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SENDUNGSARCHIV

27.08.2007
Folge 64

Quantencomputer sind noch weit weg.


Heute senden wir den zweiten Teil, den wir mit Professor Rainer Blatt von der Universität Innsbruck aufgezeichnet haben. I ersten Teil wurde ja die Quantenkryptografie angesprochen. Heute geht es mit der Betrachtung eines Quantencomputers weiter. Eine faszinierende Vorstellung, wenn man bedenkt, wie klein und effektiv ein solcher Computer werden kann. Doch wir sind noch weit weg vonder praktischen Realisierung. Jedoch wurde an dem Institut von Professor Blatt die Grundlage für die technische Realisierung gelegt.
Er hat bewiesen, dass ein Quant als Speicherelement herhalten kann, das die nötigen beiden stabilen Zustände 0 oder 1 dauerhaft halten kann.


Prof. Rainer Blatt, Uni Innsbruck

Im vergangenen Jahr erhielt Prof. Rainer Blatt den Erwin-Schrödinger-Preis der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). Der Innsbrucker Experimentalphysiker wurde damit für seine hervorragenden wissenschaftlichen Leistungen auf dem Gebiet der experimentellen Atomphysik, der Quantenoptik und Quanteninformation ausgezeichnet.
Prof. Rainer Blatt ist Vorstand des Instituts für Experimentalphysik der Universität Innsbruck und geschäftsführender Direktor des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. In den vergangenen Jahren hat er mit zahlreichen Experimenten zur Realisierung eines Quantencomputers auf der Basis gespeicherter Ionen für internationales Aufsehen gesorgt. So ist es seiner Arbeitsgruppe 2004 gelungen, die weltweit erste Teleportation mit Atomen zu demonstrieren. Im vergangenen Jahr erzeugten die Forscher zum ersten Mal ein so genanntes „Quantenbyte“. Die Realisierung eines „Quantenbytes“ gilt als wichtiger Schritt auf dem Weg zum Quantencomputer. Auch als Universitätslehrer und Förderer des wissenschaftlichen Nachwuchses war Prof. Blatt sehr erfolgreich.
Sie werden feststellen, dass gute Wissenschaftler auch meistens gut erklären können. Ein Highlight in unserem CCZwei.


Videocodecs sind eine Geheimwissenschaft.

Mit Rolf Diter Klein, in der Szene unter seinem Kürzel RDK bekannt und fleißiger CCZwei Forumsbesucher, haben wir sicherlich den kompetentesten Gesprächspartner ausgesucht, was Video und Co betrifft. Da wir bei unserer ersten Fernsehsendung bei NRW.tv einen ziemlichen Schock bekamen, was den Download der Sendung anging, haben wir uns von RDK beraten lassen, wie wir in Zukunft verfahren sollen.


Rolf Dieter Klein, München

Im Gästebuchmusste ich einige hämische Bemerkungen lesen, die unsere Unfähig bescheinigen sollten. Dass wir das Thema eigentlich gar nicht angehen wollten, weil wir dachten, dass wir damit ja gar nichts zu tun haben, weil dies eine Sache von NRW.tv ist.
Jetzt müssen wir mit den Kollegen bi NRW.tv deren Gewohnheit WMV oder MOV einzustellen erst einmal umbiegen können. Denn es wurde uns ziemlich klar, dass nur ein Format derzeit in Frage kommt, das Qualität und Ergonomie verbindet. DIVX oder besser die Open Source - Variante XVID, die mit DIVX kompatibel ist. Mittlerweile können auch viele DVD Player dieses Format abspielen. Auch für den PC gibt es genügend freie Player zum Download. Zum Beispiel der BS Player oder aber WINAMP oder, oder ...
Ich hoffe, dass wir es bei der nächsten Sendung schon hinkriegen werden.


Download des BS Players z.B. hier:
http://www.chip.de/downloads/c1_downloads_13005283.html
Download der Winamp Version 5
http://www.mpex.net/software/details/winamp5.html


Wie der Mikroprozessor das Laufen lernte

Oft werden wir als Urgesteine der Computertechnik bezeichnet. Das hat auch einen Vorteil: wir haben alle Entwicklungen hautnah mitbekommen un wir können uns noch an viele sensationelle Entwicklungen erinnern. Von Zeit zu Zeit wollen wir über unsere Erfahrungen in der Sendung plaudern. Heute geht es um den ersten Mikroprozessor 4004. Als Erfinder gilt Ted Hoff. Ihn konnte ich 1996, beim 25 jährigen Jubiläum dieses 4004, in München interviewen. Ich halte ihn als einen sehr sympathischen und zugänglichen Gesprächspartner in Erinnerung.


Marcian Ted Hoff ist der Haupterfinder des Mikroprozessors, der 1969 um die Arbeit einer CPU unter der Leitung von Robert Noyce von Intel entwickelt wurde.

