Informatik : aktuelle Themen im historischen Kontext

345 Pages·2006·7.33 MB·German

by  Wolfgang Reisig

Informatik
Wolfgang Reisig · Johann-Christoph Freytag
(Hrsg.)
Informatik
Aktuelle Themen
im historischen Kontext
Mit124Abbildungen
123
WolfgangReisig Johann-ChristophFreytag
InstitutfürInformatik InstitutfürInformatik
Humboldt-UniversitätzuBerlin Humboldt-UniversitätzuBerlin
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Vorwort
WeitmehralsvieleandereWissenschaftenistdieInformatikeinemst¨andigen
– ja manchmal sogar rasanten – Wandel unterworfen, der sowohl durch neue
Erkenntnisse und Einsichten gepra¨gt als auch durch sta¨ndig neue Anforde-
rungen aus dem praktischen Einsatz komplexer IT-Systeme getrieben wird.
Mit diesem Wandel bleibt es nicht aus, dass die Wurzeln und die Motivation
vielerIdeenundEntwicklungen,dievorzwanzigbisdreißigJahrenbegannen,
heute nur noch wenig oder gar nicht mehr bekannt sind. Der technologische
Fortschritt in den verschiedenen Bereichen der Informatik la¨sst Vieles selbst-
verst¨andlich erscheinen, was vor nicht allzu langer Zeit noch Staunen oder
Ungla¨ubigkeit hervorgerufen hat – in manchen Fa¨llen sogar als nicht reali-
”
sierbar“ galt.BeispieleinderHardwareundSoftwaregibtesdafu¨rgenu¨gend.
So liegt es nahe, einige Entwicklungen der Informatik auf ihre Wurzeln
zuru¨ckzuverfolgen und in eine historische Perspektive einzuordnen. Ohne ei-
ne solche Betrachtung wird es schwerer sein vernu¨nftig und realistisch ab-
zusch¨atzen, welche Entwicklungen noch in der (nahen) Zukunft zu erwarten
sind und mit welcher Geschwindigkeit sie sowohl die Wissenschaft (und hier
nicht nur die Informatik) als auch die Gesellschaft als ganzes beeinflussen
werden.
SeiteinigenJahrenveranstaltetdasInstitutfu¨rInformatikderHumboldt-
Universita¨t zu Berlin eine regelma¨ßige Ringvorlesung Schwerpunkte der In-
”
formatik“ mit wechselnden Themen. Um den zuvor geschilderten Wandel ge-
rechtzuwerden,wardieseRingvorlesungimSommersemester2005demThe-
ma
Informatik im historischen Kontext
gewidmet:ProfessorendesInstituteshabeneinesihreraktuellenArbeitsge-
bieteinseinerEntwicklungvondenAnfa¨ngenbisheutedargestellt,verbunden
mit einem Ausblick auf die erwartbare Zukunft. Diese Veranstaltung war fu¨r
Zuho¨rer und Autoren gleichermaßen so interessant, dass viele von ihnen eine
schriftliche Darstellung vorgeschlagen haben. Die Autoren haben ihre Vor-
tra¨ge u¨berarbeitet und als Texte formuliert. Beitra¨ge weiterer Kollegen sind
VI Vorwort
hinzugekommen. So ist eine umfassende Darstellung der Entwicklung einiger
Gebiete der Informatik in einem Buch entstanden, das Sie nun in Ha¨nden
halten.
Dieser Band erhebt ausdru¨cklich nicht den Anspruch einer ausgewogenen
oder vollsta¨ndigen Darstellung aller Entwicklungslinien der Informatik. Die
Autoren haben sich allerdings bemu¨ht, gemeinsam einen breiten Querschnitt
wichtigerTeilgebieteabzudecken.DieRingvorlesung,ausderherausdieTexte
dieses Bandes entstanden sind, tra¨gt zum Studium Generale der Humboldt-
Universita¨t zu Berlin bei. Dementsprechend richtet sich dieser Band an Leser
mit einigen Grundkenntnissen der Informatik. Zugleich findet auch der Spe-
zialist vielleicht noch die eine oder andere Neuigkeit.
DieserBanderscheintrechtzeitigzum Informatik-Jahr2006“ inDeutsch-
”
land; seine Beitra¨ge sollen mithelfen, den Fokus auf eine Wissenschaft zu len-
ken,diewiekeineandereindenvergangenenJahrzehntenunsereGesellschaft
in vielerlei beeinflusst und geformt hat.
