Beschreibungsebenen und computersysteme
- 1. Proseminar: GÖDEL ESCHER BACH BESCHREIBUNGSEBENEN UND COMPUTERSYSTEME Betreuer: Marcus Tönnis Verfasser: Abdelhamid Barzali TUM den,28.06.05 Inhaltsangaben Software – Hardware Beschreibungsebenen – Computersysteme (Begriffserklärung) Daten und Befehle Das Betriebsystem Maschinensprache – Assembler Compiler - Interpreter Ballung und Schachspiel Fortschritte in AI sind Fortschritte der Sprache
- 2. Einführung Das Thema dieses Kapitels lautet : `` Beschreibungsebenen und Computersysteme `` . Ziel dieses Kapitels ist es , einen Einblick in die Beschreibungsebenen und Computersysteme Zu geben . es werden dabei ein paar Beispiele angeführt und wichtige Begriffe der sowohl physischen zb : Hardware.. als auch nicht physischen zb : Software.. Funktionsbauteile eines Computers eingeführt und es wird somit versucht , ihre Bedeutung zu vermitteln. Wir wollen Zum Beginn dieses Proseminars versuchen den Unterschied zwischen Software und Hardware klar zu machen und dann die Begriffe: Beschreibungsebenen und Computersysteme erklären . Ausgehend von einer Erklärung beider Begriffe möchten wir auch noch die Ausstattung eines Computers näher untersuchen , um zu einem besseren Verständnis des Kapitels zu kommen . Software – Hardware Software bezeichnet alle nichtphysischen Funktionsbestandteile eines Computers. Dies umfasst vor allem Computerprogramme sowie die zur Verwendung mit Computerprogrammen bestimmten Daten. Software umfasst auch Dokumentationen, Handbücher und wird (gelegentlich) bis in die Schulungen und die Supportleistungen begrifflich geführt. Software wird häufig im Gegensatz zu Hardware gesetzt, welche den physischen Träger bezeichnet, auf dem Software existiert und funktioniert, und allein mit Hilfe dessen sie ihre Funktion erfüllen kann. Umgangssprachlich wird "Software" oft auch ausschließlich für "aktive" Daten, also ausführbare Computerprogramme gebraucht, "passive" Daten fallen dabei weg. Hardware ist ein Sammelbegriff für alle Baugruppen und Peripheriegeräte eines Computers. Im Gegensatz dazu bezeichnet man Programme und Daten als Software. Zur Hardware gehören - Ausgabegeräte (Drucker, Monitor...) - Eingabegeräte (Tastatur, Maus...) - Geräte zur Kommunikation (Netzwerkkarte...) - Speichermedien .. - die Grundbestandteile der Rechnerarchitektur wie der Prozessor. Beschreibungsebenen – Computersysteme Es gibt zahlreiche Systeme , die auf verschiedenen Ebenen verstehen lassen . Zum Beispiel wissen wir alle , dass der Mensch aus einer ungeheueren Zahl von Zellen (etwa 25 Billionen ) zusammengesetzt ist und dass man deshalb alles ,was wir tun , prinzipiell vom Standpunkt der Zellen aus beschreiben kann. nehmen wir zum Beispiel eine Sequenz von Bildern auf einem Fernsehschirm , die eine Lachende Frau zeigt. Wenn wir uns diese Sequenz anschauen , wissen wir ,dass wir nicht wirklich eine Frau betrachten sondern eine Menge von flackernden Punkten auf einer ebenen Fläche . wir wissen es – aber nichts liegt unserer Gedanken ferner .wir haben also Zwei extrem entgegengesetzte Repräsentationen dessen ,was sich auf Fernsehschirm befindet , aber in Verwirrung stürzt uns das nicht . Wir können einfach die eine ausschliessen und unsere Aufmerksamkeit auf die andere richten – und das tun wir denn alle .
