Taschenbuch der Informatik

5. Grundlagen.- 5.1 Logische Algebra und Theorie der Schaltnetzwerke.- 5.1.1 Die Funktion in der logischen Algebra.- 5.1.2 Rechenregeln der logischen Algebra.- 5.1.3 Schaltnetzwerke: Analyse und Synthese.- 5.1.4 Bündel von Funktionen.- 5.1.5 Basisfunktionen.- 5.1.6 Die Zeit in der Schaltalgebra.- 5.1.7 Asynchrone Betriebsweise.- 5.1.8 Entstiörung und Prüfung von Bauelementen.- 5.1.9 Informationstheoretische Betrachtungen.- 5.1.10 Verallgemeinerungen der Schaltalgebra.- Literatur.- Automatentheorie.- 5.2.1 Nomenklatur und einige elementare mathematische Hilfsmittel.- 5.2.2 Allgemeine endliche Automaten.- 5.2.3 Äquivalenz und Homomorphismus.- 5.2.4 Reduktion von vollstandigen endlichen Automaten.- 5.2.5 Anmerkungen zu unvollstandigen, nichtdeterministischen und stochastischen Automaten.- 5.2.6 Halbgruppen von endlichen Automaten und Experimente.- 5.2.7 Automat und Sprache.- 5.2.8 Kellerautomaten und kontextfreie Sprachen als Beispiel.- 5.2.9 Zellulare Logik und iterative Automaten-Netze.- Literatur.- 5.3 Nachrichtentheorie, Zahlensysteme und Codierung.- 5.3.1 Informationstheoretische Grundlagen.- 5.3.1.1 Die Nachricht als Auswahl: der Informationsgehalt.- 5.3.1.2 Bedingter Informationsgehalt, Synentropie.- 5.3.1.3 Die fortgesetzte Auswahl; Informationsbelag und InformationsfluB.- 5.3.1.4 Der Übertragungskanal.- 5.3.1.5 Die Kanalkapazität.- 5.3.2 Die Prinzipien der Codierung; die Darstellung von Codes.- 5.3.3 Die Darstellung numerischer Information.- 5.3.4 Die Codierung von Alpha-Text.- 5.3.5 Codes mit Nebenbedingungen.- 5.3.5.1 Einschri ttige Codes.- 5.3.5.2 Ketten-Codes.- 5.3.5.3 Einschrittige Ketten-Codes.- 5.3.5.4 Redundanzsparende ("optimale") Codes.- 5.3.5.5 Redundanz-Einsparung durch Codes-Umsetzung.- 5.3.5.6 Lexikographische Codes.- 5.3.5.7 Die Eindeutigkeit der Textzerlegung.- 5.3.5.8 Kennzeichnung der Phasenlage.- 5.3.6 Sicherung gegen Störungen.- 5.3.6.1 Kennzeichnung der binären Störungen.- 5.3.6.2 Das Grundprinzip der Sicherung.- 5.3.6.3 Gruppencodes.- 5.3.6.4 Zeichensicherung, Blocksicherung, gleitende Sicherung.- 5.3.6.5 Zeichensicherung.- 5.3.6.6 Blocksicherung.- Literatur.- 6. Organisation und Wirkungsweise von EDV-Anlagen.- Vniverselle Digital-Rechenanlagen.- 6.1.1 Der klassische V niversalrechner.- 6.1.1.1 Funktionsbedingte Struktur einer Rechenanlage.- 6.1.1.2 Grundlagen der Realisierung.- 6.1.1.3 Parallel-Rechner.- 6.1.1.4 Serien-Rechner.- 6.1.2 Kenngrößen des Entwurfs.- 6.1.2.1 Informationsdarstellung.- 6.1.2.2 Befehlsvorrat.- 6.1.3 Struktur der Rechner-Werke.- 6.1.3.1 Speicherwerk.- 6.1.3.2 Rechenwerk.- 6.1.3.3 Leitwerk.- 6.1.4 Moderne Vniversalrechner.- 6.1.4.1 Einfluß von Apparatur und Programmatur auf die Entwicklung.- 6.1.4.2 Simultanarbeit im Rechnerkern.- 6.1.4.3 Simultane Ausführung von Programmen.