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Zur Logik von Computern. Haben Computer ein Selbstbewusstsein?

Wissenschaftlicher Aufsatz 2019 20 Seiten

Informatik - Künstliche Intelligenz

Leseprobe

Inhalt

1 Problemstellung

2. 1 Feder-Schnur-Gatter
2.2 Lochkarten-Gatter
2.3 Hebel-Gatter
2.4 Pneumatische Gatter
2.5 Magnetkern-Gatter
2.6 Elektromechanische Gatter
2.7 Schalter-Gatter
2.8 Relais-Gatter
2.9 Röhren-Gatter
2.10 Halbleiter-Gatter
2.11 Bewertung

3. Nervenzelle

4. Und nun?

5 Anhang
5.1 Vereinfachte Erläuterung zum Transistor
5.2 Selbstbau des Feder-Schnur-Gatters

Quellen

1 Problemstellung

Manche Autoren gehen „bis zum Beweis des Gegenteils“ 1 davon aus, daß es bald so umfangreiche und komplizierte Computer gibt, daß sie sich ihrer Informationsverarbeitung bewußt werden. Andere sind „bis zum Bweis des Gegenteils“ 2 vom Gegenteil überzeugt. Von Schüler/innen hört man auch diese zwei Meinungen.

Damit vermischt sich oft die Frage, ob Computer logische Entscheidungen treffen können.

Schüler/innen, die zur Logik der Computer etwas sagen, verstehen darunter meist die Boolsche Aussagelogik. Einige wissen, daß man durch eine Kombination nur von NAND’s oder durch eine Kombination nur von NOR’s alle übrigen logischen Rechenoperationen ausdrücken kann 3.

Manche wissen, daß es neben dieser zweiwertigen auch eine dreiwertige Logik oder eine mit unscharfen Abgrenzungen der Begriffe oder Aussagen (Injunktionen 4 z.B. bei der Fuzzy-Logik 5 verwendet wird.

Den Speicher und den Prozessor des Computers kann man als Kombination vieler z.B. NAND's aufbauen. Als ein Emergenz-Phänomen (also irgendwie in den Bausteinen schon angelegt) oder als ein Fulguration-Phänomen (also in seiner Ausprägung nicht vorhersagbar) 6 soll er einmal Selbstbewußtsein erlangen.

Da ist es für mich von Interesse, ob dies von seinen Bauteilen abhängig sein soll. Zuerst also etwas über die NAND-Gatter.7

2.1 Feder-Schnur-Gatter

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Dieses Gatter manipuliert den Zustand (Knoten bei g oder d) an dem Ort C in Abhängigkeit von den Zuständen (Knoten bei a oder b) an zwei Orten A und B.

Statt „Knoten bei a“ kann man die Zustände auch mit „fern vom Gatter“ oder „in Leserichtung links“ (und vielleicht auch noch anders) beschreiben.8

Bei zwei Eingängen existieren vier Eingangswerte-Kombinationen (a bis d):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wenn man Schüler/innen ermitteln läßt, welche Rechenoperation von diesem ein-fachen Modul (im Anhang 5.2 ist ein schnell erstellter Aufbau dieses Gatters abgebildet) ausgeführt wird, wenn sie also die Zustände a, b, g und d den Begriffen wahr (oder ja) und falsch (oder nein) bzw. den logischen Werte 1 und 0 zuordnen sollen, so erhält man 4 verschiedenen Varianten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Je nach Interpretation „errechnet“ also dieses eine Gatter vier verschiedene logische Operationen.

2.2 Lochkarten-Gatter

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Auf beiden Karten der Abb. 3 sind A, D und H identisch.

Zur Orientierung werden auf einer Deck-Karte an die Lochreihen die Merkmale geschrieben

Zum Suchen stapelt man die Karten zusammen (es gibt eine abgeschrägte Kante zur Orientierung), steckt eine Stricknadel durch das relevante Loch und zieht sie hoch. Alle Karten mit den ausgestanzten Löchern, also mit dem Merkmal, fallen aus dem Stoß. Dann wiederholt man den Vorgang für das nächste Merkmal. Es ist natürlich auch möglich, nicht nacheinander, sondern mit zwei Nadeln gleichzeitig zu sortieren.9

Bei den Karten mit den zwei Lochreihen kann z.B. die äußere Reihe nur ein Hinweis auf eine andere Literatur sein und die zweite Lochreihe auf eine wichtige Quelle hin-weisen.

