John von Neumann und der von Neumann Rechner

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John von Neumannund der von Neumann Rechner

• Seminar Geschichte der Informatik
• Andreas Martin

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Übersicht

• Jugend und Ausbildung in Europa
• Lehre und Forschung in den USA
• Tätigkeiten während des 2. Weltkriegs
• Arbeit nach dem Krieg, insbesondere das Design
  des von Neumann Rechners

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Kindheit

• Geboren am 28. Dez. 1903 in Budapest
• Sohn einer reichen jüdischen Familie
• Interesse an Technik und Geschichte
• Wunderkind mit photographischem Gedächtnis
• Außergewöhnliche Fähigkeiten im Kopfrechnen
• 1911 Gymnasium mit speziellem Förderunterricht

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Studium

• 1921 Abschluss des Gymnasiums
• Einschreiben an der Universität Budapest in
  Mathematik
• Gleichzeitig Immatrikulation in Chemie in Berlin
• 1923 Wechsel an ETH Zürich
• 1925 Diplom in Chemie
• 1926 Doktor der Mathematik

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Lehrtätigkeit

• 1926-29 Privatdozent an der Uni Berlin
• 1926-27 Studium der Quantenphysik unter Hilbert
  in Göttingen
• 1929-30 Privatdozent in Hamburg
• Mit Mitte 20 weltweiter Ruf in der mathematischen
  Gesellschaft, ein junges Genie zu sein

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Umzug in die USA

• 1930 Privatdozent über Quantentheorie an die
  Princeton University
• Heirat seiner Verlobten in Ungarn und Umzug in
  die USA
• 1931 Berufung zum Professor
• Lehrtätigkeit bis 1933
• Scheidung und erneute Heirat

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Institute for Advanced Study

• 1933 Gründung des Instituts
• Von Neumann als einer von 6 Mathematikprofessoren
• Außeruniversitäre Forschung von herausragenden
  Wissenschaftlern
• Autor etlicher Bücher und Abhandlungen über
  Mathematik, Quantenmechanik, Statistik,
  Schockwellentheorie, Ballistik, Meteorologie
• Theory of Games and Economic Behaviour

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2. Weltkrieg

• Einbürgerung in die USA 1937
• Beratertätigkeiten in Regierungsprojekten z.B.
  Forschung über Detonationswellen
• Sep. 43 Atombombenprojekt in Los Alamos / New
  Mexiko (Implosionstechnik zur Zündung einer
  Atombombe)
• Simulation der physischen Vorgänge erfordert
  hohen Rechenaufwand
• Bisherige technische Mittel nicht ausreichend

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Erste Erfahrungen mit Rechenmaschinen

• Anreize nach Englandaufenthalt
• Zufälliges Treffen mit Hermann Goldstine
• Demonstration der Rechenmaschine ENIAC an der
  Moore School of Engineering an der Uni
  Pennsylvania
• Großes Interesse von Neumanns und daraufhin
  Mitarbeit am Projekt

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Rechner ENIAC

• Gebaut zur Berechnung von Tabellen zur
  Zielerfassung von Kanonen der Army
• Riesige Ausmaße und Energieverbrauch
• Sehr schnell aber auch sehr unflexibel
• Jedes Programm erfordert eine neue Verkabelung

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ENIAC - EDVAC

• Zusammenarbeit von Von Neumann, Goldstine,
  Mauchly und Eckert
• Vorstellung einer universelleren Maschine
• Juni 45 First Draft of a Report on the
  Electronic Discrete Variable Calculator
• Logische Beschreibung einer aus fünf Einheiten
  bestehenden Maschine und Einführung des Stored
  Program Konzeptes

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Nachkriegszeit Electronic Computer Project

• Planung einer vollkommen neuen, universellen
  Rechenmaschine
• Vollautomatisch, digital, elektronisch
• 6.Nov. 1945 offizieller Start
• Report Preliminary Discussion of the Logical
  Design of an Electronic Computing Instrument
  über den logischen Aufbau eines Computers
• Bekannt als von Neumann Architektur

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5 Hauptbestandteile

• Speicher
• Arithmetische Einheit
• Kontrolleinheit
• Input
• Output

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Speicher

• Primary Memory
• relativ klein, sehr schnell, wahlfreier Zugriff
• Secondary Memory
• billiger, größer, langsamer (z.B. Magnetbänder)
• Dead storage
• Auslagerung von Programmen und Daten

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Arithmetische Einheit

• Binärzahlen
• einfache und schnelle Ausführung von Befehlen
• Fixed-Point Architektur mit Zahlenbereich von -1
  bis 1
• Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division
  in der Hardware verankert

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Kontrolleinheit

• Einlesen und Ausführen des im Speicher abgelegten
  Programms
• Verschieben von Daten in den Speicherzellen
• Kontrolle der arithmetischen Einheit
• Pulsgeber
• Fehlertests

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Programmierung

• Nicht nur lineares Durchlaufen des Programms
• Sprünge und Codesubstitution in Abhängigkeit von
  vorherigen Berechnungen

• Erfindung des Flussdiagramms als Hilfe zur
  Veranschaulichung eines Programms

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• Weitere Vorteil Speicherung von Subprozeduren
  zur späteren Wiederverwendung
• Speicher und In- Output bereiten die meisten
  technischen Probleme
• 10.Juni 1952 offizielle Freigabe
• Erste größere Berechnungen von Wissenschaftlern
  aus Los Alamos
• Etliche Nachbauten des Prototyps auf der ganzen
  Welt mit Verbesserungen

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Letzte Jahre Von Neumanns

• Tätigkeiten in etlichen anderen Gremien
• Ausarbeitung der Sillimann Lectures für Vortrag
  an der Yale University Vergleich zwischen
  Computer und menschlichem Gehirn
• Gutes Vorankommen trotz vieler Termine für die
  Atomenergiebehörde
• Diagnose von unheilbarem Krebs

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• Weiterhin unermüdliche Arbeit auch im Rollstuhl
  oder per Telefon
• Im letzten Krankenhausaufenthalt nur noch Arbeit
  an dem Vortrag
• Konnte nicht mehr fertig gestellt werden
• Zuletzt schwere psychische Probleme mit der
  Erkenntnis, dass sein Verstand nicht mehr
  weiterarbeiten kann
• Gestorben am 8. Februar 1957 in Washington DC

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Fazit

• Zahllose Ehrungen und wissenschaftliche Ämter auf
  der ganzen Welt
• Großer Einfluss auf Wissenschaft und Politik bis
  in die höchsten Kreise
• Grundlage des Computers bis heute

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit