Informatik : aktuelle Themen im historischen Kontext PDF
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Informatik Wolfgang Reisig · Johann-Christoph Freytag (Hrsg.) Informatik Aktuelle Themen im historischen Kontext Mit124Abbildungen 123 WolfgangReisig Johann-ChristophFreytag InstitutfürInformatik InstitutfürInformatik Humboldt-UniversitätzuBerlin Humboldt-UniversitätzuBerlin UnterdenLinden6 UnterdenLinden6 10099Berlin 10099Berlin [email protected] [email protected] BibliografischeInformationderDeutschenBibliothek DieDeutscheBibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschen Nationalbibliografie;detailliertebibliografischeDatensindimInternetüber http://dnb.ddb.deabrufbar. ISBN-103-540-32742-8 SpringerBerlinHeidelbergNewYork ISBN-13978-3-540-32742-4 SpringerBerlinHeidelbergNewYork DiesesWerkisturheberrechtlichgeschützt.DiedadurchbegründetenRechte,insbesondere diederÜbersetzung,desNachdrucks,desVortrags,derEntnahmevonAbbildungenund Tabellen,derFunksendung,derMikroverfilmungoderderVervielfältigungaufanderenWe- genundderSpeicherunginDatenverarbeitungsanlagen,bleiben,auchbeinurauszugsweiser Verwertung,vorbehalten.EineVervielfältigungdiesesWerkesodervonTeilendiesesWerkes istauchimEinzelfallnurindenGrenzendergesetzlichenBestimmungendesUrheberrechts- gesetzesderBundesrepublikDeutschlandvom9.September1965inderjeweilsgeltenden Fassungzulässig.Sieistgrundsätzlichvergütungspflichtig.Zuwiderhandlungenunterliegen denStrafbestimmungendesUrheberrechtsgesetzes. SpringeristeinUnternehmenvonSpringerScience+BusinessMedia springer.de ©Springer-VerlagBerlinHeidelberg2006 PrintedinGermany DieWiedergabevonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.indiesem WerkberechtigtauchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolche NamenimSinnederWarenzeichen-undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachten wärenunddahervonjedermannbenutztwerdendürften.TextundAbbildungenwurden mitgrößterSorgfalterarbeitet.VerlagundAutorkönnenjedochfüreventuellverbliebene fehlerhafteAngabenundderenFolgenwedereinejuristischeVerantwortungnochirgendeine Haftungübernehmen. Satz:DruckfertigeDatenderAutoren Herstellung:LE-TEX,Jelonek,Schmidt&VöcklerGbR,Leipzig Umschlaggestaltung:design&production,Heidelberg GedrucktaufsäurefreiemPapier 33/3100YL – 543210 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. ”
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