Wie funktioniert die Software eines Computerchips?

@5okrates
Doch da sind sehr wohl reale Nullen und Einsen gespeichter, in Form von Spannungen bzw. Spannungsintervallen ...

@H.W.Flieh
Dito ... ich stimme dir da absolut zu ...

5okrates schrieb:Wie werden die Nullen und Einsen in elektrische Potentiale umgewandelt ?
Meines Erachtens gibt es keine Nullen und Einsen im Computer,

nein gibt es auch nicht. Es sind einfach verschiedene Spannungen. Stitchwort TTL (Transistor-Transistor-Logik)


Wikipedia: Transistor-Transistor-Logik

Eine hohe Spannung ist als High-Pegel (in positiver Logik eine logische 1) definiert, eine niedrige Spannung wird als Low-Pegel bezeichnet (in positiver Logik eine logische 0). Die Schaltkreise sind so dimensioniert, dass Eingangsspannungen UE < 0,8 V als Low-Pegel, und UE > 2,0 V als High-Pegel erkannt werden. Die Ausgangsspannung UA beträgt typisch < 0,4 V für den Low-Pegel und > 2,4 V für den High-Pegel bei der zulässigen Last. Der statische Störabstand beträgt somit sowohl für High- als auch für Low-Pegel 0,4 V.

so kommen halt die Nullen und Eisen Zustande.
Nun gibt es eben heutzutage sehr sehr viele Transistoren auf in einem Chip, ein Grund warum eine CPU mittlerweile so schnell ist.
Aktuell sind es auf einem Skylake i7 ca. 1,7 Mrd. und auf einer Geforce GTX980 bspw. 8 Mrd.

Ich ignoriere doch keine physikalischen Gesetzmäßigkeiten ...
Ich versuche doch grade die Maschine physikalisch zu verstehen ...

Jetzt kommen wir der Sache auch näher ...
Spannungen und Spannungsintervalle ...

Das war das Stichwort was ich gesucht habe ...
Dementsprechend gibt es wie ich es ja sagte, kein Programm ...
Es existiert keine Software in der Maschine ...
Sondern eben nur Spannungen und Spannungsintervalle die von Menschen angeordnet wurden damit es Sinn macht ...
Genau das habe ich gesucht ... 
Die Einsen und Nullen, der gesamte Quellcode wird dem Menschen nur vorgegaukelt,
um durch Sprache schließlich die Maschine programmieren zu können ...
Die Maschine übersetzt quasi die für den Menschen via Bildschirm simulierte Sprache in Spannungen,
elektrische Impulse die von der Tastatur ausgehen, während geschrieben wird ...
Die eben in bestimmten Bereichen des Chips eingerichtet werden in die man auch erst einmal per Befehl vordringen muss ...

Das heißt, in der Maschine existiert keine Software, ausschließlich Hardware ...
Die Maschine operiert logisch und physikalisch ...

Ich würde übrigens Philosophie keinesfalls abtun ... 
Es ist die Philosophie die aufgeklärt hat und sich mit Erkenntnistheorie befasst ...

Des weiteren sind wir uns wohl alle einig, dass die Natur keine Maschine ist ...
Aber das wäre wohl eine neue Diskussion ...

@5okrates

ähm ja...das ist das Grundprinzip von Computern. Seit ca. 60 Jahren wie gesagt. Die Revolution kam halt mit den Halbleitern bzw. den IC's in den 60ern / 70er.
Nun mussten die Schalter nicht mehr aus großen, ineffizienten Röhren aufgebaut werden, sondern bestanden aus winzig kleinen Schaltern, Transistoren genannt, die mit der Zeit immer kleiner und effizienter wurden.

