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COMPUTERARCHITEKTUR UND SOFTWARE
COMPUTERARCHITEKTUR UND SOFTWARE

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von Alexander Ausserstorfer
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Jemand bezeichnete mich vor einiger Zeit
als "Steinzeitmensch", weil meine Rech-
ner alle von der britischen Firma Acorn
stammen und über 10 Jahre alt sind.

Die meisten heute verwendeten Systeme
(Windows, Linux, Apple) basieren auf
Konzepten aus den Sechziger Jahren oder
gehen auf diese zurück. Die einzige
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wirkliche Neuerung - bis heute - sind
die auf Chips integrierten Schaltkreise
(ICs), eine ständige Erhöhung der Takt-
frequenz sowie Erhöhung der Integra-
tionsdichte der ICs.

MacOS ist ein auf UNIX basierendes Sys-
tem. UNIX ist ein für Computernetzwerke
ausgelegtes Betriebssystem, welches sei-
nen Anfang bereits in den Sechziger Jah-
ren nahm. Inzwischen gibt es unzählige
Sprösslinge, d. h. Betriebssysteme, wel-
che alle auf UNIX zurückzuführen, also
alle Weiterentwicklungen von UNIX sind.
Neben MacOS gibt es z. B. noch Solaris
von SUN, das ebenfalls auf UNIX zurück-
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zuführen ist, auf dem Markt aber - außer
im Server-Bereich - kaum eine Rolle
spielt. All diese UNIX-Sprösslinge sind
jedoch z. T. untereinander inkompatibel.

Linux ist eine komplette Neuentwicklung
eines Betriebssystems, orientiert sich
jedoch in vielen Punkten an UNIX. Es
nahm in den Neunziger Jahren seinen An-
fang und wird inzwischen von vielen Fir-
men, wie z. B. IBM, unterstützt und auch
eingesetzt. Der Quellcode von Linux ist
offen. Jeder kann daran mitentwickeln.

Ähnlich UNIX, gibt es auch von Linux in-
zwischen viele eigene Entwicklungszweige
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und unterschiedliche Distributionen. Li-
nux ist daher nur der Oberbegriff einer
tatsächlich vorliegenden Anzahl von mit-
einander verwandten Betriebssystemen,
die alle auf den selben Ursprung zurück-
zuführen sind. Wie UNIX, ist auch Linux
in einer Hochsprache geschrieben und da-
her sehr langsam. Durch die Hardware-Ab-
straktion lässt es sich jedoch relativ
leicht auf neue Hardware portieren, d.h.
anpassen oder zum Laufen bringen.

Unter UNIX wurde die Fenstertechnik
(grafische Benutzeroberfläche) bereits
1984 unter dem Begriff "X Windows Sys-
tem" eingeführt. Dieses System ermög-
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licht es einem Programm, unter verschie-
denen Oberflächen zu laufen. Für UNIX
wie Linux gibt es z. B. die als KDE oder
GNOME bezeichneten Oberflächen. Das "X
Windows System" wird unter Linux und
UNIX bis heute verwendet. Es ermöglicht
zwar, die Bedienelemente von mehreren
Programmen auf dem Schirm abzubilden. Es
verhindert aber eine Interaktion der
Fenster verschiedener Programme, wie sie
unter RISC OS üblich ist.

Die Grundidee von RISC OS ist, dass zwei
verschiedene Fenster mit Inhalten (Da-
teien, Dokumente) gleichzeitig geöffnet
sind und Objekte (Dateien, Bilder, Gra-
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fiken) einfach mittels der Maus zwischen
diesen Fenstern hin- und herbewegt wer-
den können. Auf diese Weise kann man
nicht nur Dateien verschieben oder ko-
pieren, sondern auch verschiedene von
Anwendungsprogrammen geladene und in Da-
teien enthaltene Inhalte wie z. B. Text-
blöcke, ZIP-gepackte Dateien oder Bil-
der. In Ansätzen kann man diese Technik
bereits im Dateisystem von GEOS anwen-
den. Dort lassen sich Dateien per Drag &
Drop kopieren. Unter RISC OS funktio-
niert das jedoch viel allgemeiner und
für den Anwender völlig transparent zwi-
schen allen möglichen Programmen und
Speichermedien.
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Deshalb war RISC OS für den (damals 14-
jährigen) Verfasser auch eine logische
Weiterentwicklung des Commodore 64 und
GEOS.