Nun kann man eine Zuordnung zu logischen Verknüpfungen verabreden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Randloch-Karteikarte wurden wohl als UND-Verknüpfung benutzt, aber natürlich für mehr als nur für zwei Merkmale.

2.3 Hebel-Gatter

Die Hebelverriegelung in Schlössern mit Bart- oder mit Sicherheitsschlüsseln stellen ebenfalls binäre Verknüpfungen her. Z.B. kann man beim Sicherheitsschloß das Ergebnis, daß der Zylinder gedreht werden kann, als logisch 1 (oder als logisch 0) interpretieren. Zum Drehen müssen sich dann die einzelnen Zuhaltungen durch die Schlüsselform in der Stellung wie Abb. 5 (dann z.B. logische 1 genannt) befinden. Es liegt dann eine UND-Verknüpfung (oder eine NAND-Verknüpfung) vor. Kann der Schlüssel von beiden Schloßseiten das Schloß öffnen, haben wir zusätzlich eine ODER-Verknüpfung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.4 Pneumatische Gatter

Bei hydraulischen und pneumatischen Maschinen, die sicher in einem sehr großen Temperaturbereich oder in starken elektromagnetischen oder radioaktiven Störfeldern arbeiten sollen, werden z.T. pneumatische Gatter eingesetzt. Davon fand ich folgende Varianten 10.

1. Fluidik-Gatter

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Verabredung I Verabredung II

Ohne Druckluft 1 0

Mit Druckluft 0 1

Also ein NAND-Gatter, also ein NOR-Gatter

Es wird wohl in der Regel Verabredung II, hier also als NOR-Gatter, verwendet

Würde der Abluft-Ausgang als Datenausgang benutzt, hätte man ein UND- bzw. ein ODER-Gatter.

Der zuführende Luftstrom (unterer Pfeil) symbolisiert keinen logischen Zustand, der obere dient als Steuerungsstrom für das Folge-Gatter.

Die Konstruktion erfolgte in diesem Fall so, daß

1. ohne Druck von A oder B her, die Strömung zu C verläuft und
2. der Druck bei C größer als der (notwendige) bei A oder B ist, also eine Verstärkung vorliegt und mehrere Folge-Gatter angesteuert werden können.

Bei einem demonstrierten Modul war die Anordnung und Form der Kanäle so gewählt, daß die Flip-Flop Funktion (Speicher) erfüllt wurde.

2. Turbulenz-Gatter

Liegt an den Eingängen A und B kein Druck vor, so strömt die Luft laminar zum Ausgang C (Abb. 7). Strömt entweder vom Eingang A oder B oder von beiden Luft ein (Abb. 8), wird der laminare Luftstrom turbulent und entweicht nicht durch den Ausgang C, sondern durch den Abluftkanal.

Gilt die Verabredung: hoher Druck entspricht 1 und niedriger 0, so verwendet man das Modul als NOR-Gatter.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3. Doppelmembran-Gatter

Je nach Anschluß der Leitungen erfüllt dieses Modul verschiedene Funktionen.

Abb. 9 zeigt es in Ruhestellung, wenn bei den Anschlüssen a und d der gleiche Steuerdruck (also beide hoch oder beide niedrig) vorliegt. Dann kann Luft von den Eingängen b und c zum Ausgang e gelangen.

Abb. 10 zeigt es in einer der beiden möglichen Arbeitsstellungen. Hier ist der Druck beim Eingang d hoch und der beim Eingang a niedrig, also wird Eingang c geschlossen. Die beiden Verschlußpfropfen sind starr miteinander verbunden. Die Kanäle b und c können also beide offen sein oder nur einer von beiden ist geschlossen.

Verwendung:

a) Die Kanäle a und b bleiben unbenutzt und an Kanal c liegt ein Steuerdruck an. Dann ergibt sich am Ausgang e der inverse Druck zum Eingang d. Das Modul wird also als NICHT-Gatter benutzt..
b) Kanal b bleibt unbenutzt und an Kanal d liegt ein Steuerdruck an. Die Luft von Eingang c kann nur dann zum Ausgang e, wenn auch an Eingang a Druck anliegt: Das Modul wird also als UND-Gatter benutzt. Beide in Reihe ergeben ein NAND-Gatter.

