Basisinformationstechnologie I WiSem 2015 / 2016 | 05_Rechnertechnologie I

1. Universität zu Köln. Historisch-Kulturwissenschaftliche Informationsverarbeitung
Dr. Jan G. Wieners // jan.wieners@uni-koeln.de
Basisinformationstechnologie I
Wintersemester 2015/16
09. November 2015 – Rechnertechnologie I

2. Überblick: Rechner-/Computerentwicklung
 Moore
 Leibniz
 Babbage
 Turing
 Exkurs: Turingtest
 Weizenbaum
 von Neumann
 Exkurs: Spieltheorie
 Die von Neumann Rechnerarchitektur
 Konzept: Universalrechner
 Cache als Hardwareelement
 Caching als Grundmechanismus
Zeitgemäße Rechnerhardware
 Motherboard, etc.
Inhalte der heutigen Sitzung

3. Rechner-/Computerentwicklung

4. „Wenn sich die Luftfahrtindustrie
genauso schnell wie die
Computertechnologie entwickelt
hätte, würde ein Flugzeug 500 Dollar
kosten und könnte die Erde in 20
Minuten mit 5 Gallonen Treibstoff
umrunden. Allerdings hätte es die
Größe eines Schuhkartons.“
(Gordon Moore, zitiert nach: Tanenbaum, Andrew S.: Computerarchitektur, S. 43.)
 Kostenreduzierung
 Leistungsfähigkeit (Performance)
 Ressourcenverbrauch
 Strukturreduzierung
Rechner-/Computerentwicklung

5. „Die Anzahl der Transistoren, die auf einem Chip (IC,
Integrated Circuit) untergebracht werden können,
verdoppelt sich alle 2 Jahre.“
Das Mooresche Gesetz (Moore‘s Law)

12.  1912 (London) – 1954 (Wilmslow, Cheshire)
 1936: On Computable Numbers, with an
Application to the “Entscheidungsproblem”
 Turingmaschine
 2. Weltkrieg: „Code Knacker“, u.a. „Turing-
Bombe“, „Colossus“
 1945-1948: National Physical Laboratory:
ACE (Automatic Computing Engine),
Referenz zu Babbages „Analytical Engine“
 1948-1949: „Manchester Mark I“,
Röhrencomputer
 1950: „Computing machinery and intelligence“
 Turingtest
Alan Turing

14. Der Turingtest

15. Turingtest

17.  Benutzer: „Ich habe ein
Problem mit meinem Auto.“
 ELIZA: „Warum, sagen Sie,
haben Sie ein Problem mit
Ihrem Auto?“
-----
 Benutzer: „Ich habe ein
Problem mit meinem Vater.“
 ELIZA: „Erzählen Sie mir
mehr über Ihre Familie!“
-----
 Benutzer: „Krieg ist der
Vater aller Dinge.“
 ELIZA: „Erzählen Sie mir
mehr über Ihre Familie!“
Eine Implementierung des Turingtests: ELIZA

19. http://www.cleverbot.com/

21. Rechnerentwicklung

22. ENIAC (1946, Electronic Numerical Integrator and Computer)

23. John von Neumann
 * 1903 (Budapest) als
János von Neumann
zu Margitta,
† 1957 (Washington D.C.)
 U.a. Arbeiten zur
Quantenmechanik,
Spieltheorie,
Manhattan-Projekt (mit Oppenheimer)
 Informatik: Von-Neumann-Architektur bzw. Von-
Neumann-Rechner: Rechner, in dem Daten und
Programm binär codiert in einem Speicher liegen.
John von Neumann

24. Spieltheorie

25. X O
X
O

26. X O
X
O
X O
X
O O
X O
X
O O

28. „Theory of Games and Economic Behavior“ (1944)
 Spiel („game“): Gesamtheit der Regeln, die das Spiel
beschreiben
 Spielpartie („play“): Vorgang, in dem das Spiel gespielt wird
 Spielzug („move“)
 Zugwahl („choice“)
 Spielregeln determinieren, welche Spielsymbole zu
welchem Spielzeitpunkt auf welche Art und Weise bewegt
werden dürfen
Spieltheorie nach von Neumann und Morgenstern