BeiderZusammenstellungdesBandeshatKatharinaGo¨rlachunsaußeror-
dentlichtatkra¨ftiggeholfen.HerrClemensHeinevomSpringer-Verlaghatuns
mit Rat und Tat unermu¨dlich unterstu¨tzt. Beiden danken wir ganz herzlich.
Die Herausgeber Berlin
Wolfgang Reisig Februar 2006
Christoph Freytag
Inhaltsverzeichnis
Von Algol nach Java:
Kontinuit¨at und Wandel von Programmiersprachen
Klaus Bothe..................................................... 1
Ku¨nstliche Intelligenz zwischen Schach und Fußball
Hans-Dieter Burkhard ............................................ 17
Zuf¨allige Graphen
Amin Coja-Oghlan, Michael Behrisch............................... 49
Speicher-Medium
Wolfgang Coy ................................................... 79
Was haben Analogrechner und Simula-67 mit modernen
Modellierungssprachen zu tun?
Joachim Fischer .................................................105
Data Everywhere – Der lange Weg von Datensammlungen zu
Datenbanksystemen
Johann-Christoph Freytag.........................................135
Kryptographie zwischen Goldk¨afer und Primzahlen
Ernst-Gu¨nter Giessmann .........................................155
Von der Turingmaschine zum Quantencomputer – ein Gang
durch die Geschichte der Komplexit¨atstheorie
Johannes K¨obler, Olaf Beyersdorff .................................165
A Perspective on Parallel and Distributed Computing
Miroslaw Malek..................................................197
Signalverarbeitung im Weltraum
Beate Meffert, Frank Winkler .....................................221
VIII Inhaltsverzeichnis
Entwicklung der Spielbaum-Suchverfahren:
Von Zuses Schachhirn zum modernen Schachcomputer
Alexander Reinefeld ..............................................241
50 Jahre modellbasierter Entwurf: Vom Modellieren mit
Programmen zum Programmieren mit Modellen
Wolfgang Reisig .................................................275
Computer Vision im Kontext von Photographie und
Photogrammetrie
Ralf Reulke, Thomas Do¨ring.......................................315
Softwarequalit¨at – Geschichte und Trends
Bernd-Holger Schlingloff ..........................................329
Von Algol nach Java:
Kontinuit¨at und Wandel von
Programmiersprachen
Klaus Bothe
Humboldt-Universit¨at zu Berlin
[email protected]
Zusammenfassung. Ein halbes Jahrhundert Entwicklung von h¨oheren Program-
miersprachenfu¨hrtezueinemunu¨bersehbargroßenAngebotanderartigenSprachen.
ZurOrientierungisteshilfreich,verschiedeneSichtenzubemu¨hen:AufwelchesAn-
wendungsgebiet ist eine bestimmte Sprache ausgerichtet? Welche Zusammenh¨ange
bestehen zwischen den Sprachen im Laufe der historischen Entwicklung? Wie klas-
sifizieren Programmiermodelle die Sprachenvielfalt? Die derzeit von Industrie und
Wissenschaft am breitesten akzeptierte Sprache Java nimmt Erfahrungen aus 50
Jahren Programmiersprachentwicklung auf – aber auch sie hat ihre Schw¨achen.
1 Sprachen, Dialekte, Versionen
Eine der grundlegenden Aufgaben der Informatik seit der Entwicklung des
ComputersbestandinderBereitstellunggeeigneterProgrammiersprachenzur
FormulierungvonProgrammen.WarendieerstenProgrammiersprachennoch
maschinennah, wurden seit Mitte der 1950er Jahre ho¨here Programmierspra-
chenentwickelt,dieeineaufdasmenschlicheVerst¨andnisorientierteBeschrei-
bung von Berechnungen erlauben. Wie in anderen Gebieten auch, wurden im
LaufederZeiteineVielzahlvonKonzepteneinbezogen,weiterentwickelt,kom-
biniertundz.T.auchwiederverworfen.Vielfa¨ltigeEinflu¨ssewurdenverarbei-
tet,insbesondereunterdemEindruckderEndeder1960erJahreeinsetzenden
Softwarekrise,diesichinderFehleranfa¨lligkeitdermittlerweileimmerkomple-
xer werdenden Software a¨ußerte. Aus all dem ergibt sich damit ru¨ckblickend
die Antwort auf die Frage: Warum sind denn u¨berhaupt derartig viele Pro-
grammiersprachen entwickelt worden, dass ein einzelner Softwareentwickler
nicht gleichzeitig die wichtigsten aktiv beherrschen kann?