- 6.1.4.4 Bewertung von Rechenanlagen.- 6.1.5 Ausblick.- Literatur.- 6.2 Analoge und hybride Rechnersysteme.- 6.2.1 Analoge und hybride Rechnersysteme. Von A. Kley, Ulm, und G. Meyer-Brötz, Ulm.- 6.2.1.1 Das "Spektrum" elektronischer Rechenanlagen.- 6.2.1.2 Zur Planung und Konstruktion von Gleichspannungs-Analogrechnern.- 6.2.1.3 Steuerung, Anwahl und Priifung.- 6.2.1.4 Stromversorgung.- 6.2.1.5 Der hybride Analogrechner.- 6.2.1.6 Das hybride Rechnersystem.- Literatur.- 6.2.2 Programmierung von Analog- und Hybridsystemen.- 6.2.2.1 Einleitende Bemerkungen.- 6.2.2.2 Ablauf des Programmiervorganges.- 6.2.2.3 Programmierung einzelner Phasen am Analogteil.- 6.2.2.4 Verläßlichkeit von Analogrechenmodellen.- 6.2.2.5 Nichtelementare Programmabläufe.- Literatur.- 7. Leit-, Rechen- und Ein/Ausgabe-Werke.- 7.1 Leitwerke.- 7.1.1 Aufgaben und Arbeitsweise der einzelnen Werke.- 7.1.1.1 Zentrales Leitwerk.- 7.1.1.2 Opera tionensteuerung.- 7.1.1.3 Adressenrechenwerk.- 7.1.1.4 Programmunterbrechungswerk (Interrupt).- 7.1.1.5 Das Vorrangwerk (Speicherzugriffskoordinator).- 7.1.2 Entwurf und Ausfuhrung der Werke.- 7.1.2.1 Allgemeine Grundlagen.- 7.1.2.2 Mikroprogrammierung.- 7.1.2.3 Das Zeitverhalten der Werke.- Literatur.- 7.2 Rechenwerke.- 7.2.1 Zahlendarstellung von Operanden zur Verarbeitung im Rechenwerk.- 7.2.1.1 Zeichendarstellung.- 7.2.1.2 Festpunktdarstellung.- 7.2.1.3 Gleitpunktdarstellung.- 7.2.1.4 Darstellung negativer Zahlen und Vorzeichen.- 7.2.2 Operationen des Rechenwerks.- 7.2.2.1 Arithmetische Operationen.- 7.2.2.2 Boolesche Operationen.- 7.2.2.3 Organisatorische Operationen.- 7.2.3 Aufbau von Rechenwerken.- 7.2.3.1 Serienverarbeitung.- 7.2.3.2 Parallelverarbeitung.- 7.2.3.3 Aufbau eines herkommlichen Rechenwerks.- 7.2.3.4 Aufbau eines Rechenwerks mit mehreren Operationswerken.- 7.2.3.5 Aufbau eines Stack-Rechenwerks.- Literatur (s. S. 313).- 7.3 Ein/Ausgabewerke.- 7.3.1 Einleitung.- 7.3.2 Das EA-Werk ist ein Teil des Zentral-Prozessors.- 7.3.2.1 Ein/Ausgabe im ungeladenen Zustand.- 7.3.2.2 Programmierte Ein/Ausgabe (Rechnerkernkanal).- 7.3.3 Ein/Ausgabewerk als selbständige Funktionseinheit.- 7.3.3.1 EA-Auftrag zur Durchführung einer EA-Operation.- 7.3.3.2 Auftragsübermittlung an das EA-Werk.- 7.3.3.3 Aufgabe und Funktion des EA-Leitwerks.- 7.3.3.4 Aufgabe und Funktion eines EA-Kanalwerks.- 8. Peripheriegeräte.- 8.1 Analog/Digital- und Digital/Analog-Umsetzer.- 8.1.1 Analog/Digital-Umsetzer für elektrische GröBen.- 8.1.1.1 ADU zur Augenblickswertmessung.- 8.1.1.2 ADU zur Mittelwertmessung.- 8.1.2 Digital/Analog-Umsetzer für elektrische Größen.- 8.1.2.1 Parallelarbeitende DAU mit Gleichspannungsausgang.- 8.1.2.2 Parallelarbeitende DAU mit Wechselspannungsausgang.- 8.1.2.3 Seriellarbeitende DAU.- 8.1.2.4 DAU mit ZwischengroBe.- 8.1.3 ADU für geometrische Größen (Drehwinkel und Länge).