Taschenbuch der Informatik

Seit der letzten Auflage des von K. Steinbuch herausgegebenen Taschenbuchs der Nachrichtenverarbeitung im Jahre 1967 war eine Oberarbeitung dieses Werkes wiederum dringend notwendig geworden, um die dynamische Entwicklung dieses Gebietes in einem "Zeitschnitt" einzufangen. Autoren, Herausgeber und Verlage fiir solche Werke leiden wie diese selbst natiirlich unter dem Zwang, ein in Bewegung befindliches Gebiet immer nur in gewissen Zeitabstanden darstellen zu konnen, zumal bei der Drucklegung manche Beitrage schon wieder erganzungsbediirftig sind, aus verlegerischen und organi­ satorischen Griinden jedoch die Festlegung eines rechtzeitigen Abgabetermines er­ forderlich ist, gerade bei einem derart umfangreichen Unternehmen mit dieser groBen Anzahl von Einzelautoren. Nach wie vor war das Ziel bei der Gestaltung dieses Nachfolgers des Taschenbuchs der Nachrichtenverarbeitung, ein Nachschlagewerk fiir die Grundlagen und die Technik der Nachrichtenverarbeitung zu schaffen, das dem Ingenieur, Systemana­ lytiker, Organisationsfachmann, Informatiker, Mathematiker und Physiker eine rasche Obersicht schafft, die wichtigsten Tatsachen unmittelbar darstellt und fiir spezielle Fragen Quellenhinweise gibt. In dieser Hinsicht ist der Charakter des urspriinglichen Werkes gewahrt geblie­ ben. Ganzlich neu ist jedoch die begriffliche Gliederung des Gesamtstoffes und die Aufnahme neuer Themenkomplexe und damit die Beteiligung zusatzlicher Autoren fiir Einzelbeitrage, wobei eine Reihe friiherer Beitrage aus Griinden der Beschran­ kung anf einen verniinftigen Umfang fortgelassen oder gekiirzt werden muBten. Neu hinzugekommen sind insbesondere groBere Abschnitte iiber die Program­ mierung und fiber die Anwendung von EDV-Systemen.

1. Allgemeine Grundlagen.- 1.1 Geschichtliche Entwicklung.- 1.1.1 Erste Anfänge.- 1.1.2 Mechanische Rechenmaschinen.- 1.1.3 Beginn der Elektromechanik.- 1.1.3.1 Lochkartenmaschinen.- 1.1.3.2 Relaisrechner.- 1.1.3.3 Analogrechner.- 1.1.4 Elektronische Rechenautomaten.- 1.1.4.1 Übersicht.- 1.1.4.2 Röhrentechnik.- 1.1.4.3 Erster Einsatz in der Privatwirtschaft.- 1.1.4.4 Transistortechnik und Beginn der deutschen Fertigung.- 1.1.4.5 Kleinrechner.- 1.1.4.6 Elektronische Tischrechenmaschinen.- 1.1.5 Datenverarbeitungs-Anlagen.- 1.1.5.1 Speichertechnik.- 1.1.5.2 Eingabetechnik.- 1.1.5.3 Ergebnis-Ausgabe.- 1.1.6 Erste und wichtigste Anwendung datenverarbeitender Anlagen.- 1.1.7 Digitale Integrieranlagen.- Literatur.- 1.1.8 Entwicklungsprognosen.- 1.1.8.1 Schaltkreise.- 1.1.8.2 Speichertechnik.- 1.1.8.3 Neue Technologien.- 1.1.8.4 Ein-Ausgabe.- 1.1.8.5 Programmierung.- 1.1.8.6 Rechnerorganisation.- Literatur.- 1.2 Normen und Begriffe der Nachrichtenverarbeitung.- 1.2.1 Normen.- 1.2.2 Begriffe.- Literatur.- 1.3 Theorie elektrischer Schaltvorgänge.- 1.3.1 Schaltvorgänge in linearen zeitlich konstanten Netzwerken.- 1.3.1.1 Die Laplace-Transformation.- 1.3.1.2 Beispiel für die Berechnung eines Einschwingvorganges.