Abbildung1fasst–zuna¨chstungeordnet–wichtigeProgrammiersprachen
zusammen. Auch wenn die Zusammenstellung in Abb. 1 bereits einen Ein-
druck vom Umfang des Angebots vermittelt, so wurden im Laufe der Jahre
mehr als 1000 unterschiedliche Programmiersprachen in Forschungsgruppen,
2 Klaus Bothe
Abb. 1: U¨berblick u¨ber wichtige Programmiersprachen
internationalen Komitees sowie in Computerfirmen entwickelt [1], von denen
die Mehrzahl keine weitere Verbreitung erlangt hat.
Wa¨hrendbereitsinAbb.1dieVielfaltsichtbarwird,sozeigtsichdasganze
AusmaßdesProblemserstdann,wennmandieeinzelneProgrammiersprache
betrachtet (Abb. 2): Fast immer gibt es Sprachdialekte, die i. w. Erweite-
rungenundModifikationenderBasissprachebeinhalten.Fu¨rCbeispielsweise
existieren Sprachdialekte, die sich aus dem Buch von Kerninghan und Rit-
chie [2] ergaben, aus dem ANSI C-Standard, Turbo-C, Visual-C, Borland-C
u.v.a. Besonders reich ist auch die Vielfalt an Dialekten fu¨r Pascal [3], ob-
wohl die Sprache einen Standard besitzt. Hierzu geho¨ren beispielsweise sogar
Pascal-Dialekte, die auf einen ganz bestimmten Computertyp (VAX, DEC)
ausgerichtetwaren,Pascal-Erweiterungenfu¨rdieParallelprogrammierungso-
wie die Objektorientierung (Turbo-Pascal, Object-Pascal, Delphi).
ProgrammeunterschiedlicherDialektederselbenSprachewerdendabeinur
durchdas eigene“ Compilersystemverarbeitet.DieU¨berfu¨hrungeineseinmal
”
entwickelten Programms in einen anderen Dialekt ist meistens zeitaufwendig
und teuer. Ein wichtiges Kriterium von Softwaresystemen – ihre Portabilita¨t,
d.h.dieLauffa¨higkeitinunterschiedlichenUmgebungen–wirddamitsta¨rker
eingeschr¨ankt. Lediglich Java [4] verbietet Dialekte gerade deshalb, weil die
Portabilita¨tvonJava-ProgrammeneinesdergrundlegendenEntwurfszieleder
Sprachewar.SchließlichentwickeltensichdiejeweiligenSprachdialekteinVer-
sionen, fu¨r die entsprechende Compiler vorliegen mu¨ssen.
AngesichtsdergeschildertenSituationisteineOrientierungno¨tig,undwir
wollen uns der Frage zuwenden: Wie kann eine Ordnung in die Vielfalt von
Kontinuit¨at und Wandel von Programmiersprachen 3
Abb. 2: Dialekte und Versionen einiger wichtiger Programmiersprachen
Programmiersprachengebrachtwerden?DabeiergebensichmehrereMo¨glich-
keiten einer Klassifikation, na¨mlich nach
– Anwendungsgebieten
– historischer Entwicklung
– Programmiersprachgenerationen
– Programmierparadigmen
– Verbreitungsgrad.
Eine historische Sicht zeigt dabei den Wandel im Laufe der Jahre, aber auch
die Kontinuita¨t in der U¨bernahme bewa¨hrter Konzepte.
2 Programmiersprachen und Anwendungsgebiete
HistorischgesehenwurdeSoftwarezuna¨chstaufzweigroßeAnwendungsgebie-
te ausgerichtet. Anforderungen aus dem wissenschaftlich-technischen Bereich
fu¨hrten dabei zur ersten Fassung der Sprache Fortran (FORmula TRANsla-
tor) [5] Mitte der 1950er Jahre, der ersten bekannten ho¨heren Programmier-
sprache. Das zweite große Gebiet betrifft den kommerziellen Bereich, zu dem
u.a.Banken-undVersicherungssoftwaregeho¨rt.Hierz¨ahltdieebenfallsrecht
fru¨hzeitig entwickelte Sprache Cobol (ca. 1960) [6] auch heute noch zu den
am weitesten verbreiteten Programmiersprachen.
Abbildung 3 fasst Sprachen unter dem Aspekt ihres Anwendungsgebietes
zusammen. Wichtig ist jedoch, darauf hinzuweisen, dass viele Sprachen uni-
versell anwendbar, d. h. im Prinzip in allen Anwendungsgebieten einsetzbar
sind.Hierzuza¨hlenu.a.C,C++,Ada,PL/1,PascalundJava.Entsprechend
ihrerZielsetzungwerdensieauchals General-Purpose“-Sprachenbezeichnet.
”