computer evolution

Der Anfang

Im Jahr 1937 fertigte Konrad Zuse das erste mechanische, frei programmierbare Rechenwerk den Z1 an. Ab dem Model Z3 wurden elektromechanische Relais eingesetzt. Zuse ist somit der Urvater der Entwicklungen in diesem Bereich. In den USA wurde 1946 der aus 17’468 bestehenden Elektronenröhren ENIAC vorgestellt. Dieser beanspruchte eine Fläche von 170 m2 und wog 27 Tonnen

In den folgenden Jahrzenten wurden weitere frei programmierbare, auf Röhrentechnik basierte elektronische Computer gebaut. Dem Durchbruch zu einer höheren Rechengeschwindigkeit verhalf die Erfindung des Transistors (Halbleiter), auf dessen Technik die heutige Elektronik- und eben auch Computer-Technologie aufgebaut ist. Anfand der 1950er Jahre wurden der erste mit Transistoren bestückte Rechner gebaut.

In den 40er bis 60er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden diese Computer anfänglich für wissenschaftliche und militärische Zwecke eingesetzt. Später wurde Computer immer mehr für grosse Unternehmen wie Banken und Versicherungen entwickelt. Um die komplexer werdenden Berechnungen zu bewältigen wurde nach immer mehr Geschwindigkeit und Speicherkapazität verlangt. Mit der Entwicklung des Mikroprozessors 1972 fanden tausende von Transistoren auf einem kleinen Chip Platz. Es war nun möglich immer kleinere und leistungsfähigere Computer zu konstruieren.

Aufgabe 1: Wie heisst die Firma die 1971 den ersten Mikroprozessor herstellte?

Taschenrechner

Bei der technischen Entwicklung der Computer darf man den Taschenrechner nicht vergessen. Mikroprozessoren machten es möglich, dass die Geräte immer kleiner und leistungsfähiger wurden. Zuerst waren es Tischrechner mit Stromanschluss, die dann von tragbaren batteriebetrieben Geräten abgelöst wurden. Bekannte Herstellen von Taschenrechnern waren Texas Instruments, Sanyo, Sharp, Canon, Casio und Hewlett Packard.

Personal Computer

Bis Mitte der 1970er Jahre waren frei programmierbare Computer für private Anwender unerschwinglich. Verschiedene Entwickler und Tüftler in den USA bauten zu dieser Zeit Computer für den Heimgebrauch. Als Ur-PC gilt der Altair 8800. Die ersten Heimcomputer hatten noch keine Software. War der Strom weg waren auch alle Programme weg. Das von Microsoft entwickelte Altair BASIC war das erste Betriebssystem. Zur gleichen Zeit liess sich ein anderer Tüftler vom Altair inspirieren und stellte im April 1976 einen Computer für Privatkunden vor.

Aufgabe 2: Recherchieren Sie im Internet wie dieser Tüftler hiess, und welche Firma daraus entstand.

Wie es sich oft in der Geschichte von Erfindungen zeigt, sind die Personen mit den guten Ideen nicht immer die besten Geschäftsleute. Bald kam ein Geschäftspartner dazu, der die Firma im Steigflug zum Erfolg führte. Der Erfinder der ersten Personal Computer zog sich zurück, um sich anderen Tätigkeiten zu widmen.

Parallel zur Entwickelung des ersten Personal Computer gab es noch andere Entwicklungen in diesen Bereich. Zu erwähnen sind zum Beispiel die 1975 vorgestellte Spielkonsole von Atari, der ab 1982 erhältliche Commodore 64 Personal Computer und 1981 der IBM-PC, der somit den informellen Standard «IBM-PC-Kompatibel» definierte.

Betriebssysteme

Einige Jahre später war ein junger Geschäftsmann aktiv, der sich vielleicht auch vom Erfolg von Peter Wozniak und Steve Jobs inspirieren liess. Bill Gates, heute einer der reichsten Männer der Welt, verkaufte das von Tim Paterson entwickelte Betriebssystem 86-DOS an IBM unter dem Namen MS-DOS. Das Betriebssystem bei den ersten PCs befands sich auf einer Diskette. Am Anfang hatten Personal Computer keine Festplatte. Somit musste bei jedem Start die MS-DOS Diskette eingelegt werden, um das Betriebssystem in den Speicher (Random Access Memory) zu laden.

Aufgabe 3: Erklären Sie in ein paar Sätzen, was ein Betriebssystem ist.

Durch die Zusammenarbeit mit IBM und den Verkauf von anderen Programmen wie Microsoft Office wurde Bill Gates (durch Apple Produkte inspiriert) immer vermögender. Nachdem IBM erfolgreich seinen IBM-PC verkaufte stiegen auch andere Hersteller in dieses Geschäft ein und produzierten massenweise IBM-PC-Kompatible Heimcomputer. Um diese Geräte zu betreiben braucht es das Betriebssystem von Microsoft. Heute laufen auf den meisten PCs Betriebssysteme und Programme von Microsoft. Das Apple macOS hat nur einen kleinen Marktanteil. Neben Microsoft und Apple gibt es noch Linux-Betriebssysteme.