- 8.1.3.1 ADU nach dem Parallelverfahren (Absolut-Messung).- 8.1.3.2 ADU nach dem Serienverfahren (Inkrement-Messung).- 8.1.4 DAU für geometrische Größen (Drehwinkel und Längen).- 8.1.4.1 DAU mit Schrittmotoren.- 8.1.4.2 DAU mit digitaler Wegmessung.- 8.1.4.3 DAU mit analoger Wegmessung.- Literatur.- 8.2 Digitale Anzeigevorrichtungen.- 8.2.1 Einführung.- 8.2.2 Abbildende Ziffemanzeigen.- 8.2.3 Zusammengesetzte Ziffern.- 8.2.4 Ausblick.- Literatur.- 8.3 Elektrische Schreibmaschinen.- 8.3.1 Korrespondenz-Schreibmaschine.- 8.3.2 Eingabe- und Ausgabe-Schreibmaschinen.- Literatur.- 8.4 Fernschreib- und Lochstreifengeräte.- 8.4.1 Handelsübliche Fernschreibgeråte mit Serien-Ein- und -Ausgang.- 8.4.1.1 Allgemeines.- 8.4.1.2 Senderprinzipien.- 8.4.1.3 Empfängerprinzipien.- 8.4.1.4 Merkmale handelsüblicher Fernschreibgeräte.- 8.4.1.5 Fernschreibgerate in Sonderausfiihrung.- 8.4.2 Lochstreifengeräte mit parallelem Ein- und Ausgang.- 8.4.2.1 Langsame Lochstreifengeräte.- 8.4.2.2 Schnelle Lochstreifenleser.- 8.4.2.3 Schnelle Locher.- 8.4.2.4 Lochstreifenwickler.- Literatur.- 8.5 Lochkartenmaschinen.- 8.5.1 Lochkarten und Codes.- 8.5.2 Kartenlochen und Kartenprüfen.- 8.5.3 Eingabe-Einheiten.- 8.5.4 Sortieren und Mischen.- 8.5.5 Äußere und innere Programmeinrichtung.- 8.5.6 Doppler und Lochschriftübersetzer.- 8.5.7 Lochkartenmaschinen als Peripherie-Geräte.- Literatur.- 8.6 Mechanische Schnelldrucker.- 8.6.1 Aufgabenstellung im Datenverarbeitungssystem.- 8.6.2 Kennzeichnung, Aufbau und Arbeitsweise.- 8.6.3 MSD-Entwicklung der letzten Jahre.- Literatur.- 8.7 Nichtmechanische Schnelldrucker.- 8.7.1 Der NMSD in der Datenverarbeitung.- 8.7.2 Nichtmechanische Druckverfahren.- 8.7.2.1 Elektrosta tische Druckverfahren.- 8.7.2.2 Photoelektrische Verfahren (Photronic Printing).- 8.7.2.3 Elektromagnetische Druckverfahren.- 8.7.2.4 Elektrochemische Druckverfahren.- 8.7.2.5 Elektrothermische Druckverfahren.- 8.7.2.6 Photographische Druckverfahren; das COM-System.- 8.7.3 Logische Schaltungen in NMSD.- Literatur.- 8.8 Optische Ein- und Ausgabe, Bildschirmgeräte.- 8.8.1 Photo-elektrische Abtaster.- 8.8.2 Bildschirm-Konsolgeräte.- 8.8.3 Bildschirm-Ausgabe.- 8.8.3.1 Reproduzierende Bildausgabe.- 8.8.3.2 Punktschreibende graphische Ausgabe.- 8.8.3.3 Linienschreibende graphische Ausgabe.- 8.8.3.4 Alphanumerische Ausgabe.- 8.8.4 Bildschirm-Eingabe.- 8.8.4.1 Alphanumerische Eingabe.- 8.8.4.2 Graphische Eingabe.- 8.8.4.3 Selektion durch Markierung.- 8.8.5 Systemkonfigurationen mit Bildschirmgeräten.- 8.8.6 Film-Recorder, Projektoren und Elektrolumineszenz-Displays.- Literatur.- 8.9 Akustische Eingabe und Ausgabe.- 8.9.1 Einfiihrung.- 8.9.2 Sprachausgabesysteme.- 8.9.3 Spracheingabe.- Literatur.- 9. Programmierung digitaler Datenverarbeitungssysteme.- 9.1 Einleitung.- 9.1.1 Daten.