1.1 Wozu Elektrotechnik und Elektronik für Informatiker?

Informatik V-Teil I, Kap. 1, WS 98/99
1. Einführung: Wie viel Elektrotechnik und Elektronik braucht der Informatiker?
Elektrotechnik und Informatik sind für manchen "gestandenen" Informatiker heute nur noch
"Hardware". Das ist der Teil der Welt, den Intel mit dem Pentium-Prozessor und ein paar weitere
unbedeutende Firmen mit Chips, Platinen, Drähten und Gehäusen zur Komplettierung des Rechners
beisteuern.
Daß diese Hardware funktioniert, nimmt man meistens als "gegeben" an, wenn am Rechner etwas
spinnt, ist es meistens die Software. Nur dann wenn die Software aus dem Hause Bill Gates & Co
stammt, liegen alle Fehler bei der Hardware.
Es soll mal ein Informatikprojekt gegeben haben, die Stromversorgung des Rechners durch ein
Softwareprogramm zu emulieren. Das Projekt war leider zum Scheitern verurteilt. Aber warum?
Zumindest das sollte jeder Informatiker aus der Physik wissen oder spätestens hier lernen.
Es gibt aber noch mindestens einen weiteren wichtigen Aspekt.
Die rasante Entwicklung der Rechnerleistung wie auch der Zuverlässigkeit beruht zum großen Teil
auf der Entwicklung elektrischer und elektronischer Baugruppen.
Vergleichbare Fortschritte in der Produktivität hat die Softwaretechnologie nicht aufzuweisen. Es
sieht manchmal eher so aus, als würden Programmiermethoden wegen der ständig verbesserten
Hardware immer ineffizienter!
Was tatsächlich passiert ist, das die Software nicht auf die Hardware abgestimmt ist und umgekehrt.
Ein 32-Bit-Pentium-Prozessor, der mit Software läuft, die dereinst für den 8086-Urahnen entwickelt
wurde, ähnelt einem Rennauto, das einen Wohnanhänger mit angezogener Bremse ziehen muß.
Wen stört das?
Anscheinend kaum jemanden, der seinen PC nur zur Textverarbeitung oder zur Erstellung von
Präsentationsfolien nutzt.
Rechner sind aber heute in sogenannten "eingebetteten Systemen" auch an anderer Stelle tätig. Zum
Beispiel im Auto.
Ohne die permanente tatkräftige Mithilfe von Rechnern in der Motorsteuerung wären unsere Autos
viel durstiger und schmutziger. Auch die automatische Bremskontrolle (ABS) benötigt einen
Rechner als Kern. Kein modernes Verkehrsflugzeug fliegt ohne Rechner.
In solchen Anwendungen müssen Hardware und Software, d. h. Mechanik, Elektrotechnik (Relais,
Kabel, Stellmotoren), Elektronik (Prozessoren, Wandler, Speicher, Filter) und Programme optimal
aufeinander abgestimmt werden.
In Deutschland entwirft kein Mensch Microsoftprodukte oder Intel-Prozessoren, wohl aber
Steuerungen für Maschinen, Anlagen und Fahrzeuge. Man geht heute davon aus, daß etwa 70% des
Entwurfsaufwandes insgesamt in die Software gehen.
Das ist aber dann "harte" Software, die hohen Qualitätsstandards entsprechen und die Hardware
optimal ausnutzen muß.
Um solche Systeme und deren Softwarekern entwerfen zu können, benötigt ein Informatiker schon
erhebliche Kenntnisse der Hardware, also der Elektrotechnik und Elektronik.
Er muß die Grundgesetze des elektrischen Stromkreises kennen, sowohl für Gleich- als auch für
Wechselstrom.
Er soll die wichtigsten aktiven und passiven Bauelemente der Elektronik und darüber hinaus auch der
Elektrotechnik kennen (in jedem Lüfter steckt ein Motor !).
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Informatik V-Teil I, Kap. 1, WS 98/99
Natürlich soll ein Informatiker auch wissen, wie man logische Schaltungen in der Praxis implementieren
kann, z. B. auf einem IC.
Dazu sind wiederum gewisse Grundkenntnisse der Halbleitertechnik, insbesondere der Halbleiterschaltungstechnik
notwendig.
Einen besonderen Wert werden wir auch auf die Modellbildung legen:
Keine Schaltung und kein IC kann heute mehr ohne rechnergestützte Hilfsmittel entworfen werden.
Deshalb muß man wissen, wie die Modelle von Bauelementen und Schaltungen für die Berechnung
von Schaltungen und Netzen aussehen. Die Berechnung großer Schaltungen von Hand ist ein Thema
für Elektroingenieure, die immer noch damit geplagt werden. Wir schenken uns das.
Schließlich sollte der Informatiker zumindest andeutungsweise wissen, welches Verhalten
Schaltungen und Subsysteme bei hohen und höchsten Frequenzen haben. Was heute im Pentium-
Prozessor passiert, war vor einigen Jahren noch das Gebiet der Hochfrequenztechnik!
Schließlich sollte man im Zeitalter von netzen und Medien auch noch wissen, wie Signale effizient
über lange Strecken übertragen werden.
Im Studiengang Informatik der BTU nehmen deshalb die elektrischen und elektronischen Grundlagen
einen ziemlich breiten Raum ein. Darauf aufbauend werden im Grundstudium und im Hauptstudium
mehrere Veranstaltungen angeboten, welche die Entwurfsmethodik für Hardware und Software
betreffen.
Damit haben unsere Studenten eine reale Chance, das zu lernen, was sie (auch in Konkurrenz zu
etablierteren Hochschulen) für einen Arbeitgeber auch außerhalb von Banken und Versicherungen
interessant macht.
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