Aufgabe 4: Welches ist das zurzeit aktuelle Betriebssystem von Microsoft?

Aufgabe 5: Wie gross ist der Marktanteil von Microsoft Windows weltweit?

Programme

Zwar kann mit einem Betriebssystem ein PC (über das BIOS) gestartet werden aber machen können Sie nicht viel, ausser Dateien kopieren oder die Festplatte formatierten. Am Anfang wurden PCs im Home-Office und in KMUs eingesetzt. Erst später fand der PC seinen Weg ins Grossraumbüro und löste somit das Computer Terminal ab. Zu den wohl populärsten Programmen von Microsoft gehören Word und Excel.

Aufgabe 6: Nennen Sie weitere Programme, die Ihnen helfen die Arbeiten im Büro zu erledigen.

Internet

Bis Mitte der 1990er Jahre fand der Datenaustausch zwischen Computern ausschliesslich über externer Datenträger wie Disketten oder Magnetbänder statt. Bei technischen- oder Finanz-Anwendungen kamen Modems zur Übertragung von Daten zum Einsatz. 1992 war das Geburtsjahr des World Wide Web, nachdem ein findiger Ingenieur am CERN in Genf nach einer einfachen Möglichkeit suchte Text und Bilder über das Internet verfügbar zu machen.

Voraussetzung für das Bereitstellen von Dokumenten im Internet ist ein Server. Ein Dokument auf diesen Server ist über das Hypertext Transfer Protokoll, kurz http erreichbar. Somit beginnt jede Internetadresse oder URL (Uniform Ressource Locator) mit http://. Danach folgt der Domain Name, z.B. horizonte, dann die Domain Erweiterung .ch und am Schluss noch der Namen des Dokuments, z.B. index.html. Die ganze URL lautet somit http://horizonte.ch/index.html. Mit der technischen Entwicklung wurde immer mehr Server auf PHP umgestellt. Somit werden Dokumentnamen nicht angezeigt.

Aufgabe 7: Wie heisst der Erfinder des World Wide Web?

Der einfache Austausch von Daten und Dokumenten über das Internet fand schnelle Verbreitung. Nur ein paar Jahre nach der Erfindung boomte das World Wide Web. Die ersten Suchmaschinen wurde entwickelt, um Inhalte im World Wide Web zu finden. Der grosse Durchbruch hatte Google im Jahr 1996. Bis zum heutigen Tag ist für uns als Anwender die Benutzung von Google gratis.

Aufgabe 8: Versuchen Sie den Unterschied zwischen den Begriffen Internet und World Wide Web zu erklären.

E-Mail

Parallel mit der Verbreitung des World Wide Web nahm auch die Kommunikation zwischen den Benutzern des Internets zu. Die ersten grossen Anbieter von E-Mail-Dienstleistungen waren AOL, Compuserve und Yahoo! Später kamen Microsoft Outlook (früher Hotmail) und GMX dazu. Die PC Welt schien perfekt zu sein. Man konnte nun von überall aus arbeiten, konnte schon damals Homeoffice machen und sich mit anderen Benutzern weltweit vernetzen. Doch etwas schien noch zu fehlen.

Smartphone

Ab 1983 verhalfen Firmen wie Motorola, Nokia und Ericsson der drahtlosen Kommunikation zwischen Gesprächspartnern zum Durchbruch: Motorola aus den USA, Ericsson aus Schweden und Nokia aus Finnland. Interessanterweise keine Firma aus Japan, China oder Süd-Korea. Ein Manager hatte immer sein Motorola, Ericsson, Nokia oder später sein Blackberry bei sich. Mit diesen Handys konnte man nur telefonieren, SMS versenden und mit dem Blackberry zusätzlich E-Mails schreiben. Wie langweilig! Vieleicht hat das auch Steve Jobs gedacht, derselbe Mann, der mit der Firma Apple dem Personal Computer zur weltweiten Verbreitung verhalf.

Mit der Vorstellung des iPhone 1 von Apple im Jahr 2007 begann eine neue technische Revolution. Das iPhone war nun kein blosses Handy oder Natel mehr, sondern ein Hochleistungscomputer mit dem theoretisch alle Aufgaben erledigt werden konnten wie mit einem Personal Computer. Das überall erreichbar sein und vom überall alles zu erledigen zu können, wurde Realität.

Diskussion: Wie sehen Sie die Zukunft des weltweiten Datenaustausches und der weltweiten Kommunikation? Wie würden wir die jetzige Situation (Corona) ohne Internet bewältigen?

Aufbau eines Computers

Ob Sie nun mit einem Personal Computer oder Smartphone arbeiten, ist der technische Aufbau grundlegend immer derselbe. Bei jedem System unterscheiden wir zwischen Hardware und Software. Zur Hardware gehört die technische Konstruktion, wie Gehäuse, Bildschirm, Tastatur, Maus, Mikrofon, Hauptplatine (Mainboard), Controller, Mikroprozessoren, Speicher Chips, usw.