- 9.1.2 Programme.- 9.1.3 Systeme.- 9.1.4 Programmiersysteme.- 9.2 Datenstrukturen.- 9.2.1 Lineare Listen.- 9.2.1.1 Typen linearer Listen.- 9.2.1.2 Speicherdarstellung linearer Listen.- 9.2.2 Felder.- 9.2.3 Listenstrukturen.- 9.2.4 Baume.- 9.2.5 Dateien.- 9.2.5.1 Dateischemata.- 9.2.5.2 Dateiorganisation.- 9.3 Grundoperationen.- 9.3.1 Anweisungen.- 9.3.1.1 Funktionen.- 9.3.1.2 Wertzuweisungen.- 9.3.1.3 Funktionsprozeduren.- 9.3.2 Universelle Programmiersprachen.- 9.3.2.1 Modell einer universellen Programmiersprache.- 9.3.2.2 Schleifenprogramme.- 9.3.3 Operationen in Programmiersprachen.- 9.3.3.1 Arithmetische Operationen.- 9.3.3.2 Zeichenfolge-Operationen.- 9.3.3.3 Listenoperationen.- 9.3.3.4 Logische Operationen.- 9.3.3.5 Systemoperationen.- 9.4 Einsatz digitaler Datenverarbeitungssysteme.- 9.4.1 Reichweite der algorithmischen Beschreibung.- 9.4.2 Systemstruktur.- 9.4.2.1 Programmieraufwand.- 9.4.2.2 Mathematische Madelle.- 9.4.2.3 Systematisches Programmieren.- 9.4.3 Numerische Anwendungen.- 9.4.3.1 Rundungsfehler.- 9.4.3.2 Intervallarithmetik.- 9.4.3.3 Numerische Algorithmen.- 9.4.4 Nichtnumerische Anwendungen.- 9.4.4.1 Simulationsmodelle.- 9.4.4.2 Nichtdeterministische Algorithmen.- 9.4.5 Auspriifen von Programmen.- 9.4.5.1 Testverfahren.- 9.4.5.2 Beweisverfahren.- 9.4.6 Grenzen des Einsatzes.- 9.5 Diagrammatische Hilfsmittel der Programmierung.- 9.5.1 Vorbereitende Arbeiten zur Programmierung.- 9.5.2 Datenflußplan.- 9.5.3 Programmablaufplan.- 9.5.4 Entscheidungstabellen.- 9.5.5 Programmdokumentation.- 9.6 Ausdrucksmittel problemorientierter Programmiersprachen.- 9.6.1 Einleitung.- 9.6.2 Sprachliche Ausdrucksmittel und zugeordnete Bedeutung - Syntax, Semantik.- 9.6.3 Formalisierte Syntax.- 9.6.4 Festes bzw. freies Format, Formularbenutzung.- 9.6.5 Implizite und algorithmische Programmierung.- 9.6.6 Åußere und innere Syntax, gemeinsame Züge der Semantik.- 9.6.7 Programmobjekte problemorientierter, algorithmischer Programmierung, Vereinbarungen.- 9.6.8 Unterprogrammtechnik.- 9.6.9 Parameterversorgung.- 9.6.1 0 Datenfelder, Programmschleifen.- 9.6.11 Verzweigungen im Programmablauf.- 9.6.12 Wertzuweisung.- 9.6.13 Notprogramme.- 9.6.14 Datenein- und -ausgabe.- 9.6.15 Parallele Prozesse.- 9.6.16 Kompilierer.- 9.6.17 Programmbibliotheken, Programmbindung, Programmladen, modulare Programmierung.- 9.6.18 Emulatoren, Simulatoren, Sprachumwandlungsprogramme.- 9.6.19 Makrosubstitution.- 9.6.20 Automatische Erstellung von Kompilierern, Metakompilierer.- 9.6.21 Abriß der geschichtlichen Entwicklung.- 9.7 Die wichtigsten Programmiersprachen.- 9.7.1 ALGOL 60.- 9.7.2 ALGOL 68.- 9.7.3 FORTRAN.- 9.7.4 BASIC.- 9.7.5 COBOL.- 9.7.6 PL/I.- 9.7.7 Listen- und Symbolverarbeitung: LISP, SNOBOL.- 9.7.8 Matrizenverarbeitung: APL.- 9.7.9 Berichtsschreibung: RPG.