Diese als "Drag & Drop" (englisch für
"Ziehen und Fallen lassen") bezeichnete
Technik wirkt auf einen Anwender sehr
schlicht, einfach und verständlich. Sie
ist intuitiv, weil sie wie im Alltag
funktioniert: Objekt nehmen, tragen, ab-
setzen. Tatsächlich ist sie technisch
jedoch sehr aufwändig zu realisieren.
Dies ist der Grund, warum sie von ande-
ren Betriebssystemen und Oberflächen bis
heute nicht vollständig, sondern nur in
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Ansätzen übernommen worden ist. Nicht
nur Betriebssysteme wie Windows müssten
von Grund auf neu geschrieben werden,
würde man diese Technik seinen Nutzern
anbieten wollen, sondern tatsächlich
auch gleich noch sämtliche Anwendungs-
programme mit hinzu.

Die heute am meist verbreitetste Prozes-
sorarchitektur ist die x86er des Halb-
leiterherstellers Intel. Der erste x86er
Prozessor war der bereits im Jahre 1978
erschienene 8086, welcher im IBM-PC ver-
baut wurde. Das eigentliche Konzept der
Prozessoren wurde bis heute nicht geän-
dert und hat bei Intel teilweise in eine
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Sackgasse geführt. Die Chip-Architektur
wurde nie neu entworfen, sondern immer
nur neu angepasst und erweitert. Die
Leistungssteigerung wurde hauptsächlich
durch die Erhöhung der Taktfrequenz so-
wie Unterbringung von Zusatzelektronik
als Rechenhilfe erreicht.

Man stelle sich als Veranschaulichung
eine Stadt vor, deren Straßen immer nur
erweitert, aber nie optimiert, d.h. ver-
kürzt und damit neu gebaut werden.

Sein Ziel erreicht man nun dadurch
schneller, indem man schneller fährt.
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Dies bedeutet, dass die Prozessoren im-
mer komplexer werden (inzwischen werden
bei Intel mehr als 15 Millionen Transis-
toren in einer x86-CPU untergebracht),
dadurch aber auch immer mehr Strom zie-
hen und Abwärme erzeugen. Man ist der-
zeit bei ca. 3 GHz Taktfrequenz, welche
sich kaum noch steigern lässt. Intel
versucht nun, diese Grenze durch die Un-
terbringung von mehreren Prozessorkernen
auf einem Chip zu umgehen. Leider wird
dadurch die Elektronik noch komplexer,
auch dürfte bei diesem Vorgehen weiter-
hin der Stromverbrauch zunehmen. Auch
ist die Programmierung von Mehrprozes-
sorsystemen nicht eben einfach. Wurden
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früher nur die Chips komplexer, werden
es heute auch die Compiler und damit er-
stellten Programme. Das System wird ins-
gesamt fehleranfälliger und - auch auf
Grund der hohen Taktfrequenz - weniger
langlebig, als dies früher allgemein üb-
lich war.

Das heute am meisten verbreitete Be-
triebssystem ist Windows des amerikani-
schen Unternehmens Microsoft. Microsoft
entwickelte ursprünglich Programmier-
sprachen und war der Urheber verschiede-
ner BASIC-Versionen, wie sie in den da-
mals populären Heimcomputern eingesetzt
wurden (z.B. Commodore 64). Die Entwick-
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lung von Windows begann ursprünglich mit
einer Nachprogrammierung von CP/M, das
Microsoft aufkaufte, veränderte und an
IBM für deren PCs lizenzierte. Es wurde
unter dem Namen MS-DOS bekannt. Später
war MS für den Kernel von OS/2 verant-
wortlich, das ebenfalls für IBM-PCs ent-
wickelt wurde. Durch den Erfolg des MS-
DOS-Aufsatzes Windows wurde der Kernel
jedoch bald schon in das eigene Be-
triebssystem eingebaut und MS-DOS durch
Windows abgelöst.

Microsoft entwickelte seine Software
kontinuierlich bis zum heutigen Tag (in-
zwischen Windows 7) weiter.
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Dabei handelt es sich jedoch meist nur
um den bunten und x-fachsten Aufguss und
Erweiterung alter Ideen, die bereits vor
langer Zeit existierten. Altes wird also
neu verpackt und unter bekannten Namen
verkauft.

