[Kapitel] Kapitel 2 hinzugefügt

Kapitel/02_Rechner.tex

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+\chapter{Rechner}
+\columnratio{0.55}
+\begin{paracol}{2}
+	\textsf{\textbf{Rechner}} \newline
+	Hilfsmittel zum Durchführen von \enquote{Rechnungen}.
+	\begin{itemize}[noitemsep]
+		\item schneller
+		\item fehlerfreier
+		\item besseres Speichervermögen
+	\end{itemize}
+	
+	\switchcolumn
+	
+	\textsf{\textbf{Rechenmaschine}}
+	\begin{itemize}[noitemsep]
+		\item Abakus (mechanisch, digital)
+		\item Rechenschieber (mechanisch, analog)
+	\end{itemize}
+\end{paracol}
+
+
+\textsf{\textbf{Arbeitsweise}}
+
+Man unterscheidet zwischen mechanisch vs elektrisch und digital vs analog.
+
+Moderne \enquote{Rechner} (PC \& Co.) arbeiten elektrisch und digital. Dem gegenüber stehen elektrische Analogrechner (elektrisch und analog; um die 1920er).
+
+
+\section{Geschichte}
+\subsection{Elektrischer Digitalrechner}
+
+\begin{description}
+	\item[ZUSE] Z1, Z2 (ab \circa{1940})
+	
+		Relais als zentrale Bauteile (elektromagnetischer Schalter mit Elektromagnet)
+		
+		\begin{itemize}[noitemsep]
+			\item[$\oplus$] Automatismus möglich
+			\item[$\ominus$] langsame Geschwindigkeit
+			\item[$\ominus$] großer Platzverbrauch
+			\item[$\ominus$] Geräusche beim Schalten
+			\item[$\ominus$] hoher Energieverbrauch beim Schalten
+			\item[$\ominus$] großer Verschleiß
+		\end{itemize}
+		
+	\item[ENIAC] (\circa{1945}) \newline
+		Die ENIAC besitzt als zentrales Bauteil eine Elektronenröhr. Eine Elektronenröhre ist ein eigentlich analog arbeitender Verstärker, wird hier aber als digitaler Schalter genutzt. Die Funktionsweise wird in \autoref{fig:elektronenstrahlroehre} dargestellt, wobei die Kathode negativ und die Anode positiv geladen sind.
+		
+		\begin{itemize}[noitemsep]
+			\item[$\oplus$] sehr hohe Geschwindigkeit
+			\item[$\ominus$] großer Platzverbrauch
+			\item[$\ominus$] ständiges Summen bei $50Hz$ oft möglich
+			\item[$\ominus$] hoher, ständiger Energieverbrauch
+			\item[$\ominus$] großer Verschleiß
+		\end{itemize}
+
+		\begin{figure}[ht]
+			\centering
+			\includegraphics[width=11cm]{Bilder/800px-Cathode_ray_tube_de.png}
+			\caption{Funktionsweise Kathodenstrahlröhre [Quelle: \href{https://de.wikipedia.org/wiki/Kathodenstrahlr\%C3\%B6hre}{Wikipedia}]}
+			\label{fig:elektronenstrahlroehre}
+		\end{figure}
+	
+	\item[Moderne Rechner] Moderne transistorisierte Digitalrechner (\zB Uniac) ab Ende der 1950er). 
+		\begin{itemize}[noitemsep]
+			\item Transistor als zentrales Bauteil.
+				Ein Transistor ist ein analog arbeitender Verstärker, wird hier aber als digital arbeitender Schalter genutzt.
+			\item[$\oplus$] sehr hohe Geschwindigkeit
+			\item[$\oplus$] sehr geringer Platzverbrauch
+			\item[$\oplus$] keine Geräuschentwicklung (außer Lüfter)
+			\item[$\oplus$] sehr niedriger Energieverbrauch
+			\item[$\oplus$] geringer Verschleiß
+		\end{itemize}
+\end{description}
+
+\section{Fundamentalarchitektur}
+\subsection{von-Neumann-Architektur}
+In \autoref{fig:neumann_architektur} wird die von-Neumann-Architektur vereinfacht dargestellt.
+
+\begin{description}
+	\item[Zentraleinheit (\acs{CPU})] Die CPU besteht aus:
+		\begin{description}
+			\item[Rechenwerk] Rechnen mit Zahlen und logischen Werten
+			\item[Steuerwerk] Zuständig für das Steuern und Koordinieren aller anderen Komponenten $\Rightarrow$ Interpretation und Ausführung des (Maschinensprachen-)Programms
+		\end{description}
+	\item[Speicherwerk] (Hauptspeicher, Primärspeicher) \newline
+		Speichern von Informationen (sowohl Programmcode als auch Nutzdaten gleichermaßen)
+	\item[Bus] verbindet alle Komponenten und ermöglicht den Informationsaustausch/Datenfluss zwischen ihnen.
+	\item[Eingabewerk] \enquote{Schnittstelle} für Eingabegeräte (\zB USB-Controller, S-ATA-Controller) nicht jedoch das Peripheriegerät selbst (also nicht die Tastatur)
+	\item[Ausgaberwerk] \enquote{Schnittstelle} für Ausgabegeräte (\zB Grafikkarte)
+\end{description}
+
+\begin{figure}[ht]
+	\centering
+	\includegraphics[width=8cm]{Bilder/Von-Neumann_Architektur.png}
+	\caption{Vereinfachte Darstellung der von-Neumann-Architektur}
+	\label{fig:neumann_architektur}
+\end{figure}
+
+\subsection{Harvard-Architektur}
+Die Harvard-Architektur ist ähnlich der von-Neumann-Architektur, besitzt aber anstatt eines gemeinsamen, zwei getrennte Speicherwerke für Nutzdaten und für Programmcode. Zusätzlich kann noch ein optionales zweites Eingabewerk existieren, welches nur für den Programmcode vorhanden ist. Das Speicher- und Eingabewerk für den Programmcode wird über einen zweiten Bus angebunden. \newline
+Dadurch ist eine klare physikalische Trennung von Programmcode und Nutzdaten möglich.
+
+\begin{figure}[ht]
+	\centering
+	\includegraphics[width=8cm]{Bilder/Harvard-architektur.png}
+	\caption{Vereinfachte Darstellung der Harvard-Architektur}
+	\label{fig:harvard_architektur}
+\end{figure}