- 1.3.1.3 Weitere Beispiele für die Einschwingvorgänge von Netzwerken.- 1.3.1.4 Berechnung des Einschwingvorganges aus der Übertragungsfunktion.- 1.3.1.5 Bemerkungen zur numerischen Berechnung von Schaltvorgängen in linearen Systemen.- 1.3.1.6 Zur Synthese von Systemen mit vorgeschriebenem Zeitverhalten.- 1.3.2 Schaltvorgänge in nichtlinearen Netzwerken.- Literatur.- 1.4 Regelungstechnik.- 1.4.1 Steuerung und Regelung, Grundbegriffe.- 1.4.2 Das Zeitverhalten von Regelstrecken; Kennwerte.- 1.4.3 Stetig wirkender Regler.- 1.4.4 Der Regelkreis; Stabilitätsprüfung und Analyse im Zeitbereich.- 1.4.5 Die Frequenzgang-Methode. Frequenz-Kennlinien und Bode-Diagramm.- 1.4.6 Zusammengesetzte Regelkreise.- 1.4.7 Synthese mit Hilfe der Übertragungsfunktion.- 1.4.8 Nichtlineare Systeme.- 1.4.8.1 Regelkreise mit Schaltern und Begrenzungen.- 1.4.8.2 Parameterempfindlichkeit und Parametersteuerung.- 1.4.9 Selbsteinstellende Systeme.- 1.4.10 Stochastische Signale.- Literatur.- 1.5 Digitale Systeme in Regelkreisen.- 1.5.1 Einleitung.- 1.5.2 Theorie der Abtastung.- 1.5.3 Glättung.- 1.5.4 Ketten und Schleifen von Netzwerken mit Schaltern.- 1.5.5 Die Z-Transformation.- 1.5.6 Der Digitalrechner als Glied eines Regelkreises.- Literatur.- 1.6 Zuverlässigkeit von Bauelementen, Schaltungen und Systemen.- 1.6.1 Technische Zuverlässigkeit — Allgemeines und Begriffe.- 1.6.1.1 Allgemeines.- 1.6.1.2 Der Begriff Zuverlässigkeit.- 1.6.1.3 Zuverlässigkeitsangaben.- 1.6.1.4 Änderung und Ausfall.- 1.6.2 Zuverlässigkeitskenngrößen mit Attributivcharakter-Lebensdauerverteilungen.- 1.6.2.1 Überlebenswahrscheinlichkeit, Ausfallwahrscheinlichkeit.- 1.6.2.2 Ausfallrate.- 1.6.2.3 Der p-Faktor.- 1.6.2.4 Lebensdauerverteilungen.- 1.6.3 Zuverlässigkeitskenngrößen mit Variablencharakter.- 1.6.3.1 Erwartungswert, Momente, Mittelwert und Standardabweichung.- 1.6.3.2 Änderungsquotienten.- 1.6.3.3 Korrelationskoeffizient.- 1.6.4 Zuverlässigkeitsnachweis.- 1.6.4.1 Attribut-Prüfung.- 1.6.4.2 Variablen-Prüfung.- 1.6.4.3 Maßnahmen zur Sicherung der Bauelementezuverlässigkeit.- Literatur.- 1.6.5 Zuverlässigkeit von Schaltungen und Systemen.- 1.6.5.1 Überlebenswahrscheinlichkeit und mittlerer Ausfallabstand bei mehreren funktionsbeteiligten Bauelementen.- 1.6.5.2 Schaltungsmaßnahmen zur Zuverlässigkeitserhöhung.- 1.6.5.3 Zuverlässigkeitserhöhung durch Verwendung nützlicher Redundanz.- 1.6.5.4 Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit redundanter Schaltungen mit Reparatur.- Literatur.- 2. Bauelemente.- 2.1 Miniaturisierung von Bauelementen.- 2.1.1 Monolithische Halbleiterschaltungen.- 2.1.1.1 Planartechnik.- 2.1.1.2 Isolierung.- 2.1.1.3 Bauelemente in monolithischer Bauweise.- 2.1.1.4 Masken für Halbleiterschaltungen.- 2.1.1.5 Montageverfahren.- 2.1.1.6 Bauelementedichte, Integrationsgrad: SSI, MSI, LSI.- 2.1.1.7 Ionenimplantation; Mikrostrukturen mit Elektronenstrahlen.- 2.1.2 Schichtschaltungen.- 2.1.2.1 Dickschichtschaltungen.- 2.1.2.2 Dünnschichtschaltungen.