Die noch junge Firma Intel erhielt von dem (heute nicht mehr existierenden) japanischen Unternehmen Busicom 1969 den Auftrag, für eine programmierbare Rechenmaschine einen Chipsatz zu entwickeln. Zwölf Halbleiterbausteine sollte der Auftrag nach Vorstellungen der Japaner umfassen - viel zu viel, wie Marcian "Ted" Hoff, Intels Mitarbeiter zu der Zeit, glaubte.


Marcian Ted Hoff; * 28.10.1937 in Rochester, New York

Zu Hoff´s Entwurfsteam gehörten damals Stan Mazor und Frederico Faggin, die letztlich im Konzept einen Satz aus vier Chips vorlegten: Einen ROM-Chip (den Intel 4001), ein RAM für die Speicherung der jeweils errechneten Daten (den Intel 4002), ein Schieberegister für Eingang und Ausgang (den 4003) und letztlich die erste Processor Unit CPU (die dann später den Namen Intel 4004 bekam).

Diese 4004 CPU wurde der Beginn einer Legende - es war der erste in Serie gebaute Mikroprozessor. Stan Mazor gab vor, was der Chip können sollte: Man wollte ihn mit einer Taktfrequenz von 1 MHz betreiben! Ted Hoff erinnert sich: "Wir kamen ziemlich dicht an die Marke heran: 800 kHz erreichten wir - und bauten damit einen Prozessor für 200 $, der die gleiche Leistung hatte wie eine Rechnerkiste, die man für 2.000 $ pro Monat mieten konnte!" Oder mit anderen Maßstäben: Der 4004 war genau so leistungsfähig wie die historische ENIAC aus den späten 40er Jahren - nur eine Million mal kleiner.


Der erste Mikroprozesseor 4004


Realisiert hat das Design dann Frederico Faggin - in nur neun Monaten war der Prozessor marktreif. Faggin war Italiener, er hatte in Padua studiert und promoviert und startete seine Berufskarriere bei SGS-Fairchild (heute STMicroelectronics) in der Nähe von Mailand. Faggin kam erst 1970 zu Intel und wurde dort gleich auf den künftigen 4004 angesetzt. Er verließ dann nach vier Jahren das Unternehmen und war Mitbegründer von Zilog, wo dann später mit dem Z80 einer der wichtigsten 8-bit-Mikroprozessoren entstand. Doch bei Intel stehen sein Name und der von Ted Hoff für die Entwicklung des ersten "offenen" CPU-Chips.

Etwas Vergleichbares hat es vorher noch nie gegeben. Nur Hoff ärgerte sich: "Wir waren zu unvorsichtig gewesen und hatten den Japanern die ausschließlichen Nutzungsrechte für den 4004 überlassen. Ich aber wußte, dass man damit noch ganz andere Dinge machen konnte als nur einen solchen Rechner zu betreiben". 100.000 Rechner sollten die Japaner schließlich mit dem Chip verkaufen. Doch 1971 kamen sie erneut: Ihnen saß die Konkurrenz im Nacken und sie wollten mit Intel nochmals über Preise reden. Das nutzte Intel, um sich die Mitbenutzungsrechte zurückzuholen. Das erste Datenblatt des 4004 ist selbst schon eine Legende.

Der erste Mikroprozessor blieb nicht unangefochten. Andere Unternehmen, die Rechner entwickelten wie zum Beispiel TI, Rockwell oder GI, wiesen darauf hin, dass auch sie schon Mikroprozessoren für diese Rechner entwickelt hatten. Der entscheidende Unterschied aber war, dass der 4004 ein allein stehendes Produkt war und nicht als "custom design" realisiert worden ist. Es war der erste 4-bit-Mikroprozessor und er initiierte viele Dinge, die später Standard wurden: Designtools, Emulatoren, Assembler und Bussysteme.

Zu der Zeit, als Faggin den 4004 produktionsreif machte, arbeitete Intel schon an einem Nachfolgechip, den späteren 8008. Der kam dann später, 1972, auf den Markt und konnte schon wegen seiner 8-bit-Architektur für Textverarbeitung und komplexere Datenverarbeitung herangezogen werden. Er hielt sich nur kurz am Markt, weil Faggin und sein Team ihn rasch weiterentwickelten: 1974 kam dann der 8080, der zur ersten Industrienorm wurde. Digital Equipment war einer der bedeutenden Datenverarbeiter, die diesen Chip zum Weltstandard machten.

Alles aber ging zurück auf eine kleine Grundidee, die man damals übrigens nicht für Patent-fähig hielt. Erst als Jahre später einem Nobody in der Nähe von Los Angeles das Patent 4.942.516 auf einen Mikrocomputer erteilt wurde, wachte Intel auf: Das fälschlicherweise erteilte Patent wurde später gelöscht - es war eines der großen Irrtümer des amerikanischen Patentamts. Heute gilt Ted Hoff wieder als der Erfinder der CPU, Faggin als sein erster Realisierer.


Ca 2000 Transistoren bildeten den ersten Mikroprozessor

Im Halbleiterbereich ist kein Unternehmen in den letzten 30 Jahren erfolgreicher als Intel. Durch ständige Innovationen und neue Prozessoren hat sich die Firma bis heute einen Marktanteil von aktuell über 80% im Bereich der x86-Prozessoren sichern können. Aufgrund des Erfolges wird die Historie des Weltkonzerns an dieser Stelle dargestellt.