2.5 Magnetkern-Gatter

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 11

Die Ausgangsspulen I und J ergeben inverse Antworten, daher steht oben z.B.: NAND - oder AND - Funktion.

Wird gleichzeitig auch Spule F aktiviert, so hebt diese die Wirkung von z.B. Spule C auf oder reduziert die magnetisierende Wirkung von z.B. Spule A.

Mit Spule G kann die Ansprechschwelle der Spulen A bis F erhöht oder auch erniedrigt werden. Das ist eventuell bei der Majoritäts-Funktion von Nutzen.

Zum Abfragen wird an der Spule H ein Impuls erzeugt. Kommt es dabei zur Ummagnetisierung des Ferritkerns, so wird in den Ausgangsspulen I und J ein Spannungsstoß induziert.11

Je nach Wicklungssinn der Ausgangsspule liegt eine direkte (z.B. UND) oder die dazu inverse Funktion (z.B. NAND) vor.

In Japan wurde der Rechner Musaino um 1957 und in Kanada die Rechner SIRUS und ORION 1 um 1960 mit dieser Sorte Gatter gebaut 12.

2.6 Elektromechanische Gatter

Der Rechner Z1 (1938) von Konrad Zuse enthält mechanische Bauteile. Abbildung im Internet 13.

2.7 Schalter-Gatter

Z.B. konnte so ab etwa 1968 mit dem Logikus 14 die Grundzüge der Zuordnung der Boolschen Algebra mit den Werten 0 und 1 zur sogenannten Schalteralgebra mit den Werten L (Strom kann fließen) und O (Strom kann nicht fließen) ausprobiert werden.

Allerdings muß man - wie bei 1. - die Schalterbewegungen noch mechanisch ausführen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Schiebeschalter ganz rechts in Abb. 13 und 14 - hier ohne Funktion - ist in der alternativen Stellung.

Man mag das Entwerfen eines „Verdrahtungsplans“ und Herstellen der Steckverbindungen archaisch finden, aber bei Analogrechnern besteht die Programmierung auch durch Herstellen von Verbindungen.15

2.8 Relais-Gatter

2.8.1 Im Zuse-Rechner Z2 (1939) wurden Relais-Gatter verwendet. Abbildung im Internet 13. Zur Ansteuerung von Maschinen wurden verschiedene Relais-Gatter verwendet 16. Als Demonstrationsgeräte für die Schule gab es den

2.8.2 Isomat 17, mit dem man durch Auflage von verschiedenen Deckblättern bei gleicher Relaisanordung die Schalteranordnung, die logische Struktur oder ein einfaches Nervennetz veranschaulichen konnte.

2.8.3 Ein programmierbarer Relais-Rechner für die Schule 18 (den Namen weiß ich nicht mehr) hatte einen 1 Bit -Prozessor und verfügte über 8 Befehle.

2.8.4 Zur einfachen Demonstration läßt sich ein NAND-Gatter mit 2 Relais A und B wie in Abb. 8 zusammenbauen. Gezeichnet ist der stromlose Ruhezustand. Das Relais Z hat keine logische Funktion, es trennt, wenn der Ausgang Qz benutzt wird, vergleichbare Aufbauen bei Parallelschaltungen von einander. Man spricht von einer Tristate-Schaltung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 11

Beim Relais dachten Schüler auch ans Morsen. So wird manchmal angegeben 19, daß der Morse-Code ein Binär-Code sei: Punkt und Strich.

