Taschenbuch der Informatik : Band II Struktur und Programmierung von EDV-Systemen

Seit der letzten Auflage des von J(.Steinbuch herausgegebenen Taschenbuchs der Nachrichtenverarbeitung im Jahre 1967 war eine Überarbeitung dieses Werkes wiederum dringend notwendig geworden, um die dynamische Entwicklung dieses Gebietes in einem "Zeitschnitt" einzufangen. Autoren, Herausgeber und Verlage solcher Werke leiden wie diese selbst natürlich unter dem Zwang, ein in Bewegung befindliches Gebiet immer nur in gewissen Zeitabständen darstellen zu können, zumal bei der Drucklegung manche Beiträge schon wieder ergänzungsbedürftig sind, aus verlegerischen und organisa­ torischen Gründen jedoch die Festlegung eines rechtzeitigen Abgabetermines erforderlich ist, gerade bei einem derart umfangreichen Unternehmen mit dieser großen Anzahl von Einzelautoren. Nach wie vor war das Ziel bei der Gestaltung dieses Nachfolgers des Taschen­ buchs der Nachrichtenverarbeitung, ein Nachschlagewerk für die Grundlagen und die Technik der Nachrichtenverarbeitung zu schaffen, das dem Ingenieur, System­ analytiker, Organisationsfachmann, Informatiker, Mathematiker und Physiker eine rasche Übersicht schafft, die wichtigsten Tatsachen unmittelbar darstellt und für spezielle Fragen Quellenhinweise gibt. In dieser Hinsicht ist der Charakter des ursprünglichen Werkes gewahrt ge­ blieben. Gänzlich neu ist jedoch die begriffliche Gliederung des Gesamtstoffes und die Aufnahme neuer Themenkomplexe und damit die Beteiligung zusätzlicher Autoren für Einzelbeiträge, wobei eine Reihe früherer Beiträge aus Gründen der Beschränkung auf einen vernünftigen Umfang fortgelassen oder gekürzt werden mußten. Neu hinzugekommen sind insbesondere größere Abschnitte über die Program­ mierung und über die Anwendung von EDV-Systemen.

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.