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Eine kurze Zeitreise

1100 v. Ch. Abakus

1672 Entwicklung des Binärsystems von Gottlieb Leibnitz

1854 Entwicklung der Bool‘schen Algebra von dem Iren George Boole logische Mathematik ausschließlich auf den beiden

Werten 0 und 1

1934 Z1 von Konrad Zuse; 1. programmgesteuerte binäre Rechner

Verwendung von 2 wesentlichen Prinzipien:- Programmsteuerung- Dualzahlensystem- 8 verschiedene Befehle möglich

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Eine kurze Zeitreise- Turingmaschine 1936 Alan Turing „Papierschrift“ eines Computers

Entwicklung der Turingmaschine

Alles was berechenbar ist, ist durch eine Turingmaschine berechenbar! 

Alles was nicht durch eine Turingmaschine berechnet werden kann, ist überhaupt nicht berechenbar!

Eine Turingmaschine ist ein Gedankenmodell eines ganz einfachen Computers. Sie besteht aus ...1. einem Band, auf das Zeichen eines Alphabetes geschrieben werden können oder die von dort gelesen werden können. Das Band ist in beide Richtungen unbegrenzt. 2. einem Lese- und Schreibkopf, der Zeichen eines Alphabetes auf das Band schreiben kann oder von dort lesen kann. Der Kopf kann sich schrittweise nach links oder rechts bewegen. 3. einer Anzahl von Zuständen, die z.B. in Tabellenform notiert werden können. Die Aktionen der Turingmaschine werden in Abhängigkeit vom momentanen Zustand und dem vom Band gelesenen Zeichen gesteuert. 4. einem Alphabet, das aus mindestens einem Zeichen besteht. Die Alphabetzeichen können vom Lese- und Schreibkopf auf das Band geschrieben werden oder von dort gelesen werden.

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Eine kurze Zeitreise- Turingmaschine

• Bemerkung:Es ist überhaupt kein Problem, eine TM zu entwerfen, die unendliche viele Zeichen schreibt. Aber die TM soll ja irgendwann anhalten. Das macht das Problem so schwierig.

• Eine TM mit 1 Zustand kann maximal 1 Zeichen schreiben, eine mit 2 Zuständen maximal 4 Zeichen, eine mit 3 Zuständen maximal 6 Zeichen, eine mit 4 Zuständen maximal 13 Zeichen.

• Es ist bis heute unbekannt, wieviele Zeichen eine TM mit 5, 6 oder mehr Zuständen schreiben kann!

• Man weiss nur, dass es zwei TM's mit 5 Zustaenden gibt, die 4098 Zeichen schreiben koennen. Ob es welche gibt, die mehr schreiben, weiß niemand.

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Eine kurze Zeitreise 1. Generation Verwendung elektronischer Bauelemente

1946 ENIAC (30t, 17 000 Vakuumröhren, 20000 Hz) einfache Rechenoperationen möglich

1949 John v. Neumann grundsätzliches Konstruktionsprinzip

- Prozessor, Speicher, Daten und Programme

seit 1955 2. Generation Verwendung von Transistoren

1959 3. Einsatz von integrierten Schaltkreisen basierend auf Siliziumtechnik (4 Transistoren in einem PC)

70er -heute 4. bis zu 2 Milliarden Transistoren auf der Fläche eines Cent

Taktfrequenz: >3 GHz Einsatz nicht mehr nur in Arithmetik

1977 Erster PC Commodore

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Wo führt das hin ?

Anzahl der Transistoren pro Prozessor und deren Taktfrequenz

Jahr

Leistung

1959

20000 Hz4 Transistoren

1980

20 Mhz1000 Transistoren

2002

2 GHz100 Mill. Trans.

2012

25 GHz2 Mrd.Trans.

Rasante Entwicklung...

Moor‘sches Gesetz: aller 18 MonateVerdopplung der Anzahl der Transistoren bei gleichem Preis

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Anpassung des Menschen an den Computer

Rechengeschwindigkeit und Speicherplatz

begrenzte Größen

Anpassung des Menschenan das System

Erlernen der Sprache derComputer, wir bedienendie Computer !!!

Es ist an der Zeit, dass wir uns bedienen lassen !!

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Die Zukunft der Computertechnik

Wie kommunizieren Sie mit Ihrem Computer ?

- jeden Buchstaben eintippen- Ärgern über ständig neue Programme- Software funktioniert nicht- mehr Zeit vergeuden, als gewinnen

Nicht mehr lange...., der PC herkömmlicher Bauart ist passé......

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1. Spracherkennung

Stellen Sie sich vor........

Technisch ist vieles realisierbar (schnelle Datenleitungen, flache, große Bildschirme)

Probleme: - chaotische Struktur des heutigen Internet - mangelhafte Software - ohne Spracherkennung können Geräte nicht mehr kleiner werden (Tastatur, Touchscreen)

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Jeder soll Computer „bedienen“ können

Einfachste Art der Kommunikation - miteinander sprechen - ohne besonderes Training

Jeder könnte Computer benutzen, zurzeit (noch) zu kompliziert

Ziel der Industrie

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Der unsichtbare Diener

- Kameras- Richtmikrofone- Bewegungsmelder....

