Software, die die Welt zusammenhält
Über die Allgegenwärtigkeit von Computernam Beispiel von eingebetteten Systemen
Prof. Dr. Holger Schlingloff
Institut für Informatik, Humboldt Universität zu Berlin
Fraunhofer FIRST, Berlin
Worum geht es?
•„Eingebettete Systeme“ als alltägliche Selbstverständlichkeit der Zukunft
•„Verschwindende Computer” als allgegenwärtiger Gebrauchsgegenstände
•„Intelligente Dinge“ als die nächste Internetrevolution unserer Gesellschaft
•„Vernetzte Geräte“ als universelle Begleiter der Menschen
•„Cyber-Physical Systems“ als zuverlässige Hilfen in Beruf, Freizeit und Notsituationen
Beispiele
Inhalt
•Bedeutung und Anwendungen
•Aufbau, Hard- und Software
•Programmierung
•Kommunikation und Vernetzung
•Beispiel Notrufsystem
•Forschungsfragen
Bedeutung und Anwendungen
•Bereits heute gibt es mehr eingebettete Systeme als Menschen auf der Welt
•Andauernde zweistellige Zuwachsraten
•Bedeutender Wirtschaftsfaktor
Informatik und Welt
• Informatik = Wissenschaft von der automatischen Verarbeitung von Informationen
Beispiele:
• Taschenrechner
• Tabellenkalkulation
• Text- und Bildverarbeitung
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Informatik und Welt
• Informatik = Wissenschaft von der automatischen Verarbeitung von Informationen
Beispiele:
• Geschirr spülen
• Auto fahren
• Fußball spielen
Geschirr spülen?
Auto fahren?
Fußball spielen?
Allgegenwärtigkeit
• Informationsverarbeitende Komponenten können (fast) alle technischen Erzeugnisse verbessern Brille mit Hörgerät Jacke mit eingebautem MP3-Spieler Uhr mit Navigationssystem Gabel mit Thermometer Fernbedienung mit Internetanschluss Toaster mit Wetterkarte
Marktbereiche
• Verkehrstechnik Motor/
Triebwerkssteuerung,X-by-wire, Lagestabilisierung, Dynamikregelung, ABS, Insassenkomfort, …
Verkehrsleitsystem, Ampelsteuerung, Radarerfassung, …
• Produktions-, Umwelt- und Energietechnik Kraftwerks- und
Fabriksteuerungen, Emissionskontrolle, Robotik, …
• Wissensgesellschaft Kommunikation,
Krisenmanagement, Verbrauchsminimierung, …
• Urbanisierung, Gebäude Heizungssteuerung,
Lichtsteuerung, Schließanlage, Sicherheitstechnik, City-Management, …
• Medizintechnik Patientensysteme,
Behandlungsgeräte, Mess- und Diagnosegeräte, Krankenhaus-Organisation, …
Relevanz
•71 Mrd. € Weltmarktvolumen
•18 Mrd. € allein in Deutschland
•wesentlicher Standortfaktor
•wichtiges Differenzierungsmerkmal
•hoher Kundennutzen
Inhalt
•Bedeutung und Anwendungen
•Aufbau, Hard- und Software
•Beispiel NXT - Programmierung
•Kommunikation und Vernetzung
•Beispiel Notrufsystem
•Forschungsfragen
Konrad Zuse‘s Z3
•1941 / zerstört 1943
•digital, frei programmierbar
•Aufbau Relais-CPU Speicherwerk Zahleingabe per
Tastatur Programmeingabe
per Lochstreifen
Von-Neumann‘s Computer
• 1945 EDVAC, 1946-1955 ENIAC
• Elektronenröhren zur Repräsentation von Zahlen, elektrische Pulse für deren Übertragung, Dezimalsystem
• Programmierung durch Kabel und Drehschalter
• Befehle des Programms werden wie zu verarbeitenden Daten behandelt, binär kodiert und im internen Speicher verarbeitet
von-Neumann-Architektur
Rechenwerk (central processing unit, CPU)
Steuerwerk (control unit) Rechenwerk (arithmetic logical unit, ALU)
Hauptspeicher (Main memory)
Eingabe (input) Ausgabe (output)
Bsp.: NXT
Inhalt
•Bedeutung und Anwendungen
•Aufbau, Hard- und Software
•Programmierung
•Kommunikation und Vernetzung
•Beispiel Notrufsystem
•Forschungsfragen
BricxCC
•klassische C-Programmierung
•Übertragung auf Target via USB
NXT-G
•modellbasierte Entwicklung
Inhalt
•Bedeutung und Anwendungen
•Aufbau, Hard- und Software
•Programmierung
•Kommunikation und Vernetzung
•Beispiel Notrufsystem
•Forschungsfragen
NXTRemote
• Mehr und mehr eingebettete Systeme werden kommunikationsfähig
• Bluetooth, ZigBee, Z-Wave, Wibree, …
• Kopplung unter-einander und mit Server
Sprachsteuerung
Inhalt
•Bedeutung und Anwendungen
•Aufbau, Hard- und Software
•Programmierung
•Kommunikation und Vernetzung
•Beispiel Notrufsystem
•Forschungsfragen
Ambient Assisted Living
Systemkomponenten
Sturzerkennung
Inhalt
•Bedeutung und Anwendungen
•Aufbau, Hard- und Software
•Programmierung
•Kommunikation und Vernetzung
•Beispiel Notrufsystem
•Forschungsfragen
Aktuelle Themen
•Verteilte Echtzeit-Reaktivität
•Nahtlose Interaktion, Heterogenität
•Sichere Wiederverwendbarkeit
•Dienstintegration, Monitoring
•Autonomie und Intention
•Adaptivität und Selbstorganisation
Zusammenfassung
• Eingebettete Informatiksysteme – das betrifft uns alle
• Vieles wird besser…
• … aber es gibt noch viel zu tun!
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!