Er besteht aber

1. entweder aus: a) Punkt, b) Strich, c) kurze Pause (dazwischen), d) mittlere Pause (zwischen zwei Buchstaben) und e) lange Pause (zwischen zwei Worten) oder
2. es werden Schreiben S und Nichtschreiben S als Binärcode gewählt und außerdem ist ein Zeittakt vorgegeben. Dann entspricht z.B.

dem Punkt: SS

dem Strich: S S S

der Pause zwischen zwei Buchstaben: S

der Pause zwischen zwei Worten: SS

2.9 Röhren-Gatter

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.10 Halbleiter-Gatter

(Nur mal zum Vergleich zum DERA:

Der 16 Bit Intel-Prozessor 80468 aus dem Jahr 1989 enthält etwa 1,2 x 106 Transistoren auf einer Fläche von etwa 2 cm2 und er hat 196 Anschluß-Kontakte.20

Die Stromversorgung der Schaltungen war nicht einheitlich.21

Die Betriebsspannung liegt, je nach Schaltung - zwischen U = 3,3 V und U = 24 V. Anfangs waren zwei in Reihe geschaltete Spannungsquellen notwendig. Der Verbindungspunkt wird gnd (Grund) genannt. Dann ergeben sich z.B. die Pegel

P = + 6 V, gnd = 0 V und N = - 6V (Vgl. Anhang 1.)

Man bezeichnet heute den positivsten Pegel als H (high) und den negativsten als L (low).22.

Dann ging man zu nur einer Spannungsquelle mit z.B. U = 5 V über und legte den Pluspol auf Masse. Vermutlich, weil man PNP -Transistoren verwendete.

So galt für die Zuordnung von elektrischem Pegel zum logischen Wahrheitswert bis etwa 1970 die Verabredung, daß der Pegel L dem Wahrheitswert L (oder der Ziffer 1) und der Pegel H dem Wahrheitswert O (oder der Ziffer 0) entsprechen soll 23.

Man spricht heute bei dieser Zuordnung von „negativer Logik“.

Sie wird meines Wissens nur noch bei der seriellen Schnittstelle RS232 benutzt 24.

Dann - wohl mit der Verbreitung der NPN - Transistoren - verabredete man, daß der Pegel H dem Wahrheitswert L (oder der Ziffer 1) und der Pegel L dem Wahrheitswert O (oder der Ziffer 0) entsprechen soll.

Wegen dieser Verwirrungsmöglichkeit (L als Pegel oder L als Wahrheitswert) verwendet man in der Technik als Pegel H und L und als logische Werte 1 und 0.

Man spricht heute bei dieser Zuordnung von „positiver Logik“.

Also:

Die Aussagelogik verwendet die Wahrheitswerte wahr und falsch.

Die Boolsche Algebra ordnet diesen die logischen Werte 1 und 0 zu.

Dazu wurde verabredet, dies mit den Pegeln H und L zu simulieren.

Vorübergehend gaben Firmen für ihre Gatter an, welche logische Funktion sie bei negativer und welche bei positiver Logik aufwiesen 25.

Die folgenden Abbildungen zeigen verschiedene Grundschaltungen für ein NAND-Gatter. Die wirklich verwendeten Schaltungen enthalten weitere Bauteile, die dann verschiedene Kenndaten festlegen (und eventuell mit Patenten zusammenhängen).

P ist mit dem positiven Pol der Spannungsquelle,

N mit dem negativen Pol verbunden.

Bei zwei Spannungsquellen sind beide mit dem Bezugspunkt

0 oder gnd verbunden.

Q ist der Ausgang der Schaltung.

Die Eingänge (oft A, B usw. oder E1, E2 usw.) sind hier nicht benannt.

Im Anhang 5.1 steht eine kurzgefaßte Erläuterung zu den Transistoren.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wie bei dem Magnetkern-Gatter wurden auch mit Halbleitern Majoritäts-Gatter (auch Schwellwert-Gatter oder Threshold-Gatter genannt) erprobt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Mit einer einstellbaren Spannung wird festgelegt, ob ein NAND-, ein Majoritäts- oder ein NOR-Gatter (und mit dem anderen Ausgang die jeweils inverse Funktion) vorliegt.

1964 wurde mit etwa 3500 dieser Gatter nach Abb. 34 der Rechner DONUT (Digitally-Operatet-Networks-Using-Thesholds) 26 von der Fa. G.E. Company gebaut.

Abb. 35 zeigt eine verbesserte Schaltung, die dann so ähnlich in einem IC eingesetzt wurde. 27.

2.11 Bewertung

Von der Logik her sind die hier aufgezählten Varianten (es gibt sicherlich noch mehr) gleichwertig.

