCII–Code).

Die Bibliotheken wurden in übergeordneten Bibliotheken gebündelt, welche Unterfunktionen zu komplexen Operationen verknüpfen (Beispiel: die Anzeige eines Buchstabens „A“, bestehend aus 20 einzelnen schwarzen und 50 einzelnen weißen Punkten auf dem Bildschirm, nachdem der Benutzer die Taste „A“ gedrückt hat).

In einem modernen Computer arbeiten sehr viele dieser Programmebenen über– bzw. untereinander. Komplexere Aufgaben werden in Unteraufgaben zerlegt, die von anderen Programmierern bereits bearbeitet wurden, die wiederum auf die Vorarbeit weiterer Programmierer aufbauen, deren Bibliotheken sie verwenden. Auf der untersten Ebene findet sich aber immer der so genannte Maschinencode – jene Abfolge von Zahlen, mit der der Computer auch tatsächlich gesteuert wird.

Während früher eine CPU nur mit diesem Maschinencode gesteuert werden konnte, sind inzwischen auch CPUs programmierbar und damit kleine eigenständige Computer.

Fragen zum Text

Definieren Sie den Begriff „Software“! Beschreiben Sie die Klassifikation der Software!

Arbeitsauftrag

Stellen Sie in der Form einer Präsentation die Hardware und Software vor!