Wer sich die Office-Programme von Win-
dows näher ansieht, wird etwa feststel-
len, dass verschiedene Programme wie MS-
Word oder MS-Excel eine Fenster-in-Fens-
ter-Technik verwenden. Word und Excel
basieren auf Programmen, die unter MS-
DOS laufen und eine eigene Oberfläche
mitbringen, inzwischen jedoch in Windows
integriert wurden. Dies erklärt die kom-
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plizierte Fenster-in-Fenster-Technik mit
einer sehr umständlichen, für den Anwen-
der undurchsichtigen und zeitraubenden
Lade- und Speicherprozedur.

Kann man einen Computer als modern be-
zeichnen, dessen Technologie auf einem
Fundament steht, das bereits vor mehr
als vierzig Jahren gesät wurde?

Schon Ende der Achtziger Jahre gab es
ein Umdenken. Insbesondere zu nennen wä-
ren etwa die Prozessoren "PowerPC" des
Herstellers IBM (unter Mitarbeit von
Apple und Motorola), "Sparc" des Her-
stellers SUN oder "ARM" des britischen
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Unternehmens ARM Ltd. All diese Prozes-
soren sind moderne Entwürfe mit eigenem
Befehlssatz, die zueinander (und auch
zur x86-Architektur von Intel) inkompa-
tibel sind. Darüber hinaus gibt es wei-
tere Prozessoren wie den Alpha-Prozes-
sor, der lange Zeit in den schnellsten
Computeranlagen überhaupt werkelte (und
trotz nur 1,2 Millionen Transistoren In-
tels Pentium bei weitem in der Rechen-
leistung schlug).

Inzwischen wird der Alpha-Prozessor mit
dem völlig neuentwickelten Itanium von
Intel zusammengeführt.
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Diese völlig neuen Entwürfe von Prozes-
soren sind alle sehr schlank ausgelegt,
verfügen also über möglichst wenig inte-
grierte Schaltkreise (Elektronik) und
damit auch ausführbare Maschinenbefehle.
Zudem sind die Prozessoren meist fest
verdrahtet und haben z. T. keine Mikro-
programme mehr. Ihre Struktur ist ein-
fach.

Mikroprogrammierung bedeutet, dass ein
Maschinenbefehl tatsächlich erst mittels
einem Mikroprogramm umgesetzt und dann
die einzelnen Schritte ausgeführt werden
müssen. Bei mikroprogrammlosen Prozesso-
ren werden die Maschinenbefehle unmit-
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telbar durch die Elektronik ausgeführt.
Deshalb weisen solche Prozessoren viel
weniger Maschinenbefehle (meist nur die
nötigsten) als mikroprogrammierbare auf.
Dies bedeutet, dass ein Assemblerpro-
gramm für mikroprogrammlose Prozessoren
wesentlich länger als ein vergleichbares
für mikroprogrammierbare Prozessoren ist
und die Maschinenbefehle nicht nachträg-
lich änderbar sind; jedoch werden die
Programme von mikroprogrammlosen Prozes-
soren wesentlich schneller, weil direkt,
ausgeführt. Außerdem ist der Prozessor
wesentlich einfacher aufgebaut, kommt
also mit weniger Schaltungen daher und
deshalb mit weniger Strom aus. Solche
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Prozessoren werden - wegen des einge-
schränkten Befehlssatzes - RISC-Prozes-
soren genannt (RISC: Reduced Instruction
Set Computing).

Während der PowerPC u. a. in Apple's und
Sparc in SUN's eigenen Computern verbaut
wurden und werden (Apple verwendet in-
zwischen selbst die x86-Architektur für
seine Macs, und SUN bietet neben der mo-
dernen Sparc-Architektur mittlerweile
auch Computer auf x86-Architektur an),
die mit den auf UNIX-basierenden Be-
triebssystemen MacOS und Solaris ausge-
liefert werden, entwickelte das briti-
sche Unternehmen Acorn, aus dem später
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ARM Ltd. hervorgehen sollte, für seine
damals neuentwickelte ARM-CPU aus dem
Nichts ein eigenes, neuartiges Betriebs-
system mit völlig neuen und einzigarti-
gen Ideen: RISC OS. Es wurde in Assemb-
ler geschrieben. Dadurch ist es sehr
schnell, läuft jedoch auch nur auf be-
stimmten ARM-Prozessoren.