Wie bereits dargestellt legten den Beginn der Intel-Geschichte Andrew Grove, Robert Noyce und Gordon Moore, die bereits Erfahrungen in anderen Unternehmen gesammelt hatten und nun ein Startup gründeten. Zunächst wurden von Intel DRAM-Chips hergestellt, ein Mikroprozessor war nicht in Planung. Erst zu Beginn der 70er Jahre wandte sich die japanische Firma Busicom an Intel, weil man für einen mathematischen Tischrechner einen Prozessor benötigte. Ted Hoff, Intels Chefentwickler, hatte hierbei die Idee, das gewünschte Design von Busicom so zu verändern, dass der Tischrechner jede beliebige Funktion ausführen könnte. Es sollten vier Chips entwickelt werden: Ein CPU, ein Chip als Arbeitsspeicher, ein ROM-Chip, der das Programm enthielt, welches speziell für Busicom geschrieben werden sollte und ein weiterer Chip für die Eingabe- und Ausgabefunktionen. Busicom war skeptisch, gab den Auftrag aber trotzdem an Intel. Der von Fairchild Semiconductors abgeworbene Ingenieur Frederico Faggin übernahm das Design des Chips, nachdem Intel das Projekt zunächst trotz 100.000 Dollar Auftragssumme als nebensächlich angesehen hatte und Hoff bereits andere Projekte betreute. Busicom wurde jedoch schon ungeduldig, Faggin schaffte es jedoch nach mehr als drei Monaten erste Prototypen des 4004-Prozessors herzustellen, die selbst die Intel Designer aufgrund ihrer Geschwindigkeit verblüfften.
Intel 4004
(Quelle)

Jedoch war schon relativ viel Zeit vergangen und da der Rechnermarkt in Japan in einem Preiskampf war, wandte sich Busicom wieder an Intel und verlangte für die entwickelten Chips eine deutliche Preissenkung im Vergleich zu den ursprünglichen Vereinbarungen. Robert Noyce stimmte zu, zahlte 60.000 Dollar an Buiscom zurück, verlangte aber im Gegenzug, das die Lizenzen für den entwickelten Chip bei Intel blieben, anstatt die exklusiven Rechte an Busicom zu verkaufen. Er war von Hoff und Faggin über die Leistungsfähigkeit des Chips informiert worden und sah die Marktchancen. Die Japaner stimmten zu – ohne diese wichtige Entscheidung wäre Intel also nie zu dem Unternehmen geworden, welches es heute ist.


Die erste Hardware mit einem Mikroprozessor


Auch wenn die Entwicklung des Mikroprozessors heute als bedeutsam angesehen wird, so war 1972 noch nicht klar, ob sich die neue Technologie überhaupt rentieren würde. So waren 1971 knapp 20.000 Großrechner verkauft worden, wenn Intel nur einen Marktanteil von 10% anvisieren würde, so würde man nur auf 2000 Stück pro Jahr kommen. Das entspricht jedoch der Produktion einer Woche und würde die Forschungskosten niemals amortisieren. Also mussten die Intel-Ingenieure neue Einsatzmöglichkeiten für den 4004 finden. Man dachte an Geldwechselautomaten, Verkehrsampeln, Mikrowellen-Ofen, Autos und vieles mehr. Als Intel im August 1972 den 8008 vorstellte, der für die Computer Terminal Corporation entwickelt wurde und der Nachfolger des 4004 mit nun 8 Bit statt 4 Bit-Verarbeitung war, setzte man erstmals auf das Marketing, um den Prozessor am Markt abzusetzen. Durch die „Computer-on-a-Chip“ Kampagne, die Regis McKenna entwickelte, schaffte es Intel, eine Diskussion in der Bevölkerung auszulösen, ob es tatsächlich möglich sei, Computer, die bislang Räume füllten, auf einem Chip unterzubringen. Intel war in aller Munde.

Mit dem nachfolgenden Chip, dem 8080 und dem kleineren 8088, hatte Intel den bislang größten Erfolg in der Firmengeschichte. Der 8088 wurde von IBM für den IBM PC eingesetzt. Der 8080 war Intels erster reiner 16bit-Prozessor, der 8088 hatte hingegen noch einen 8bit-Datenbus. Durch die Partnerschaft mit IBM gelang Intel der Aufstieg zum größten Halbleiterunternehmen der Welt. Die beiden Prozessoren waren ein großer Erfolg, waren für Intel jedoch eher improvisiert. Als größte Leistung wird der 80386 angesehen, der 1985 vorgestellt wurde. Er war zugleich der erste 32bit-Prozessor von Intel, konnte somit bis zu 4 GB RAM adressieren und besaß einige Verbesserungen in der Architektur, die ihn für Betriebssysteme und auch für die Entwicklung von Anwendungssystemen attraktiv machten. Der 80386 wird noch heute in einigen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der amerikanischen Marssonde.



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