Das Grundprinzip blieb aber bestehen...und erreicht nun so langsamer aber sicher seine Grenzen. Sieht man ja auch an den Smartphones bspw.
Das nächste sind dann halt Quantencomputer, die nicht mehr nach diesem Prinzip arbeiten...sondern naja...komplexer :D

5okrates schrieb:Sondern eben nur Spannungen und Spannungsintervalle die von Menschen angeordnet wurden damit es Sinn macht ...
Genau das habe ich gesucht ... 
Die Einsen und Nullen, der gesamte Quellcode wird dem Menschen nur vorgegaukelt,

Die werden nicht vorgegaukelt. Einsen und Nullen sind Darstellung für physikalisch vorhandenen Dinge. Auf Leiterbahnen werden Dir diese als Spannungen begegnen. Eine Logische 1 in der TTL Logik ist 5V, eine Logische 0 ist 0V im Idealfall, im Realfall können diese Spannungen auch etwas abweichen. Moderne CPUs arbeiten mit Spannungspegeln deutlich geringer (aufgrund nicht resistiver Beläge der physischen Leiterbahnen könnten sonst so hohe Taktraten nicht mehr erreicht werden). Das ist alles Prozessorspezifisch, daher macht es Sinn von '1' und '0' zu sprechen.
Vielleicht magst Du mal hier lesen: Wikipedia: Logikpegel

Übrigens, im Falle von Magnetspeichern entsprechen '1' und '0' keinen elektrischen Spannungen sondern magnetischen Feldstärken!
Entsprechend komplizierter wird es nun, wenn wir mit MLC oder SLC Flashspeichern anfangen, denn dort sind es Ladungen.
Am einfachsten zu sehen ist es an Papierstreifen bzw, Lochkarten, mit denen früher "programmiert" wurde, denn da ist tatsächlich aus einem physisch vorhandenen Papier ein Loch ausgestanzt, oder eben nicht, was auch dem Binärmuster '1' und '0' entspricht.
Auf einer CD ROM entsprechen die '1' und '0' unterschiedlich hohen Vertiefungen in den Rillen der CD ('Pits' und 'Lands').
Optische Übertragung (Glasfaser, SPDIF) entspricht dann 'kein Licht' / 'Licht', das kann man sogar sehen! Halte doch einfach mal die Smartphonekamera vor eine IR Fernbedienung eines Fernsehers und drücke eine Taste auf der FB.


Um nochmal den alten 8051 zu bemühen. Wenn Du via Programmcode am Datenbus die Zahl 85 ausgeben willst, entspricht das in hexadezimaler Schreibweise 0x55, was (wie oben beschrieben) 0101 0101 entspricht, dann hat der (8 Bit breite parallele Datenbus) an seinen Leitungen halt
D7: 0V
D6: 5V
D5: 0V
D4: 5V
D3: 0V
D2: 5V
D1: 0V
D0: 5V
anliegen, physisch messbar!
Über einen Seriellen Bus, der ja nur eine Leitung hat, würde dann in einem zeitlichen Abstand 0V-5V-0V-5V-0V-5V-0V-5V messbar sein, auch das kann man physisch messen (im Beispiel positive Logik verwendet).

Also, long story short, es wird dir nichts vorgegaukelt oder virtualisiert, es wird sich einer Symbolsprache bedient, hinter der eine real existierende Physik steht! Aufgrund der Komplexität und Vielfältigkeit der physikalischen Prinzipien, macht es aber hier Sinn zu abstrahieren.

Und ja, es existiert in der Maschine sowohl "Soft" als auch "Hard"-ware. Die Hardware sind die Leiterbahnen, Transistoren, etc, die Software die veränderlichen Komponenten, also die Spannungspotentiale, Feldstärken, etc.

Achja, um das Hardware/Software Dilema nochmal zu konkretisieren.
Vor mir liegt einen Platine mit einer ARM Cortex, die gerade vom Fertiger gekommen ist. Die macht so erstmal nichts sichtbares. Auf der Platine selbst befindet sich jedoch ein Quarz, der, sobald ich die Versorgungsspannung anlege, anfängt mechanisch (physisch real) zu schwingen! Aufgrund des piezoelektrischen Effekts, erzeugt der einen sinusförmige Spannungsverlauf, der von einem Verstärker relativ start verstärkt wird. Die daraus generierte Rechteckspannung ist der Prozessortakt. Der Prozessor fängt nun an, sich durch die Speicherstellen des Flash Speichers zu arbeiten. Trotzdem passiert erstmal nichts, warum?
Der Speicher ist leer, die Speicherzellen sind nicht beschrieben.