Es wird mitunter 28 darauf verwiesen, daß es bei logischen Entscheidungen oder beim Bewußtsein um die Verarbeitung von Informationen und nicht um Energie oder die gerade verwendete Hardware geht und man also bei genügend komplizierten Anlagen Selbstbewußtsein anzunehmen ist. Das verstehe ich so, daß es sowohl für die heute in IC’s benutzten Aufbauten nach Abb. 33, aber auch für entsprechend komplizierte Rechner mit Gatter nach Abb. 1 gilt.

Die Informationsverarbeitung muß aber aktiv stattfinden, denn sonst würde ja auch der Verdrahtungsplan des Computers bereits Selbstbewußtsein haben können.

Von der Bedienung her sind für umfangreiche Anlagen die mechanischen und elektromechanischen Aufbauten extrem unpraktisch. Daher werden die Aufbauen heute mit IC’s nach Abb. 33 gebaut und nur ihnen Bewußtsein zugetraut.

Hier wurde davon ausgegangen, daß sowohl alle logischen Operationen als auch die Speicherung (2 Gatter werden zu einem Flip-Flop verbunden) mit NAND’s zu erreichen sind. In der Praxis werden für alle Funktionen eigene IC’s gefertigt und viele derartige Gruppen in einem IC zusammengefaßt. Ob die Gatter diskret aufgebaut oder in eine integrierte Schaltung zusammengefaßt werden, ist für die Logik ohne Bedeutung.

Zu den anfangs höher integrierten Bausteinen gehörte das IC 74181 25, das noch im Tischrechner WANG 2200 als zentrale Recheneinheit (heute Prozessor) verwendet wurde.

3. Nervenzelle

Wenn mitunter geschrieben wird, daß eine Synapse durchlässig, die Nervenzelle also aktiv (= 1) oder undurchlässig, also in Ruhe (= 0) sein kann, ist diese Zweiteilung vereinfachend gemeint 29.

Dabei müßte man schon bei „in Ruhe“ zwei Varianten unterscheiden:

„in Ruhe“, da nicht aktiviert und „in Ruhe“, da in der Refraktärphase, also gerade nicht aktivierbar.

Die Nervenzelle kann also nicht oder mit steigender Frequenz bis z.B. f = 800 Hz „feuern“, also Aktionspotentiale über sein Axon weiterreichen. Die Intensität des Eingangssignals wird in eine Frequenz übersetzt 30.

Je nach dem Ort der Synapsen (ihre Anzahl kann pro Nervenzelle einige Hundert betragen) hat ein eintreffendes Aktionspotential einen unterschiedlichen Einfluß auf die Ausgangsfrequenz. Dadurch kann eine Nervenzelle sowohl wie ein UND-Gatter, wie ein Majoritäts-Gatter oder wie ein ODER-Gatter wirken.

Es gibt neben diesen aktivierenden Synapsen auch hemmende, die die Aktivität der Nervenzelle auch völlig unterdrücken können.

Eine Nervenzelle kann auch spontan aktiv sein, also mit der sogenannten Neutral- oder Nullfrequenz feuern. Durch aktivierende Synapsen kann dann die Ausgangsfrequenz erhöht werden und für uns z.B. beim Farbensehen zur Rotempfindung führen. Durch hemmende Synapsen kann die Frequenz abgesenkt werden und für uns zur Grünempfindung führen. Die Neutralfrequenz empfinden wir dann als diesbezüglich unbunt (Weiß, Grau, Schwarz).

Eine Nervenzelle kann auch an eine Daueraktivierung oder Dauerhemmung adaptieren.

Die Gewichtung einer Synapse kann durch ihre eigene Aktivität oder durch Tranmitter der Nachbarsynapsen oder durch äußere chemische Stoffe verändert werden. Dies tritt z.B. beim Lernen auf.

Die aufgezählten Leistungen (es gibt vielleicht noch mehr) beziehen sich auf eine einzige Zelle und allein im Gehirn befinden sich etwa 12 x 109 Nervenzellen.

4. Und nun?

Selbst wenn die technische Funktion eines technischen Aufbaus so gut verstanden ist, daß man sie vielleicht sogar reparieren kann, ist ihre „logische Funktion“ vom Aufbau her nicht festgelegt.