29. Formale Definition: Ein Spiel Γ (Gamma) in Normalform
ist vollständig beschrieben durch das Tripel Γ = N, S, u :
 𝑁 die finite Anzahl der Spielerinnen und Spieler aus der
Spielermenge 𝑁 = {1, … , 𝑛}.
 𝑆 den Strategieraum. Der Strategieraum gibt die Menge aller
möglichen Strategiekombinationen 𝑠 = (𝑠1, … , 𝑠𝑖, … , 𝑠 𝑛) aus
den Strategien der einzelnen Spieler an, d.h. 𝑠 ∈ 𝑆. Der
Strategieraum S ist definiert als kartesisches Produkt der
Strategiemengen 𝑆 = 𝑆1 × ⋯ × 𝑆 𝑛, wobei 𝑆𝑖 eine endliche
Menge von Entscheidungen und Aktionen für jeden Spieler 𝑖 in
𝑁 bezeichnet.
 𝑢 = (𝑢1, … , 𝑢 𝑛) die Nutzenfunktionen, wobei 𝑢𝑖 ∶ 𝑆 ↦ ℝ die
Auszahlungs- oder Nutzenfunktion des Spielers 𝑖 bezeichnet.
Wird die Strategiekombination 𝑠 gespielt, so lässt sich mit
𝑢𝑖(𝑠) der Nutzen für Spieler 𝑖 bestimmen.
Spieltheorie nach von Neumann und Morgenstern

30. Quelle: http://ruthe.de/cartoon/2430/datum/asc/

31. Koch
Bewertet die
Köchin positiv
(𝑠21)
Bewertet die
Köchin negativ
(𝑠22)
Köchin
Bewertet den Koch
positiv (𝑠11)
Köchin: 50 Euro
Koch: 50 Euro
Köchin: 0 Euro
Koch: 100 Euro
Bewertet den Koch
negativ (𝑠12)
Köchin: 100 Euro
Koch: 0 Euro
Köchin: 20 Euro
Koch: 20 Euro
𝑁 = {1, 2}
𝑆 = 𝑠11, 𝑠12 × 𝑠21, 𝑠22
= { 𝑠11, 𝑠21 , 𝑠11, 𝑠22 , 𝑠12, 𝑠21 , 𝑠12, 𝑠22 }
Ein Spiel in Normalform

32. Extensivform von Spielen (Tic Tac Toe)
Juul, Jesper: „255,168 ways of playing Tic Tac Toe”
(„http://www.jesperjuul.net/ludologist/255168-ways-of-playing-tic-tac-toe)

33. …ein wenig abstrakter…
𝑥0
𝑥1 𝑥2
𝑥4 𝑥5 𝑥6 𝑥7 𝑥8 𝑥9 𝑥10 𝑥11 𝑥12
𝑥3
3 12 8 2 4 6 14 5 2
𝑠 𝑀𝐴𝑋1
𝑠 𝑀𝐴𝑋2
𝑠 𝑀𝐴𝑋3
Welche Strategie sollte die das Spiel beginnende Spielerin 𝑀𝐴𝑋 (Dreieck) im oben
wiedergegebenen Spiel mit zwei Spielrunden verfolgen, um optimal zu agieren und ihre
Auszahlung zu maximieren? Wie wird sich wohl der Spieler 𝑀𝐼𝑁 (Quadrat) verhalten?

34. Der Minimax-Algorithmus
𝑥0
𝑥1 𝑥2
𝑥4 𝑥5 𝑥6 𝑥7 𝑥8 𝑥9 𝑥10 𝑥11 𝑥12
𝑥3
3 12 8 2 4 6 14 5 2
𝑠 𝑀𝐴𝑋1
𝑠 𝑀𝐴𝑋2
𝑠 𝑀𝐴𝑋3
MAX
MIN 3 2 2
3
min(3,12,8)=3
min(2,4,6)=2
max(3,2,2)=3
min(14,5,2)=2

35. /