- 9.7.10 Modellierung und Simulation: GPSS, SIMSCRIPT, SIMULA.- 9.7.11 Betriebs- und Kommandosprachen.- 9.7.12 Sonstiges.- 9.8 Maschinelle Übersetzung von Programmiersprachen.- 9.8.1 Allgemeines.- 9.8.1.1 Klammerstrukturen.- 9.8.1.2 Das Erkennen syntaktisch zulässiger Zeichenfolgen.- 9.8.2 Richtungsweisende Verfahren.- 9.8.2.1 Syntaktische Funktionen.- 9.8.2.2 Syntaktische Zust#x00E4;nde.- 9.8.3 Einige Ergebnisse der Theorie kontextfreier Sprachen.- 9.8.3.1 Kontextfreie Sprachen.- 9.8.3.2 Kellerautomaten und kontextfreie Sprachen.- 9.8.3.3 Deterministische Sprachen.- 9.8.3.4 Pr#x00E4;zedenzgrammatik nach Wirth/Weber (precedence grammar).- 9.8.3.5 LR(k)-Grammatik nach Knutb [LR(k) grammar].- 9.8.3.6 Reduktionssprachen.- 9.8.4 #x00DC;bersetzungstechniken.- 9.8.4.1 Semantische Aktionen.- 9.8.4.2 Lexikale Analyse.- 9.8.4.3 Codegenerierung.- 9.8.4.4 Rekursive Programmierung.- 9.8.4.5 Optimierung.- 9.8.4.6 Adre#x00DF;zuweisung.- 9.8.5 Abri#x00DF; der Geschichte der #x00DC;bersetzung von PPS.- 9.9 Betriebssysteme.- 9.9.1 Aufgaben eines Betriebssystems, Aufteilung der Aufgaben zwischen Betriebsablaufverwaltung und Überwacher.- 9.9.2 Mehrprogrammbetrieb, Mehrprozessorsystem, Mehrrechnersystem.- 9.9.3 Stapelverarbeitung, Dialogverarbeitung, Verfahrenskontrolle.- 9.9.4 Dateien, Dateiorganisation und -zugriff, Überwachungssysteme für Datenein- und -ausgabe.- 9.9.5 Arbeitsreihenfolge (Scheduling).- 9.9.6 Belegungskontrolle (Resource allocation).- 9.9.7 Systemgenerierung.- 9.9.8 Geschichtlicher Überblick.- 9.10 Programmierung einer Modellmaschine.- 9.10.1 Einleitung.- 9.10.2 Die Modellmaschine.- 9.10.3 Speichereinteilung.- 9.10.4 Adressierung.- 9.10.5 Befehlsstruktur.- 9.10.6 Eine symbolische Schreibweise für Befehle und Daten.- 9.10.7 Die vollständige Befehlsliste der Modellmaschine.- 9.10.8 Arithmetische und logische Befehle, Vergleichsbefehle, Bewegungsbefehle.- 9.10.9 Unbedingte und bedingte Sprungbefehle.- 9.10.10 Indizierung in Befehlen, Befehle zur giinstigen Programmierung von Programmschleifen.- 9.10.11 Uberwachungsbefehle, Überwachungs- und Problemstatus, Ausnahmebedingungen und Programmunterbrechungen.- 9.10.12 Datenein- und -ausgabe, Kanalprogramme.- 9.11 Ein Modell eines Dberwachers.- 9.11.1 Einleitung, der Modelliiberwacher.- 9.11.2 Prozesse und Kommunikation zwischen Prozessen im Modelliiberwacher.- 9.11.3 Arbeitsreihenfolge.- 9.11.4 Arbeitsspeicherbelegung.- 9.11.5 Datenein- und -ausgabe.- 9.12 Ein Modell eines Übersetzers.- 9.12.1 Einleitung.- 9.12.2 Prinzipieller Aufbau des Übersetzers.- 9.12.3 Behandlung besonderer Spracheigenschaften. Makroanweisungen.- 9.12.4 Codegenerierung.- 9.13 Ein Modell einer Betriebsablaufverwaltung.- 9.13.1 Einleitung, das Modell.- 9.13.2 Auftragsbeschreibung.- 9.13.3 Programmbeschreibung.- 9.13.4 Dateibeschreibung.- Literatur.- Sachverzeichn.