Wird (als Kürzel) gesagt, daß ein Computer eine logische Entscheidung trifft, so ist folgendes gemeint:

Der Computer manipuliert nach von uns festgelegten Regeln Zustände, wobei wir entschieden haben, welche Bedeutung diesen Zuständen momentan zukommen soll. Er simuliert gewissermaßen die Denkvorgänge. Bei dem im Abschnitt 2.8 angegebenen Isomat 17 wird entsprechend von Isomorphie gesprochen. Und isomorph bedeutet nicht identisch.

Wenn es nun um das Selbstbewußtsein bei Computern geht muß man beachten, daß in den Erläuterungen zum Selbstbewußtsein beim Menschen die Beziehungen zu seinem Nervensystem auch noch nicht völlig geklärt sind 31.

Es gibt Gehirnabschnitte, deren Tätigkeit mit Bewußtsein begabt sind und genauso komplexe und komplizierte Abschnitte, die es nicht sind.

Über einen anatomischen oder organisatorischen Unterschied zwischen beiden Bereichen des Nervensystems habe ich noch nichts gelesen.

Dazu ein Beispiel 32: Bei einer bestimmten Verletzung des Gehirns kommt es anschließend zum „blindsight“-Phänomen (Gehirnrinden-Blindheit). Der Patient ist bei völlig intakter Netzhaut völlig blind. Legt man vor ihm z.B. Besteck auf den Tisch und fordert ihn auf, z.B. den Teelöffel zu ergreifen, so erscheint ihm dies natürlich völlig unsinnig, aber trotzdem ergreift er ihn schnell und gezielt ohne zu suchen. Es funktionieren hier also Nervenkomplexe weiterhin völlig korrekt, aber jetzt ohne den sonst vorliegenden Aspekt des Bewußtseins.

Die verschiedenen Aspekte eines wahrgenommenen Gegenstandes (z.B. ein Ball ist klein, rot und grün gemustert, er bewegt sich auf mich zu, ist schwer etc.) werden einheitlich wahrgenommen. Es ist noch nicht klar, wie dieser „Bindungsprozeß“ im Gehirn gelöst ist. Es gibt die Hypothese, daß die an verschiedenen Gehirn-abschnitten verarbeiteten Aspekte dadurch einheitlich verbunden werden, daß in den ja räumlich getrennten Bereichen synchrone Oszillationen auftreten 33. Es existiert den Befunden nach keine Zusammenfassung an einem Ort.

Wie das für das Selbstbewußtsein notwendige Gedächtnis bei uns im Gehirn aufgebaut und abgefragt werden kann, ist wohl noch nicht geklärt. Es erfolgt sicherlich nicht wie beim Computer: dort wird entweder sequentiell - wie auf ein Tonband - gespeichert oder es werden jeweils Daten und die Folgeadresse an einer Adresse, also an einem Ort, zusammengefaßt.

Zu Speicherung von prozeduralen Ereignissen, die anschließend auch unbewußt abgerufen werden können, habe ich noch keine Erläuterung gehört.

Mich überzeugende Argumente für oder gegen ein Selbstbewußtsein der Computer habe ich nicht gelesen.

Also wenn schon, dann müßte man jedem unterschiedlichen System ein anders-artiges „Selbstbewußtsein“ zubilligen.

An das Userport eines C64 hatte ich (1986) einen primitiven Berührungssensor (zwei sich berührende Bleistiftminen) angeschlossen und auf das Gerät gelegt. In einem einfachen Progrämmchen wurde dann vorgegeben, daß bei kurzem Anstoßen des Gerätes auf dem Bildschirm „Paß doch auf“ und bei längerem oder kräftigeren Anstoßen „Aua“ ausgegeben wurde. Hatte nun der C64 Schmerzen?

Was geschieht mit dem eventuell vorhandenen Selbstbewußtsein eines Compters, wenn wir die verwendeten Gatter z.B. nicht mehr als NAND, sondern als NOR oder ein elektronisches Gatter nicht mehr nach der „positiven“, sondern nach der „negativen Logik“ interpretieren? Und was geschieht mit ihm, wenn man einen Teil eines Computers mit einer anderen Sorte Gatter gleicher Funktion austauscht?

