Computer auf Rädern:Eine kleine Geschichte der Mobilität

Prof. Dr.-Ing. Peter LiggesmeyerSoftware Engineering: Dependability, TU Kaiserslautern

und Fraunhofer-Institut Experimentelles Software Engineering

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Computer auf Rädern:Eine kleine Geschichte der Mobilität

• Computer: Historische Entwicklung• Eine kleine Geschichte der Mobilität

• Vom Dampfboot …• … über Apollo 11 …• … bis zur Ariane 5 …• … und zum Auto

• Computer im Auto• Einfaches Beispiel• Zuverlässigkeit• Heute … • … und in der Zukunft

• Was man sich merken könnte!

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ComputerKodierung

K i n

01001011

d e r u n i

01101001 01101110 01100100 01100101 0111 0010 01110101 01101110 01101001

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ComputerKodierung

74+11

EinerZehner

EinerZweier

ViererAchter

=1*4+1*2+1*11 1 1=1*4+0*2+0*1 1 0 0+

1 0 1 1 *8+ *4+ *2+ *1 1101=

„Zehnersystem“ „Zweiersystem“„Binärsystem“

1

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ComputerHistorische Entwicklung: Mechanische Computer

• Z1: 1937, mechanisch

• Taktfrequenz 1 Hz• Programmierbar• Binärsystem

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ComputerHistorische Entwicklung: Relaiscomputer

• Z3: erster frei programmierbarer Computer auf binärer Basis: 1941

• 3000 Relais• 64 Worte Speicher• Taktfrequenz:

~5,3 Hertz

Der rekonstruierte Computer Z3 mit Konrad Zuse (1964)

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ComputerHistorische Entwicklung: Röhrencomputer

• ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), Feb. 1946, University of Pennsylvania

• 17468 Elektronenröhren• 150 kW

Leistungsaufnahme• 100 kHz Taktfrequenz;

5,000 Additionen/sec.

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ComputerHistorische Entwicklung: Röhrencomputer

Welche ist wohl defekt?

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ComputerHistorische Entwicklung: Transistorrechner

• Uni Manchester 1952-1956• 200 Transistoren und 1300

Dioden• 150 W Leistungsaufnahme• MTTF 1,5 Stunden

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ComputerHistorische Entwicklung: Mikroprozessoren

• Intel 4004 (1971)• Erste CPU• 2300 Transistoren• 100 kHz Taktfrequenz

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ComputerHistorische Entwicklung: Mikroprozessoren

• Intel Pentium II (1997)• 7.500.000 Transistoren• 233 – 300 MHz Taktfrequenz

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ComputerHistorische Entwicklung: Mikroprozessoren

• Intel Pentium 4 Prescott(2004)

• 125.000.000 Transistoren• 3,4 GHz• Ca. 1200 MFLOPS

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ComputerHistorische Entwicklung: Mikroprozessoren

• Intel Core i7 (2008)

• 731.000.000 Transistoren

• 4 „Kerne“• Bis 3,2 GHz

Taktfrequenz

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ComputerMoore‘s Law (nach Gordon Moore: Intel; 1965)

„Die Anzahl der Transistoren pro Chip wird sich etwa alle 2 Jahre verdoppeln!“

Viel Rechenpower für wenig Geld !!

Computer sind heute billig und leistungsfähig genug, um damitalles Mögliche zu erledigen

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... Als George Ealer die Schornsteine vor seinen Augen in die Höhe fliegen sah, wusste er, was geschehen war; er hüllte sein Gesicht mit den Rockschößen ein und presste die Hände davor, um durch diesen Schutz zu verhindern, dass Dampf an seine Nase oder seinen Mund gelangen konnte. Er hatte Zeit genug, sich mit diesen Einzelheiten zu beschäftigen, während er auf- und abwärts flog. Bald darauf landete er auf einem der nicht explodierten Dampfkessel, in Begleitung von seinem Rade und einem Regen anderer Dinge und in eine Wolke siedend heißen Dampfes gehüllt, vierzig Fuß unterhalb des früheren Ruder-hauses. ... aus: Mark Twain: Leben auf dem Mississippi

Eine kleine Geschichte der MobilitätVom Dampfboot …

USA (1816 bis 1848):

233 Explosionen von Dampfbooten

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Eine kleine Geschichte der Mobilität… über Apollo 11 …

25. May 1961• John F. Kennedy erklärt vor einer Sitzung des

Kongresses das Ziel, vor Ablauf des Jahrzehnts einen Menschen sicher zum Mond und wieder zurück zu bringen