Ich schreibe also nun am PC einen Quellcode, der vom Kompiler in '1' und '0' umgewandelt wird. Über ein Interface schreibe ich nun diese '1' und '0' in das Flash, auf der elektrischen Leiterbahn dahin kannst Du in meinem Fall jetzt 3,3V und 0V messen. Diese Spannungen verbleiben als elektrische Ladungen auf den Gates der Speicherzellen. 

Wenn ich meinen Quellcode jetzt als Ladungen in den Zellen hinterlegt habe, dann kann der Prozessor funktionieren, denn jetzt sind die Speicherzellen mit der "Software" gefüllt.

Kommt es jetzt übrigens zu einer Sonneneruption oder so, dann pfeiffen Partikel durch meine Hardware durch, die aus den Halbleitern Ladungsträger herauslösen, diese setzten sich nun im Speicher ab, und meine Software ist beim Teufel.

@sokrates

Wenn du dich dafür interessierst und du der englischen Sprache mächtig bist, empfehle ich dir das Buch "Code" von Charles Petzold.

Es ist 1. ziemlich günstig und 2. erklärt es in ziemlich einfachen Beispielen wie ein Computer funktioniert und wie aus 0 und 1 irgendwann komplexe Programme werden.

@H.W.Flieh

"Und ja, es existiert in der Maschine sowohl "Soft" als auch "Hard"-ware. Die Hardware sind die Leiterbahnen, Transistoren, etc, die Software die veränderlichen Komponenten, also die Spannungspotentiale, Feldstärken, etc."

Das ist beides Hardware aber ich verstehe was du meinst. Du hast ja später selbst die Software in Anführungszeichen gesetzt.

"Also, long story short, es wird dir nichts vorgegaukelt oder virtualisiert, es wird sich einer Symbolsprache bedient, hinter der eine real existierende Physik steht! Aufgrund der Komplexität und Vielfältigkeit der physikalischen Prinzipien, macht es aber hier Sinn zu abstrahieren."

Ich gebe dir einen Tip, es gibt nur eine Wissenschaft die sich mit dem Sein überhaupt befasst. Sie heißt Philosophie.
In einer Maschine existiert keine einzige 0 und keine einzige 1, die Maschine weiß nichts von dem Programmcode.
Die Symbolsprache hilft dir als Mensch, die Maschine zu programmieren, die Maschine jedoch kennt die Symbolsprache nicht.
Sie reagiert lediglich mechanisch, nicht organisch oder gar mit Bewusstsein, Gedanken, Phantasie, Intuition, oder dergleichen.

Ich habe aber nun im groben endlich verstanden wie die Uhr tickt.

@5okrates

hm....nun ja das könnte man dann aber auch so weiterführen...."das Gehirn weiß nichts von deinen Gedanken, bzw. deinem ich", oder von mir aus eine einzelne Nervenzelle. Wäre ja dann das gleiche.

Es ist ja ein Zusammenspiel aus allem....

Per Definition ist der unveränderliche Bestandteil Hardware, der veränderliche Bestandteil Software. Und beidest existiert in Realität in einem Mikrocontroller. (Hardware ist der Transistor, den kannst Du greifen, Software sind die Spannungen) Sonst bräuchtest Du für jeden Spezialfall einen auf die Anwendung spezifisch konstruierten Chip - und eben das ist das schön an den Mikrocontrollern, sie sind durch die veränderlichen Bestandteile, also die Programmierung universell.

Wo Du von ausgehen kannst, dass nur Hardware existiert, sind CLPDs bzw FPGAs. Die werden im weitesten Sinne auch programmiert, allerdings nicht in einer Programmiersprache, sondern in einer Hardware Description Language. Entsprechend dieses Programmcodes, werden dann in dem FPGA bzw. der CLPD dauerhaft intern Verbindungen geschlossen oder geöffnet. Diese wurden tatsächlich programmiert, weisen aber keine Software auf.

5okrates schrieb:die Maschine weiß nichts von dem Programmcode.

da gebe ich Dir recht, trotzdem handelt sie strickt nach Programmcode

knopper schrieb:hm....nun ja das könnte man dann aber auch so weiterführen...."das Gehirn weiß nichts von deinen Gedanken, bzw. deinem ich", oder von mir aus eine einzelne Nervenzelle. Wäre ja dann das gleiche.

