Um viele Dinge gefühlt gleichzeitig tun zu können, ist die Computertechnik einen weiten Weg gegangen. In der heutigen Folge halten wir viele lose Fäden in der Hand und ständig merkt Xyrill, dass dies und jenes ja auch noch notwendig ist, um zum Ziel zu kommen: Zu Multitasking.

Vorbemerkung: Begriffsklärung Programm vs. Prozess

Multitasking: Ausführung mehrerer Aufgaben zur selben Zeit oder abwechselnd in kurzen Zeitabschnitten

Analogie: Multitasking beim Menschen

kooperatives Multitasking: Prozesse unterbrechen sich selbst, wenn sich abzeichnet, dass sie warten müssen

präemptives Multitasking: Prozesse werden nach dem Ablauf ihrer zugeteilten Zeitscheibe unterbrochen, damit jemand anderes drankommen kann

Scheduler (Zeitplaner): Komponente des Betriebssystems, die den jeweils nächsten Prozess wählt, der laufen darf

Wie werden Prozesse wieder lauffähig?

In dieser Folge unterhalten wir uns über allerlei Detailwissen zu verschiedenen Schriftarten, werfen mit schlecht vorbereiteten Beispielen um uns und haben starke Meinungen zu verschiedenen Dingen. Um Textdarstellung geht es dabei nebenbei auch.

Nachbemerkungen zum letzten Mal: bidirektionaler Text

Grundbegriffe

Unterschiede zwischen Schriftarten

Phase 1: Textlayout

Phase 2: Schriftwahl

Phase 3: Glyphenwahl

Phase 4: Darstellung

Quelle: Spezifikationen und Reports des Unicode Consortium

Hörempfehlung: CRE080 Geschichte der Typografie

Dies ist ein Text. Für den Computer besteht er nur aus Zahlen. Xyrill erklärt diesmal, wie es kommt, dass wir ihn trotzdem lesen können.

[Text ist eine] mündliche oder schriftliche Folge von Sätzen, die miteinander syntaktisch und semantisch verbunden sind (Kohärenz, Kohäsion), eine abgeschlossene Einheit bilden (Kompletion) und eine bestimmte kommunikative Funktion (Textfunktion) erfüllen.

[Von] lateinisch textus für "Inhalt" oder "Gewebe der Rede", "Text".

zur Definition

Problem: Computer können nur Zahlen! Wie bilden wir Zeichenketten als Zahlenfolgen ab?

Beispiel: Morse-Code

in der frühen Informatik (bis in die 1990er Jahre): Codepages (Zeichentabellen)

Unicode

Ebenen in Unicode

Kodierungen für Unicode mit fixer Länge

Kodierungen für Unicode mit variabler Länge

Probleme von Unicode

Für die historische Herleitung von Schriftkodierung empfehlen wir wieder den großartigen Podcast Request for Comments. Diesmal die Folge über RFC 20 ASCII.

Das nächste Mal geht es dann um T̪͙̪̻̹̩̠͔͑͋ͥ͘ę̥͔̝̘ͦͬx̨̜̩̜͙̦̻̗̳̒̊͆t̯̳̓ͥ͐ͣ́d͔̱̗̯̪̭́͛͜ͅa̵͕̯͕̻̜ͮ͒ͭȓ̜͚͚̯͎͓̋̎̈́͘s̥̯̠̬̆̿͡t̫̱̺͉̱̓͒͑͐͢e̸͖̮̙̺̠̗̬̅ͅl̝͉͚ͪ͋ͤ͜l̵̦̪͔͈̉͑u̴̝̲̠̳̖̘͚̔n͙̹̍̆͊̈͢g̨͍̣̝̣͇̯̮̠̏.

Wenn Sie diese Folge sehen, dann, weil sie in der Datenbank Ihrer Podcast-App gelandet ist.

Eine Datenbank, auch Datenbanksystem genannt, ist ein System zur elektronischen Datenverwaltung. Die wesentliche Aufgabe einer Datenbank ist es, große Datenmengen effizient, widerspruchsfrei und dauerhaft zu speichern und benötigte Teilmengen in unterschiedlichen, bedarfsgerechten Darstellungsformen für Benutzer und Anwendungsprogramme bereitzustellen.

Beispiele für Datenbanken im weitesten Sinne: Passen diese mit der Definition oben zusammen?

Dateisysteme sind eine besondere Form von Key-Value-Datenbank

Datenbanken im engeren Sinne: relationale Datenbanken

Grundkriterien für das Verhalten von relationalen Datenbanken: ACID am Beispiel "Überweisung zwischen zwei Bankkonten"

klassisches Problem mit relationalen Datenbanken: Wie klassifiziert man die Welt? Welche Attribute kann man bei Objekten voraussetzen?

abseits von relationalen Datenbanken und SQL: NoSQL

Arten von NoSQL-Datenbanken, die tatsächlich nützlich sind:

Die CPU ist als der zentrale Baustein praktisch aller Computer bekannt.

Rückblick: Logikgatter (STP003)

Antwort auf Frage 1: Taktgenerator

Antwort auf Frage 2: Arithmetisch-logische Einheit (ALU)

Antwort auf Frage 3: Steuerwerk in der CPU (oder GPU)

Befehle sind in Maschinensprache kodiert

Ausführung eines Befehls ist unterteilt in mehrere Schritte

Überlegungen für schnelle Programme

Heute geht es viel um Spiele. Denn anscheinend sind diese fast das Einzige, das Xyrill und ttimeless einfällt, wenn es um 3D-Grafik geht.

