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.

Wie in Folge 0 bereits erwähnt, tun wir viele Dinge mit Computern. Genauer tun wir sie in oder mit dem Internet.

Vorbemerkung: Daten im Computer bzw. im Computernetzwerk sind immer nur Zahlen

Rückerinnerung zu STP002: Protokolle

Computer-Netzwerke brauchen einen ganzen Stapel von Protokollen, die aufeinander aufbauen

Schicht 1: Bitübertragungsschicht ("Physical Layer")

Schicht 2: Sicherungsschicht ("Data Layer")

Schicht 3: Vermittlungsschicht ("Network Layer")

Schicht 4: Transportschicht ("Transport Layer")

Schicht 5-7: Anwendungsschicht ("Application Layer")

Grenzen des Schichtenmodells

Zum Weiterhören

Lesestoff ;)

Es geht um die Gretchenfrage der IT-Sicherheit. Wie müssen Passwörter aussehen?

Through twenty years of effort, we've successfully trained everyone to use passwords that are hard for humans to remember, but easy for computers to guess.

Wir haben zwanzig [mittlerweile dreißig – d. Red.] Jahre lang allen eingeredet, Passwörter zu verwenden, die schwer zu merken sind, aber leicht von Computern geraten werden können.

Quelle: Zitat aus XKCD Comic #936.

Motivation: Authentifizierung (Identitätsbeweis)

Theorie: Hash-Funktionen

Was können Nutzer machen, um sich zu schützen?

Rant: Sicherheitsmaßnahmen, die nicht wirklich bessere Sicherheit bringen

Was können Webseitenbetreiber machen, um Auth. sicher zu machen?

Gibt es eine Alternative zu Passwörtern?

Heute erklärt Xyrill Logikgatter. Und das, obwohl er selbst nicht so genau weiß, was da drin ist.

Rückblick STP001: Binärzahlen sind dargestellt als Folge von Bits

Ziel: Berechnungen auf solchen Zahlen

Logikgatter mit einem Eingang und einem Ausgang

Logikgatter mit zwei Eingängen und einem Ausgang

Beispiel für eine Logikschaltung: Addiernetz

Warum sind Logikgatter interessant?