Das geht nur mit Computerunterstützung

an Bord, …

… obwohl Berechnungsergebnissevom Boden gefunkt werden können,…

… weil das 1,5 Sekunden Laufzeit bedeutet (im Notfall zu langsam),…

… und weil einige Manöver hinterdem Mond durchgeführt werdenmüssen (kein Empfang)

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Eine kleine Geschichte der Mobilität … über Apollo 11 …

Apollo 11-Bordcomputer (1969) • Taktfrequenz 1 MHz • 36 KWorte (72 KByte) ROM und 2 KWorte (4 KByte) RAM• Im Schnitt 10500 Tastendrücke pro Mission

Zum Vergleich:

Commodore 64 (1983):

• 1 MHz Takt

• 64 KByte

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Eine kleine Geschichte der Mobilität… bis zur Ariane 5 …

4. Juni 1996, Kourou / Frz. Guyana

• Jungfernflug der neuen europäischen Trägerrakete Ariane 5

• Absturzursache: Ein kleiner Softwarefehler

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...

declare

vertical_veloc_sensor: float;

horizontal_veloc_sensor: float;

vertical_veloc_bias: integer;

horizontal_veloc_bias: integer;

...

begin

declare

pragma suppress(numeric_error, horizontal_veloc_bias);

begin

sensor_get(vertical_veloc_sensor);

sensor_get(horizontal_veloc_sensor);

vertical_veloc_bias := integer(vertical_veloc_sensor);

horizontal_veloc_bias := integer(horizontal_veloc_sensor);

...

exception

when numeric_error => calculate_vertical_veloc();

when others => use_irs1();

end;

end irs2;

• „37 Sekunden nach Zünden der Rakete (30 Sekunden nach Liftoff) erreichte Ariane 5 in 3700 m Flughöhe eine Horizontal-Geschwindigkeit von 32768.0 (interne Einheiten). Die Umwandlung in eine ganze Zahl führte daher zu einem Überlauf, der jedoch nicht abgefangen wurde. Der Ersatzrechner hatte das gleiche Problem schon 72 msec vorher und schaltete sich sofort ab. Daraus resultierte, dass Diagnose-Daten zum Hauptrechner geschickt wurden, die dieser als Flugbahndaten interpretierte. Daraufhin wurden unsinnige Steuerbefehle an die seitlichen, schwenkbaren Feststoff-Triebwerke, später auch an das Haupttriebwerk gegeben. Die Rakete drohte auseinanderzubrechen und sprengte sich selbst“

Eine kleine Geschichte der Mobilität… bis zur Ariane 5 …

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Eine kleine Geschichte der Mobilität… und zum Auto

Aktuelle S-Klasse6 DatenbusseBis zu 80 Steuergeräte

60

Computer!

80

Computer!

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Motivation

Computer im Auto „Einfaches Beispiel“: Richtungsblinken

Quelle: Daimler AG

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Motivation

Computer im Auto „Einfaches Beispiel“: Richtungsblinken

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Computer im AutoBeispiel: Türsteuergerät

Das ist ein Computer mit ziemlich viel Software!!

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Computer im Auto „Arbeitsteilung“

• TSG_VL, Türsteuergerät vorne links• MRM, Mantelrohr Schaltermodul• SAM_H, Signalerfass- und Ansteuer-Modul Heck• SAM_F, Signalerfass- und Ansteuer-Modul Front• ZGW, Zentrales Gateway• KOMBI, Kombiinstrument

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Computer im AutoZuverlässigkeit

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Computer im Auto Heute …

ESP ASR

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Computer im Auto Heute …

ESP ASR

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Computer im Auto Heute …

ESP ASR

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Computer im Auto Heute …

Gemeinsamkeiten von ESP, ABS und ASR:• Raddrehzahlsensoren• Bremsaktoren• Einige weitere Sensoren (z.B. Drehsensor um die Hochachse)

Den Rest macht ein Computer mit passender Software!!

ESP ABS ASR

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Computer im Auto (und im Bus) Heute …

Automatische Notbremsung

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Computer im Auto … und in der Zukunft

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Was man sich merken könnte!

• Die meisten Computer stehen heute nicht mehr auf Tischen in Arbeitszimmern, sondern sind in technische Geräte eingebaut

• Viele Geräte funktionieren ohne Computer überhaupt nicht, z.B. Raumfähren, moderne Flugzeuge

• Computer machen viele Dinge bequemer, einfacher und sicherer, z.B. Auto

… und wie man das hinbekommt, das kann man in Kaiserslautern studieren

• Aber die Computer müssen dann auch garantiert funktionieren, …