All das verstehe ich nicht.

5 Anhang

5.1 Vereinfachte Erläuterung zum Transistor

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Physiker reden meist von Potential, Techniker meist von Pegel.

Zur Vorhersage des Pegels UQ am Ausgang Q in Abhängigkeit des Pegels UE am Eingang E benötigt man die aus einem einfachen Versuch gewonnene Kenntnis, daß der Widerstand zwischen E (Emitter) und C (Kollektor) groß ist, wenn B (Basis) in etwa den Pegel von E hat (z.B. UBE < 0,4 V) und klein ist, wenn der Pegel bei B sich dem Pegels von C annähert (z.B. UBE > 0,8 V).

Bei PNP-Transistoren (Abb. 36) liegt C in Richtung des negativen Pegels, bei NPN-Transistoren (Abb. 37) in Richtung des positiven Pegels.

Bei den MOS-Transistoren vom n-Typ (Abb. 32) ist der Widerstand zwischen D (Drain) und S (Source) klein, wenn an G (Gate) der H-Pegel und groß, wenn dort der L-Pegel anliegt.

Bei den CMOS-Transistoren (Abb. 33) ist der schwarz markierte ein n-Typ. Er verhält sich wie der eben beschriebene. Der weiß markierte Transistor ist ein p-Typ, der sich umgekehrt verhält.

Dann erlaubt das „Ohmsche Gesetz“ (U = I ▪ R) auch ohne Rechnung die Vorhersage, ob der Pegel bei Q (also die Ausgangs-Spannung UQO) hoch (H) oder niedrig (L) ist.

5.2 Selbstbau des Feder-Schnur-Gatters

Schnell zusammengebaut funktionierte das Rechengatter aus „Apraphul“ (statt der vier Rollen bei DEWDNEY benutze ich einfach Nägel) wie gewünscht. Um die Fäden gespannt zu halten, (was sonst von voran- und nachgeschalteten Modulen bewirkt würde,) wurde es um die drei hier horizontal angeordneten Federn ergänzt. Die beiden weißen Nägel an den Eingängen werden in Löchern eingesteckt und so die Eingangswerte vorgegeben. (Vgl. folgenden Selbstbaus.)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 34

Quellen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(1) Albrecht, K. / Farber, M.: Elektronik mit Halbleiter-Bauelementen - Aulis Verlag, Köln 1973

(2) Anschütz, H.: Kybernetik -kurz und bündig - Vogelverlag, Würzburg 1967

(3) Bauer, F.L. / Goos, G.: Informatik, Bd. 1 - Springerverlag, Berlin 1971

(4) Beckmann, E.: Computer treffen logische Entscheidungen, Seite 246 - in 31

(5) Bernhard, ..: Digitale Steuerungstechnik - Vogelverlag, Würzburg 1964

(6) Birett, H.: Funktionsmodelle - Versuche zur biologischen Nachrichtenverarbei-tung, (Anleitung zum Lectron-System), Diesterwegverlag, Frankfurt/M, 1974

(7) Blüm, H.: Der Computer - Industrie-Druck, Göttingen 1967

(8) Blüm, H.: Bool’sche Algebra - System 1300 - Lectron, Frankfurt /M

(9) Braun-Lectron AG: Frankfurt/M, Rüsselsheimerstrasse, 1971

(10) Dewdney, A. W.: Computer-Kurzweil - Spektrum 1989, Heft 4, Seite 5 - 11 und Heft 10, Seite 16-17

(11) Drösser, C.: Fuzzy Logik - Methodische Einführung in krauses Denken - rororo, Hamburg 1995

(12) Dudel, J. / Menzel, R./ Schmidt, R.F.: Neurowissenschaft - Springerverlag, Berlin 1996

(13) Erismann, T.H.: Zwischen Technik und Psychologie - Springer Verlag, Berlin 1968

(14) Evans, D.: Schaltungslogik und Speicher digitaler Rechenanlagen, S. 33 in 40

(15) Feldtkeller, R.: Aufnahme und Verarbeitung von Nachrichten durch Organismen - Hirzel Verlag, Stuttgart 1961

(16) Flechtner, H.J.:Grundbegriffe der Kybernetik - Eine Einleitung - Wissen-schaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1967