Zur Software gehört das Betriebssystem wie Windows 10 und die Programme wie MS-Office.

Ein- und Ausgabe Controller

Zur Steuerung der externer Hardware-Komponenten braucht es Ein- und Ausgabe Controller. Sie verbinden die CPU und internen Speicher über den gemeinsamen Bus mit derAussenwelt. Diese Schnittstellen steuern folgende externe Hardware-Komponenten:

  • Tastatur, Maus, Touch Screen
  • Mikrofon, Lautsprecher, Kamera
  • Bildschirm
  • USB-Port, Bluetooth
  • Netzwerk, WLAN
  • Festplatten-Laufwerk, SSD, CD/DVD-Laufwerk

CPU

Auf der Hauptplatine eines PCs befindet sich die Central Processing Unit, kurz CPU. Auf dem bis zu 40 Milliarden Transistoren bestückten Chips werden alle Operationen ausgeführt. Mittlerweile laufen CPUs mit einer Frequenz von bis zu 5.0 Gigahertz (5 Milliarden math. Operationen pro Sekunde). Über den gemeinsamen Bus und I/O Controller kommuniziert die CPU in Zusammenarbeit mit der Software über die Ein- und Ausgabegeräte mit dem Anwender. Microsoft kompatible- und auch Linux Systeme basieren auf der intel 8086 Architektur.

Speicher

Digitale Informationen werden fortlaufend im flüchtigen Speicher abgelegt. Während Sie mit MS-Word ein Dokument schreiben oder an einer MS-Excel Tabelle arbeiten, werden die Daten im Random Access Memory, kurz RAM zwischengespeichert. Damit bei einem Stromausfall nicht alle Daten verloren gehen, wird Ihre Arbeit regelmässigen Abständen auf dem Festplattenlaufwerk oder SSD abgelegt.

Programme

Klassische Programme sind Textverarbeitung, Tabellenkalkulationen, Bildbearbeitung, E-Mail und Internet Browser. Erst mit dem Betriebssystem können diese Programme geladen werden. Auf dem Smartphone kann das der Browser, WhatsApp oder irgendeine andere App (Application heisst auf Deutsch Anwendung) sein.

Betriebssystem

Ohne Betriebssystem kann ein Computer nicht «hochgefahren» werden. Nach dem Start ist der Computer bereit für seine Aufgaben. Das Betriebssystem koordiniert die laufend Programme und sorgt für einen reibungslosen Datenverkehr innerhalb des Systems. Microsoft Office läuft auf dem Betriebssystem Windows 10. WhatsApp auf dem Betriebssystem Android. Bei einem iPhone ist es iOS.

Aufgabe 9: Zeichnen Sie schematisch den Aufbau der Hardware-Komponenten eines Personal Computers. Tipp: der gemeinsame Bus befindet sich in der Mitte.

Algorithmen

Dieser Begriff ist bis jetzt in dieser Beschreibung über die Entwicklung der Computer zu kurz gekommen. Wenn Sie im Internet nach den Bergriffen Algorithmen oder Algorithmus suchen, kommen zum Teil sehr theoretische Erklärungen. Ein Algorithmus kann als ein Prozess oder Ablauf von nacheinander folgenden Schritten betrachtet werden. Ein einfaches Beispiel wäre der Ablauf des Programmes einer Geschirrspülmaschine:

Ablauf eines Programmes
Ablauf eines einfachen Programms

In der Technik wird zuerst der Algorithmus definiert und danach das Programm geschrieben, das den beschriebenen Ablauf automatisiert.

Alan Turing erforschte ab 1936 die Grundlagen der theoretischen Informatik, der Algorithmen und der künstlichen Intelligenz. Er war in den Kriegsjahren massgeblich an der Entschlüsselung der ENIGMA Chiffrierungs-Maschine beteiligt.

Künstliche Intelligenz

Seit die Menschen den Traum haben, eines menschenähnliches Wesen zu schaffen, dass uns schlussendlich alle Arbeiten abnimmt, ist auch der Begriff künstliche Intelligenz (siehe Video) entstanden. Roboter gehören zu unseren täglichen Leben. Die Wasch- oder Geschirrspülmaschine kann eigentlich auch als Roboter bezeichnet werden. Wir, die Menschen programmieren eine Maschine, um bestimmte Tätigkeiten in einem von uns definierten Ablauf zu absolvieren. Der Roboter selbst fällt keine Entscheidungen, bis wir ihm verschiedene Möglichkeiten vorgeben und er nach vorgegebenen Kriterien den entsprechenden Schritt vornimmt. Ein Roboter denk nicht – noch nicht. Bis jetzt ist noch kein Algorithmus bekannt, dass sich eine Maschine ohne das Zutun eines Menschen weiterentwickelt.

Aufgabe 10: Recherchieren Sie im Internet, wann der Begriff «Roboter» zu ersten Mal erwähnt wurde. Was ist Ihre persönliche Meinung zur künstlichen Intelligenz? Wo sehen Sie Chancen und wo sehen Sie Gefahren?

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