Das System erkennt seinen Besitzer an Bild, Stimme, Gewohn- heiten und Vorlieben.

Elektronische Computerpower in PCs, Mobiltelefonen, GPS-Empfängern, MP3-Playern, digitale Kameras,Smartphones, iPod, iPad, iPhone..... iOS, Android,Windows-Phone

Wieviel Mikroprozessoren werden jährlich erzeugt und wofür ?

Zunehmende Integration

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Prof.Dr. Karlheinz Brandenburg

....seine Vision:

„In Zukunft müssen wir nur eine Melodie summen, und die Stereoanlage spielt das richtige Lied .“

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2. das dynamische Netzwerk - miteinander kommunizieren

PC-Power aus der Steckdose....... Und dahinter das Computerkraftwerk

Es ist ein bisschen wiebeim Haartrockner.......

Aber auch: - Soziale Netzwerke Schwarmintelligenz!!! - Wie sicher ist TOR? (The Onion Router)

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Beispiele für solche Netze (Grid Computing) und Auswirkung

- TeraGrid (USA)1000 Server; pro Sekunde 11,6 Billionen Rechenoperationen1000 mal schneller als Deep Blue ( Schachcomputer von 1997)

Besiegte Garry Kasparow

-European Data Grid (EU)- anders als Internet (Datenaustausch), dann Austausch von Rechnerleistung

Rechenleistung aus dem Netz --> Hardware kleiner; datenintensive Spracherkennung in Westentasche; H21

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Neue Konzepte:

- Cloudcomputing:

- Virtualisierung- Storagesysteme- Thin Clients …..

Virtualisierung:

Jeder (Server) tut so, als ob er alles kann

Storagesysteme:

Alles kann überall gespeichert werden

Thin Clients:

PC-Power aus der Steckdose

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3. Ablösen der Silicium-Technologie

- Silicium Chips lassen sich nicht beliebig verkleinern- hohe Geschwindigkeiten in den Chips werden notwendig, um die riesigen Datenmengen zu verarbeiten- aber:

Der Weg zwischen den Silicium Strukturen ist zu lang !!

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Was kommt nach dem Silicium ?

Alternativen:

- Nanotechnologie

- Quantencomputer

- Neuro- Chips

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Nanotechnologie

Nanotubes - Röhrchen aus Kohlenstoffatomen mit 1 nm Durchmesser=0,000001mm

Arbeitsprinzip nach Rastermikroskop: - Untergrund wird Atom für Atom abgetastet;- Signale werden wahrgenommen in Form von elektr. Spannungen- Materialien : Polymere- Datenspeicherung und Löschung:

„Loch“ bohren„auftauen“

Zusammen ziehender Spagetti

Problem: Fertigen im atomaren Bereich

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Quantencomputer

Unentschlossenheit ist die Stärke der Quanten:

- Binäre Zustände der Atome: 0 und 1 und „sowohl als auch“ - Zustand wird erst bei Abfrage von außen verraten- Potenzial der Unentschlossenheit der Quantenbits zeigt sich erst bei Kopplung mehrerer miteinander-2 Atome können gleichzeitig 4 Zustände darstellen: 0-0, 0-1, 1-0, 1-1-Auswertung durch Interferenz; genaue Winkelstellung des Atoms- Programme als Laserimpulse, nicht als Programmiersprache Interview mit Prof. Walther

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Neuro-Chips

Was denkt die Laborratte, wenn sie den Computerfreak im weißen Kittel sieht ?

- Aufpäppeln der Computer mit den grauen Zellen der Tiere- Fazit: Verwenden der Fähigkeiten des Gehirns als Black box- Voraussetzung: Zelle und Chip können elektr. Signale austauschen

Sind nicht kompatibel !

Transport durch: Ionen Elektronen

Dünne Schicht Silizium-Oxyd auf Chip

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Kombination von Technik, Biologie und Chemie

Anregung über Elektronik,ein Aktionspotenzial zu senden

Biologische Übertragung

Auffangen des Signals durch Chip

- Entwicklung von neuronalen Netzen zur Lernfähigkeit- Nutzung von synthetischer DNS - chemische Prozesse

Problem: Natürliche DNS ist fehlerbehaftet und repariert sich selbst

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Forschungseinrichtungen

MIT Spracherkennung, Nanotechnologie, Neuro-ChipsIBM Netze, Quantencomputer, NanotechnikSun Microsystems Netze

MPI für Biochemie Neuro-ChipsMPI für QuantenoptikQuantencomputerInstitut für Experimentalphysik des Saarlandes „Nano-Valley“

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Verwendete Quellen

- Internet www.oxygen.lcs.mit.edu- Verschiedene Zeitschriften: PM, Chip, IT, PC-Welt, c‘t

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Danke für die Aufmerksamkeit !