- 2.1.2.3 Hybridschaltungen.- Literatur.- 2.2 Diskrete Halbleiterbauelemente.- 2.2.1 Allgemeines.- 2.2.2 PN-Übergang.- 2.2.3 Halbleiterdioden.- 2.2.4 Bipolare Transistoren.- 2.2.5 Feldeffekt-Transistoren.- 2.2.6 Einige Sonderformen von Halbleiter-Bauelementen.- 2.2.7 Bemerkungen zu Fragen der Grenzbelastungen, der Lebensdauer und der Exemplarstreuungen.- 2.2.8 Einige physikalische Grundlagen.- Literatur.- 2.3 Magnetische Bauelemente.- 2.3.1 Übersicht.- 2.3.1.1 Übersicht über die Funktionen.- 2.3.1.2 Übersicht über Werkstoffe, Bauformen und Technologien.- 2.3.2 Funktionsweisen und Anforderungen.- 2.3.2.1 Lineare Übertrager.- 2.3.2.2 Speicher-, Schalt- und Logik-Elemente.- 2.3.3 Physikalische Grundlagen.- 2.3.3.1 Hystereseschleife, dynamische Magnetisierungsvorgänge.- 2.3.3.2 Werkstoffe und Technologien.- 2.3.4 Begriffsbestimmungen, Prüfbedingungen und Kenndaten.- 2.3.4.1 Lineare Übertragerkerne.- 2.3.4.2 Ringkerne für Stromkoinzidenzspeicher.- 2.3.4.3 Ringkerne für 2-D- und (2½)-D-Speicher.- 2.3.4.4 Schaltringkerne.- 2.3.4.5 Transfluxoren.- 2.3.4.6 Dünnschicht-Speicherelemente in 2-D-Organisation.- 2.3.5 Kenndaten handelsüblicher magnetischer Bauelemente.- 2.3.5.1 Kerne für lineare Übertrager.- 2.3.5.2 Speicher-Ringkerne.- 2.3.5.3 Schaltkerne.- 2.3.5.4 Transfluxor-Kerne.- 2.3.5.5 Magnetdraht für 2-D-Speicher.- Literatur.- 3. Digitale Schaltungen, Baugruppen und Wandler.- 3.1 Digitale Schaltkreise.- 3.1.1 Dioden-Schaltungen.- 3.1.2 Transistor-Schaltkreise.- 3.1.2.1 Schaltkreise mit passiven Verknüpfungselementen.- 3.1.2.2 Schaltkreise mit aktiven Verknüpfungselementen.- 3.1.2.3 Ausgangslogik.- 3.1.2.4 Bistabile Kippstufen.- 3.1.3 Tunneldioden-Schaltkreise.- 3.1.4 Integrierte Schaltkreise mit bipolaren Transistoren.- 3.1.4.1 Schaltkreise mit gesättigten Transistoren für mittlere Geschwindigkeiten.- 3.1.4.2 Schnelle Schaltkreise mit ungesättigten Transistoren.- 3.1.4.3 Störungen und störunempfindliche Schaltkreise.- 3.1.4.4 Aus Verknüpfungsgliedern zusammengesetzte bistabile Kippstufen.- 3.1.4.5 Probleme der Großintegration.- 3.1.5 Integrierte Schaltkreise mit MOS-Transistoren.- Literatur.- 3.2 Funktionsgruppen von Gleichspannungs-Analogrechnern.- 3.2.1 Analogrechner.- 3.2.2 Die Rechenelemente und ihre Symbole.- 3.2.3 Der Operationsverstärker — Die Realisierung von Rechenoperationen mit dem gegengekoppelten Operationsverstärker.- 3.2.4 Der Summerierer.- 3.2.5 Der Integrierer.- 3.2.6 Beispiele für die Realisierung komplexer Übertragungsmaße.- 3.2.7 Die Einstellung der Koeffizienten.- 3.2.8 Der Multiplizierer.- 3.2.9 Der Funktionsgeber.- 3.2.10 Komparatoren und Schalter.- Literatur.- 3.3 Wandler in der EDV-Technik.- 3.3.1 Mechanisch-elektrische Wandler.- 3.3.1.1 Kleinstmotoren.- 3.3.1.2 Spezielle Motoren und Generatoren.- 3.3.1.3 Geber und Dehnungsmeßstreifen.- 3.3.1.4 Elektroakustische Wandler.- 3.3.2 Thermisch-elektrische Wandler.- 3.3.2.1 Elektrische Wärmeerzeugung.- 3.3.2.2 Thermoelektrische Generatoren und Thermoelemente.