Acorn's Computer waren 1989/90 ein völ-
lig neuer Start in der Computerbranche
und brachten keine Altlasten mit.

Das ursprüngliche Unternehmen Acorn gibt
es inzwischen nicht mehr. Der Nachfolger
des RiscPCs wurde nie auf den Markt ge-
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bracht. Die RISC-Prozessoren werden heu-
te von ARM Ltd. entworfen. Die Technik
wird an Halbleiterhersteller wie Intel
lizenziert. ARM-CPUs werden vielfach in
portablen Geräten (Mobilfunktelefone,
PDAs usw.) eingesetzt, in denen es auf
geringen Stromverbrauch ankommt.

Von RISC OS gibt es inzwischen zwei Wei-
terentwicklungen, von denen eine Open-
Source und frei verfügbar ist. Zu finden
ist sie unter http://www.riscosopen.org.
Für MacOS und Windows-Systeme gibt es -
neben frei verfügbaren wie Red Squirrel
- auch eine kommerzielle virtuelle RISC-
PC-Maschine (VRPC):
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(http://www.virtualacorn.co.uk/). Eine
virtuelle Maschine ist ein Programm,
welches das Betreiben von RISC OS unter
Windows bzw. MacOS per Emulation erlaubt
(RISC OS benötigt einen bestimmten ARM-
CPU-Befehlssatz). Auch für Linux gibt es
einen frei verfügbaren Emulator, welcher
sich jedoch in keinster Weise mit VRPC
messen kann.

Besonders interessant ist die Entwick-
lung neuer Hardware wie das BeagleBoard,
auf das RISC OS derzeit portiert wird.

Auch der Amiga wurde kontinuierlich wei-
terentwickelt. Der Pegasos von Genesi
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lief mit einem PowerPC-Prozessor. Als
Betriebssystem kam u. a. MorphOS, eine
Weiterentwicklung von AmigaOS, zum Ein-
satz. Die neuen Rechner von Genesi sol-
len mit der ARM-Architektur laufen.

Das neue AmigaOS 4.1 ist z.B. erhältlich
unter:
http://www.vesalia.de/d_amigaos41.htm.

Neue Platinen oder gar vollständige
Rechner mit PowerPC, auf denen AmigaOS
nativ läuft (dafür wurde das AmigaOS
vollständig neu geschrieben), findet man
unter der gleichen Domain:
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http://www.vesalia.de/d_sam440ep.htm und
http://www.vesalia.de/d_sam440epflex.htm

Für 2010 wurde ein neuer Amiga-Rechner
angekündigt:
(http://www.a-eon.com/6.html). Offiziell
erfährt man jedoch kaum etwas über diese
Systeme.

An unserer FH konnte ich verschiedene
Systeme von Apple oder unter Windows und
Linux zur Genüge ausprobieren. Apple
bietet gegenüber Microsoft nicht wirk-
lich etwas Neues. Es scheint jedoch sta-
biler zu laufen. Linux stürzt zu oft ab.
Die Anwenderfreundlichkeit von RISC OS
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erreicht keine Oberfläche dieser Systeme
auch nur annähernd.

Die Vormachtstellung solcher auf so al-
ten Techniken beruhenden Systeme wie der
x86-Architektur oder Microsoft Windows
kann nur dadurch erklärt werden, dass
die meisten Menschen nicht bereit sind,
sich auf Neues einzulassen.

Die Wurzeln von Amiga-OS datieren sich
in die Anfänge bis Mitte der Achtziger
Jahre zurück.

RISC OS begann sich erst ab 1987 zu ent-
wickeln. Es sind keine früheren Versio-
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nen eines Betriebssystems bekannt, aus
denen sich diese Software entwickelt
hätte.

Wenn dann aber noch gesagt wird, dass
ich mit meinem System in der Steinzeit
lebe, frage ich mich, wie dumm ein
Mensch sein muss, um zu solch einer Aus-
sage zu gelangen.

DT 91 14 - Revision history

Nyquist at 20:33, 17 May 2011