Angewandte Kognitions- und Medienwissenschaft an der Universität Duisburg_Essen
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
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)
6.
7.
8.
9.
10.
11.
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
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
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
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
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?
17. Jahrhundert
Blaise Pascal (1623-1662)Rechenmaschine „Pascaline“[Addition / Subtraktion]
Gottfried Wilhelm Leibniz(1646-1716):Rechenmaschine[Addition / SubtraktionDivision / Multiplikation]
Ein Automat: die mechanische Ente (de Vaucanson, 1738)
Detailaufnahme Difference Engine: Carsten Ullrich
Charles Babbage (1792-1871)
Difference Engine /Differenzmaschine
Lösung polynominaler Fkt.
[Addition]
Analytical Engine (Entwurf)
Sollte von Dampfmaschinebetrieben werden
Wäre mehr als 30 Meter langund 10 Meter breit gewesen
Deutet zahlreiche Innovationenund Konzepte an, u.a.:
Eingabe (Befehle u. Daten) überLochkarten
Ausgabe über Lochkartenstanzer
Speicherwerk
Rechenwerk
COLOSSUS (1943, u.a. Turing)
COLOSSUS (1943):GB; Erster elektronischer Digitalrechner; u.a. Turing.
Entschlüsselung des dt. Nachrichtenverkehrs (ENIGMA / Lorenz-Schlüsselmaschine)
2012: Turingjahr
Unreal Tournament 2004: 2K Botprize
2012 gelang es zwei Teams, die Jury davon zu überzeugen, dass ihre Bots „echte“ Menschen seien
1923 in Berlin geboren. 1936 floh die jüdische Familie in die USA nach Detroit.
Studium der Mathematik in Detroit
1963 wechselte er als Associate Professor an das Massachusetts Institute of Technology (MIT), an dem er schließlich von 1970 bis 1988 Professor für Computer Science war.
Berühmt wurde Weizenbaum 1966 durch sein Spracherkennungsprogramm ELIZA, das als Meilenstein in der Entwicklung der künstlichen Intelligenz gefeiert wurde und als Prototyp der Chatbots gilt.
1975: „Computer Power and Human Reason“(„Die Macht der Computer und die Ohnmacht der Vernunft“)
Intention: Verantwortungsvoller Umgang mit Wissenschaft und Technik
Weizenbaum starb im März 2008.
Alex Garland
ENIAC (1946, Electronic Numerical Integratorand Computer): US-Armee;
18.000 Vakuumröhren
1500 Relais
Gewicht: 30t
> 150 kW
Programmeingabe von Hand durchSchalter und Kabelstecker an Schalttafeln
Verwendungszweck ursprünglich: Berechnung der Flugbahnen von Geschossen
Verwendungszweck: Berechnungen über Realisierbarkeit der Wasserstoffbombe John von Neumann
Weiß kann Schwarz in zwei Zügen schachmatt setzen
Handeln und Agieren: Welche Handlungsmöglichkeiten stehen den Spielern zu einem bestimmten Zeitpunkt des Spieles zur Verfügung? Für welche Handlungsoption sollten (und werden) sich die einzelnen Spieler entscheiden? Handeln die Spieler gleichzeitig? – und gliedert sich das Spiel in mehrere Runden?
Anzahl der Spielerinnen und Spieler: Inwiefern verändert sich die Situation, wenn weitere Spieler am Spiel teilnehmen würden?
Kommunikation: Welchen Einfluss hätte Kommunikation vor Spielbeginn auf die Spielentscheidungen der Spielerinnen und Spieler?
Rationalität: Welche Auffassung hat ein Spieler über die Denk- und Handlungsweise seiner Gegenspielerin? Würde es die eigene Handlungsweise beeinflussen, wenn nicht davon ausgegangen werden kann, dass die Gegenspielerin das für sie beste Spielergebnis zu erreichen sucht?
Wiederholung: Würden die Spieler anders entscheiden, wenn das Spiel nicht nur einmal, sondern wiederholt gespielt würde?