- 3.3.2.3 Thermionische, pyromagnetische und magnetohydrodynamische Generatoren.- 3.3.2.4 Peltierelemente.- 3.3.2.5 Heißleiter (Thermistor).- 3.3.2.6 Kaltleiter.- 3.3.3 Magnetisch-elektrische Wandler.- 3.3.3.1 Lese-, Schreibköpfe.- 3.3.3.2 Leseköpfe für magnetische, maschinell lesbare Zeichen (MICR).- 3.3.3.3 Hallelemente.- 3.3.3.4 Magnetoresistive Bauelemente.- 3.3.4 Elektromagnetisch-elektrische Wandler.- 3.3.4.1 Photometrische Maßeinheiten und optische Begriffe.- 3.3.4.2 Spezielle Sender für elektromagnetische Strahlung.- 3.3.4.3 Modulatoren und Deflektoren für elektromagnetische Strahlung. Elektro-optische Effekte.- 3.3.4.4 Spezielle Empfänger für elektromagnetische Strahlung.- 3.3.5 Elektromagnetisch-elektromagnetische Wandler.- 3.3.5.1 Fluoreszenz und Phosphoreszenz.- 3.3.5.2 Laser.- 3.3.5.3 Bildwandler.- 3.3.5.4 Licht- und Bildverstärkung auf Elektrolumineszenzbasis.- 3.3.6 Chemisch-elektrische Wandler.- 3.3.7 Korpuskular-elektrische Wandler.- Literatur.- 3.4 Fluidiktechnik.- 3.4.1 Analoge Bauelemente.- 3.4.2 Digitale Bauelemente.- 3.4.3 Verknüpfungsschaltungen.- Literatur.- 4. Digitale Speicher.- 4.1 Übersicht und Begriffe.- 4.2 Magnetische Matrizenspeicher.- 4.2.1 Ferritspeicher.- 4.2.2 Ferritspeicherringkerne.- 4.2.3 Speichermatrizen.- 4.2.3.1 3-D- oder bitorganisierter Betrieb.- 4.2.3.2 2-D- oder wortorganisierter Betrieb.- 4.2.3.3 2½-D-Betrieb.- 4.2.3.4 Herstellung von Speicherblöcken.- 4.2.4 Periphere elektronische und magnetische Schaltkreise.- 4.2.4.1 Treibschaltungen und Zuordner.- 4.2.4.2 Leseleitung und Leseelektronik.- 4.2.5 Schneller Speicherzugriff.- 4.2.6 Nichtzerstörendes Lesen.- 4.2.7 Integrierte Ferritspeicher.- 4.2.8 Ebene magnetische Dünnschichtspeicher.- 4.2.9 Magnetdrahtspeicher.- Literatur.- 4.3 Laufzeitspeicher.- 4.3.1 Elektromagnetische Laufzeitspeicher.- 4.3.2 Quecksilberspeicher.- 4.3.3 Magnetostriktive Speicher.- 4.3.4 Quarzspeicher.- Literatur.- 4.4 Assoziative Speicher.- 4.4.1 Prinzip und Klassifizierung.- 4.4.2 Strukturen assoziativer Speicher.- 4.4.3 Technologien für assoziative Speicher.- 4.4.4 Anwendungen assoziativer Speicher.- Literatur.- 4.5 Festspeicher.- 4.5.1 Induktive und kapazitive Festspeicher.- 4.5.2 Optische Festspeicher.- Literatur.- 4.6 Halbleiterspeicher.- 4.6.1 Speicherzellen mit bipolaren Transistoren.- 4.6.2 Speicherzellen mit Feldeffekttransistoren.- 4.6.3 Sonderformen von Speicherzellen.- 4.6.4 Speicherkomponenten.- 4.6.5 Anwendungen.- Literatur.- 4.7 Holographie.- 4.7.1 Grundlagen der Holographie.- 4.7.2 Kohärent-optische Analogrechner.- 4.7.3 Holographische Speicher.- 4.7.4 Synthetische Hologramme.- Literatur.- 4.8 Magnetomotorische Speicher.- 4.8.1 Magnetschichten.- 4.8.2 Magnetköpfe.- 4.8.3 Schreibverfahren.- 4.8.4 Adressierung und Zugriff.- 4.8.5 Magnetbandspeicher (Spulenbandgeräte).- 4.8.6 Magnettrommelspeicher.- 4.8.7 Magnetbandschleifenspeicher.- 4.8.8 Magnetkartenspeicher (Streifenspeicher).- 4.8.9 Magnetscheibenspeicher (Plattenspeicher).- Literatur.