(17) Ganslandt, R.: Kosmos Logikus: Der Spaghettiprozessor - ZEIT vom 10.11.95

(18) Götz, E.: Binäre Schaltalgebra für ruhende Steuerungen - AEG-Mitteilungen, 1960, Heft 1 / 2, Seite 66-75

(19) Götz, E. et al.: Transistoren in Steuerungen mit logischen Schaltelementen - Elektrotechnische Zeitschrift, 1959, Heft 15, Seite 487 - 492

(20) Grauel, A.: Fuzzy-Logik - Einführung in die Gundlagen mit Anwendungen - B.I. Wissenschaftsverlag, Mannheim 1995

(21) Gronau, G.: Physikalisches Experimentierbuch - Viewegverlag, Braunschweig 1966

(22) Hahn, W.: Elektronik-Praktikum für Informatiker - Springerverlag, Berlin 1971

(23) Hassenstein, B.: Kybernetik und biologische Forschung, aus Handbuch der Biologie Bd 1/2 - Akademische Verlagsgesellschaft Athenaion, Frankfurt/M 1966

(24) Hassenstein, B.: Erklären und Verstehen in den Naturwissenschaften - Freiburger DIES Universitatis S. 100 bis 122 Verlag Schulz Freiburg 1967

(25) Hurst, S. L.: Schwellwertlogik - Hüthigverlag, Heidelberg 1974 Seite 56

(26) Kreß, K.: Digitale Elektronik und Computer - Diesterwegverlag, Frankfurt/M 1977

(27) Kreß, K. et al.: Elektronik - Diesterweg, Frankfurt/M 1989

(28) Küpfmüller, K.: Die nachrichtenverarbeitende Funktion der Nervenzellen - in 15

(29) Lohberg, R.: Spielcomputer Logikus - Kosmos, Franckh Verlag, Stuttgart 1969

(30) Lorenz, K.: Die Rückseite des Spiegels - Piper, München 1973

(31) Pütz, J.. Einführung in die Elektronik - Fischer Verlag- Frankfurt/M 1974

(32) Pütz,J. (?): Die Zeichnung habe ich mir nach einer Demonstration in einer Fernsehsendung so um 1975, vermutlich moderiert von Jean Pütz, aufgemalt.

(33) Roth, G.:Das Gehirn und seine Wirklichkeit - Suhrkamp, Frankfurt/M 1994

(34) Schaefer, G.: Kybernetik und Biologie - Metzlersche Verlagshandlung, Stuttgart 1972 Seite 131 bis 137 Isomat, Phywe

(35) Schinze, G.: Das AEG-Steuerungssystem LOGISTAT - AEG-Mitteilungen, 1960, Heft 1 / 2, Seite 76 - 83

(36) Schmidt,R.F./Thews, G.: Einführung in die Physiologie des Menschen - Springerverlag, Berlin 1976

(37) Schubert, J.: Experimente zur Computertechnik - Braun-Lectron, Frankfurt/M

(38) Schweigert, H.: Elektronische Grundschaltungen - Franzis-Verlag, München 1967

(39) Siemens: Digitale Schaltungen - Datenbuch - , München 1977

(40) Steinbuch, K.: Informatik Computer und künstliche Intelligenz - Umschauverlag, Frankfurt /M1966

(41) Steinbuch Automat und Mensch Springerverlag Berlin 1971

(42) Telefunken: Taschenbuch für Röhren und Halbleiter – Ulm 1963

(43) Tischer, M.: PC 4 intern - DATA Becker, Düsseldorf 1994

(44) Valvo: Digitale-Bausteine - Hamburg 1968

(45) Walcher, W.. Praktikum der Physik - Teubner Verlag, Stuttgart 1971

(46) Wolf, H. (Elektrotechnik-Student): Schaltungen 25 aufgemalt

(47) www.horst-zuse.homepage.t-online.de

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Seiten
20
Jahr
2019
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v506485
Note
Schlagworte
Mechanische pneumatische magnetische elektromechanische Röhren und Halbleiter Gatter Vergleich zur Nervenzelle NOR NAND Computer

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Titel: Zur Logik von Computern. Haben Computer ein Selbstbewusstsein?