Vergleich zu 2D-Desktop-Grafik (STP008)

Vorbemerkungen zu den folgenden Schritten:

Schritt 1: 3D-Modell mit Polygonen

Schritt 2: Kamera

Schritt 3: Ausmalen der Polygone (Rasterisierung)

Schritt 4: Texturen

Einwurf: Was unterscheidet einen Grafikprozessor (GPU) von einem Hauptprozessor (CPU)?

Schritt 5: Shader

Schritt 6: Beleuchtung

es gibt noch so viel mehr: Kantenglättung (Antialiasing), lineares und anisotropisches Filtern, Normal Mapping, Raytracing

„Wir nehmen diese Ausrede Grafik, um in diesen Grundlagenfolgen Dinge zu erklären, die überhaupt nichts mit Grafik zu tun zu haben scheinen, aber dann machen wir den Bogen doch wieder zurück.“

Rückbezug zu STP001: Ganzzahlen

Festkommazahlen

Fließkommazahlen

Bestandteile einer Fließkommazahl

Rechenoperationen ungefähr analog zum Rechenschieber

Kodierung: fast immer gemäß IEEE-754-Standard

Implementation von Fließkommarechnungen

Fallstricke bei Fließkommarechnungen

Anwendungsbereiche üblicher Fließkommaformate

Hier nun der zweite Teil unserer Reihe über die Herkunft und Darstellung von Grafik.

computergenerierte Bilder sind rasterisiert (in Bildpunkte unterteilt)

Farbe ist nicht eine einzige Zahl, sondern ein Punkt in einem mehrdimensionalen Farbraum

Beispielrechnung: Wie groß ist der Datenstrom zu einem normalen Computermonitor?

Bildaufbau in traditionellen Systemen mit 2D-Grafik (z.B. Spielkonsolen der 80er und frühen 90er) erfolgt meist mittels Sprites

in Abgrenzung dazu: Vektorgrafik

Bildaufbau in traditionellen Desktopsystemen (z.B. Windows 95 bis XP) ist eine Mischung aus beiden

seit den 2000er-Jahren werden auch 2D-Bilder zunehmend auf der Grafikkarte berechnet, denn:

Für große Teile der Anwender liegt sie im Verborgenen. Versteckt unter Plastik- und Metallgehäusen ist die Welt der Speicher ein ebenso fremder wie faszinierender Ort. Doch auch hier herscht eine strenge Rangordnung, bestimmt allein von Geschwindigkeit und Ausdauer. Hört selbst, welch beschwerlicher Weg sich auftut, wenn Bits sich auf die Reise machen, um verarbeitet zu werden.

Rückbezug zu STP003: Logikgatter

Kurzabriss zum Thema Harvard-Architektur vs. Von-Neumann-Architektur

grundsätzliche Arten von Speichern

In der folgenden Liste der verschiedenen Hierarchiestufen sind alle konkreten Zahlenwerte nur illustrative Beispielwerte für Hardware der aktuellen Generation.

Stufe 1: Festplatte

Stufe 2: SSD

Stufe 3: Arbeitsspeicher (RAM)

Stufe 4: Cache (Zwischenspeicher) des Prozessors

Stufe 5: Registerbank des Prozessors

andere mögliche Hierarchiestufen

Speicher aus Sicht des Programmierers

Quelle: "What every programmer should know about memory"

Computer haben heute unglaublich leistungsfähige Grafik. Warum verwenden so viele Computer-Experten dann immer noch textbasierte Terminals?

Begriffsklärung

Warum werden Terminals oft gegenüber grafischen Oberflächen (GUI) bevorzugt?

Nachteile von Terminals

Befehlszeilen gibt es überall, aber besonders prägend ist die von Unix

Unix-Philosophie

Unix-Philosophie im Kontext des Terminals

Beispiel: Wir wollen aus einem gegebenen Text die häufigsten Wörter bestimmen.

Abendgedanken: Eine Lernkurve ist nicht unbedingt ein Nachteil. Es ist durchaus wertvoll, wenn ein Programm seinem Nutzer richtig kommuniziert, wie viel Einarbeitung und Wissen erforderlich ist. Siehe LaTeX vs. Word.

Im Gespräch erwähnt wurden auch:

Errata: Der Begriff "Mem" wurde nicht von Douglas Hofstadter eingeführt, sondern von Richard Dawkins (in seinem Buch "Das egoistische Gen").

Jeweils mit | head, um nur die ersten 10 Zeilen zu zeigen.

Hier sieht man keine Wörter im engeren Sinne, sondern Folgen von Sonderzeichen, deren Zeichen aus technischen Gründen vor den eigentlichen Buchstaben einsortiert werden. In der ganz ersten Zeile taucht die Anzahl von Zeilen auf, die nach Schritt 2 komplett leer waren (zum Beispiel Leerzeilen, die im Ursprungsdokument Absätze voneinander trennen).

Aufgrund der Sortierreihenfolge sehen wir hier besonders seltene Ergebnisse mit je einem Treffer.

Das Endergebnis.