- 3. Es gibt noch einen Bereich , in dem zahlreiche Beschreibungsebnen für ein einzelnes System nebeneinander existieren und alle Ebenen begrifflich sehr nahe beieinander liegen . es handelt sich dabei um Computersysteme . Daten und Befehle Das Wort als Befehl : in den Wörtern ,die im Gedächtnis gespeichert sind , sind nicht nur Daten enthalten , auf denen operiert wird , sondern auch das Programm ,nach dem die Daten zu verarbeiten sind .Ein Teil des Worts ,gewöhnlich die ersten Paar Bits ,kann als Name des auszuführenden Befehls interpretiert werden .was bedeuten aber die restlichen Bits in einem als Befehl interpretierten Wort ? Die restlichen Bits stellen eine Anweisung an ein anderes Wort ( oder andere Wörter) im Gedächtnis dar. Wir finden Als Mindestausstattung eines Computers ein Gedächtnis ,eine zentrale Recheneinheit (CPU ) und einige Eingabe/Ausgabe –Geräte .Das Gedächtnis ist in verschiedene physische Einheiten (genannt Wörter ) aufgeteilt . Ein Wort ist weiter aufgeteilt in Bits ,und diese werden wir als Atome der Computerwissenschaft betrachten. In einem Wort beträgt typischerweise die Anzahl der Bits ungefähr 36. physikalisch gesprochen ist ein Bit einfach ein magnetischer „Schalter“ ,der in Zwei Stellungen stehen kann .Eine Menge von 36 Bits muss so wenig als eine Zahl aufgefasst werden wie ein Groschen als Preis für 10 Gummibärchen . genauso wie das Geld verschiedene Dinge tun kann ,je nachdem wie man es verwendet .so kann ein Wort viele verschiedene Funktionen erfüllen . einige typische Befehle sind folgende : - ADDIERE das Wort , auf das im Befehl verwiesen wird ,zu einem Register .(in diesem Fall muss das Wort offensichtlich eine Zahl sein.) - DRUCKE das Wort , auf das der Befehl hinweist ,als Buchstaben aus.( in diesem Fall muss das Wort offensichtlich nicht als Zahl , sondern Buchstabenketten interpretiert werden .) - SPRING zu dem Wort ,auf das der Befehl verweist.( in diesem Fall erhält die CPU den Auftrag ,dieses besondere Wort als nächsten Befehl zu interpretieren . - Maschinensprache – Assembler Ein Assembler ist genau genommen ein Compiler, der den Code eines "Assemblerprogramms" in Maschinensprache, d. h. Nullen und Einsen übersetzt. Anders als ein C Compiler hat es der Assembler jedoch sehr einfach, da (fast immer) einer Assembleranweisung genau eine Maschinensprachenanweisung entspricht. Assemblerprogramm ist also nur eine für Menschen (etwas) komfortablere Darstellung des Maschinenprogramms .
- 4. Abbildung .2 Assembler und Compiler sind beide Übersetzer in die Maschinensprache . Das zeigen die geraden Pfeile . Ausserdem wurde sie , da sie selbst Programme sind ,ursprünglich auch in einer Sprache geschrieben. Die Wellenlinien zeigen , dass ein Compiler in Assemblersprache geschrieben werden kann und ein Assembler in Maschinensprache Compiler - Interpreter Ein Compiler (auch Kompilerer oder Übersetzer) ist ein Computerprogramm, das ein in einer Quellsprache geschriebenes Programm in ein semantisch äquivalentes Programm einer Zielsprache umwandelt. -Ein Interpreter (im Sinne der Softwaretechnik) ist ein Software-Programm . sein Quellcode muss aber nicht von einem Assembler (Informatik) oder Compiler in Maschinensprache umgewandelt werden , ein Interpreter liest direkt ein, analysiert und führt aus . Interpreter haben gegenüber Compilern den Vorteil, dass das interpretierte Programm auf allen Rechnerarchitekturen lauffähig ist, ohne dass es vorher neu übersetzt werden muss. Der größte Nachteil der Interpretersprachen ist die im Vergleich zu den compilierten Programmen deutlich langsamere Ausführungsgeschwindigkeit. Reine Interpreter lesen und analysieren den Quellcode eines Programms und führen dann die entsprechenden Aktionen durch. Dies ist im Vergleich zu Compilersprachen, bei denen das Programm vor seiner Ausführung in Maschinencode übersetzt wird, der dann vom Prozessor direkt ausgeführt wird, sehr zeitaufwendig. Der Vorteil liegt darin, dass reine Interpreter auf jeder Rechnerarchitektur lauffähig sind wenn der Quellcode des Interpreters (der selbst häufig in C geschrieben ist) dort übersetzt werden kann.
