Ergänzungen zum Problemlösungsweg der Rechentechnik

Zusammenfassung

Hand in Hand mit der in Teil 3 dargestellten Kalkülisierung und Algorithmierung immer neuer Bereiche des menschlichen Denkens vollzog sich eine ständige Perfektionierung der Hard- und Software. Das betraf in erster Linie die Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit und der Zuverlässigkeit des Computers, die Erweiterung des vom Computer bearbeitbaren Datenmaterials und die Einfachheit der Nutzung des Computers. Dabei schälten sich drei Hauptproblembereiche und entsprechende Spezialdisziplinen heraus: Rechnerarchitektur, Betriebssysteme und Programmiersprachen.

Die Arbeitsgeschwindigkeit wurde u.a. durch Optimierung des Befehlssatzes der CPU, Beschleunigung der Datenbereitstellung und Parallelisierung in Form von Pipelining, Vektorverarbeitung und Array-Anordnungen erhöht (ALU-Array, systolisches Array). Das Hantieren mit großen Datenmengen bei relativ schnellem Zugriff wurde durch Aufbau einer Hierarchie von Speichern zunehmender Speicherkapazität ermöglicht.

Die Abarbeitung der sprachlichen Operatoren der Softwarehierarchie wird durch das Betriebssystem organisiert. Das Betriebssystem eines Computers ist die Gesamtheit aller Organisationsprogramme und aller Programme für die Steuerung der peripheren Geräte. Ein Organisationsprogramm ist eine Vorschrift für die Zuweisung eines Betriebsmittels an eine Anwendungsoperationsausfühnmg, an einen sog. Anwendungsprozess. Ein Prozess stellt aus der Sicht des Nutzers die Ausführung einer Operation durch den Prozessor, aus der Sicht des Systemprogrammierers eine Folge von CPU- und Speicherzuständen dar.

Die Organisationsprogramme haben jeden Prozess rechtzeitig mit den notwendigen Betriebsmitteln (Hardwarekomponenten, Programmen, Daten) zu versorgen unter Berücksichtigung verschiedener Vorrang- und Optimierungskriterien. Eine wichtige Aufgabe ist die Verhinderung von Störungen und die Lösung von Konflikten zwischen Prozessen, die ein und dieselben Betriebsmittel verwenden, z.B. dieselben Daten oder dieselben Operatoren. Im Falle des Einprozessorrechners sind sämtliche Prozesse auf die Dienste des einzigen Prozessors angewiesen. Um zu gewährleisten, dass Prozesse sich nicht gegenseitig stören, ist es zweckmäßig, jeden Ruf eines Anwendungs- oder Systemprogramms von einer einzigen Zentrale, dem Betriebssystemkern überwachen zu lassen.

Oberhalb der Prozessorebene werden reale Kompositoperatoren nicht mehr als KR-Netze (Netze aus Kombinationsschaltungen und Registern), sondern als PS-Netze (Netze aus Prozessoren und Speichern) komponiert. Die Organisation von Prozessen in PS-Netzen, z.B. in Mehrprozessorrechnern oder in Rechnernetzen, kann die Installation eines übergeordneten Betriebssystems erforderlich machen. PS-Netze werden auch als verteilte Systeme bezeichnet.