- 5. Das Betriebsystem Ein Betriebssystem ist die Grundsoftware, die die Verwendung (den Betrieb) eines Computers ermöglicht. Es verwaltet Betriebsmittel wie Speicher, Ein- und Ausgabegeräte und steuert somit die Ausführung von Programmen. Betriebssystem heißt auf Englisch operating system (operating=Betrieb). Der englische Ausdruck operating system (OS) kennzeichnet den Sinn und Zweck: Die in den Anfängen der Computer stark mit schematischen und fehlerträchtigen Arbeiten beschäftigten Operatoren Programme, um sich die Arbeit zu erleichtern; diese wurden nach und nach zum operating system zusammengefasst. Betriebsysteme bestehen in der Regel aus einem Kern (englisch: Kernel), der die Hardware des Computers verwaltet, sowie grundlegenden Systemprogrammen, die dem Start des Betriebssystems und dessen Konfiguration dienen. Unterschieden werden Einbenutzer- und Mehrbenutzersysteme, Einzelprogramm- und Mehrprogrammsysteme, Stapelverarbeitungs- und Dialogsysteme. Betriebssysteme finden sich in fast allen Computern: als Echtzeitbetriebssysteme auf Prozessrechnern, auf normalen Computern und als Mehrprozessorsysteme auf Servern und Grossrechnern . Abbildung 1 Das Betriebssystem ist die Schnittstelle zwischen dm Benutzer und Hardware .
- 6. Ballung und Schachspiel Eins der Hauptprobleme bei der Erforschung der artifiziellen Intelligenz besteht darin ,herauszufinden , wie man die Kluft zwischen den beiden Beschreibungen überbrücken kann, wie man einen Computer so programmieren , dass er gut Schach spielt , wie man ein System konstruieren kann ,das die eine Beschreibungsebene annehmen und die andere erzeugen kann. Das alles lässt sich gut durch den Wissensfortschritt illustrieren . in den vierziger Jahren führte der holländische Psychologe Adriaan de Groot Untersuchungen durch , wie Schach -anfänger und Schachmeister eine Spielkonfiguration betrachten . Es wurde bewiesen ,dass ein Schachmeister so schnell eine Stellung im Spiel reproduzieren kann im Vergleich mit der schwerfälligen Rekonstruktion vom Schachanfänger. Dabei war es sozusagen klar ,dass der meister auf einer anderen Stufe als Anfänger denkt. Ähnlichen Ebenen : es ist jedoch total verwirrend ,wenn ein einzelnes System Zwei oder mehr Beschreibungen auf verschiedenen Ebenen zulässt ,die sich trotzdem in gewisser Weise ähneln .Dann fällt uns schwer ,beim Nachdenken über das System die verschiedenen Ebenen nicht durcheinander zu bringen ,und wir können leicht völlig in die Irre gehen. In der Struktur des menschlichen Geists gibt es viele Ebenen –es ist sicher ein System ,dass wir noch nicht gut kapieren .Es gibt aber hunderte von rivalisierenden Theorien darüber ,warum die Menschen sich so verhalten ,wie sie es tun ,und jede Theorie beruht auf gewissen Annahmen ,bis in welche Tiefe dieses Systems von Ebenen verschiedene psychologische „Kräfte“ zu finden sind. Fortschritte in AI sind Fortschritte der Sprache Künstliche Intelligenz (KI, beziehungsweise AI vom englischen Artificial Intelligence ) ist eine Fachdisziplin der Informatik mit interdisziplinärem Charakter. Ziel der KI ist es, Maschinen zu entwickeln, die sich verhalten, als verfügten sie über Intelligenz (John McCarthy, 1955). Neben den Forschungsergebnissen der Kerninformatik selbst sind in die KI Ergebnisse der folgenden Fachgebiete eingeflossen: Psychologie und Neurologie, Mathematik und Logik, Kommunikationswissenschaft, Philosophie und Linguistik Fortschritte in AI sind Fortschritte der Sprache: Es ist auffällig ,wie eng die Verbindung zwischen Fortschritt in der Computerwissenschaft (im besonderen bei der artifiziellen Intelligenz) und der Entwicklung neuer Sprachen ist . ein Schlüssel zum Verständnis und zur Schaffung von Intelligenz liegt in der fortwährenden Weiterentwicklung und Verfeinerung der Sprachen ,mit denen Prozesse der Symbolmanipulation beschrieben werden können. Fazit Zu guter letzt ist es klar geworden , dass es sich hierbei um die Bedeutung der Baugruppen eins Computers mit den verschiedenen Beschreibungsebnen handelt . Rechnersysteme umfassen einen Datenfluss , Speicher , Ein- und Ausgabegeräte und die Steuerung- bzw Verarbeitungseinheiten .Zentral für dieses Kapitel sind die Betrachtungen über den Unterschied zwischen Hardware und Software und die Beschreibungsebenen , die für ein Computersystem von grosser Bedeutung sind .