@knopper

Ich finde Deinen Vergleich ganz gut.
Einfach zu Behaupten es gäbe in MCUs ausschließlich Hardware, weil Software ja Spannungen sind ist schlicht falsch. Es gilt die Unterscheidung Hardware ist fest, Software veränderlich. Ich glaube 5okrates will mit dieser Diskussion irgendwie auf das menschliche Bewußtsein oder so hinaus, dabei funktioniert das Gehirn ja anscheinend sehr ähnlich einer MCU.
Es gibt die Hardware, das sind die Synapsen, Nervenbahnen, etc und die Software, die Gedanken, die schlicht auch nur Spannungsimpulse im Gehirn sind, eindeutig messbar! Im Prinzip ein Biochemischer Computer. Mit der Unterscheidung, dass der Mensch, wenn er geboren wird, schon irgendwie einen bootstraploader mitbekommt, im Gegensatz zu der Hardware hier auf meinem Tisch, der ich den BL selbst verpassen muß.

Der Teil der es uns Menschen bewußt macht, daß wir sind wie wir sind, der fehlt einem Computerchip natürlich, außer es entwickelt jemand eine KI die dazu in der Lage ist. Dann wäre das Bewußtsein aber nicht die Software, sondern lediglich ein Teil der Software.

5okrates schrieb:In einer Maschine existiert keine einzige 0 und keine einzige 1, die Maschine weiß nichts von dem Programmcode.

Und wie existieren dann 0 und 1 normalerweise?

H.W.Flieh hat es richtig erkannt,

dein Gehirn weiß sicherlich nichts von deinen Gedanken, aber DU schon ...

Intuition lässt sich nicht simulieren ...

Phantasie besteht aus Bildern die nicht sinnlich wahrgenommen werden ...

Mensch und Maschine sind zwei verschiedene Dinge ...

5okrates schrieb:H.W.Flieh hat es richtig erkannt,

dein Gehirn weiß sicherlich nichts von deinen Gedanken, aber DU schon ...

Daran zweifle ich, schließlich haben das bisher noch nichtmal Mediziner abschließend klären können, wo und wie das Bewußtsein sitzt.

5okrates schrieb:Mensch und Maschine sind zwei verschiedene Dinge ...

Dieser Klassiker menschlicher Überheblichkeit reiht sich sicherlich eines Tages in die
lange Reihe solcher falscher Schlussfolgerungen ein.
Schlussforlgerugen wie ... Wir sind von Gott geschaffen und auserkoren über die Erde zu herrschen ...
Die Erde muss der Mittelpunkt des Universums sein ... Mensch und Tier sind grundverschieden ... 

Es sieht doch viel mehr so aus als sei der Mensch auch nur eine, wenn auch extrem komplexe, biologische
Maschine. Gerade Neuronale Netze zeigen gut, dass unser Gedankengänge nicht so "mystisch" sind wie 
einige von uns es gerne hätten.
Das wirklich erstaunlich an unserem Gehirn ist viel mehr dessen enorme Leistungsfähigkeit. Mutter Natur
hatte aber auch knapp 4 Milliarden Jahre Zeit das zu optimieren, ich denke wir sind da für die knapp 100
Jahre die wir mitspielen, schon gut dabei ! 

@5okrates


 

5okrates schrieb:Mensch und Maschine sind zwei verschiedene Dinge ...

So ein scheiss .....

Hirn -> Ist der Prozessor.
Nervensystem -> Sind die leitbahnen ( verkabelung ) & Sensoren
Lymphsystem -> Anitvisrus
Muskeln -> Aktoren ( servos )
Verdauungssystem -> Energieerzeugung
usw...

[ Hirn / Computer ]
Neuronales Netz
Wikipedia: Neuronales Netz

Neuronale Netze Eine Einführung
http://www.neuronalesnetz.de/links1.html

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Gehirn entscheidet sieben Sekunden vorher
http://www.spektrum.de/news/unbewusste-entscheidungen-im-gehirn/949689

@H.W.Flieh

Schön dass du zweifelst, aber kannst du auch daran zweifeln, dass du zweifelst ?

@ArnoNyhm

Für mich ist der Inbegriff menschlicher Überheblichkeit die Annahme, die Natur bis ins letzte Detail beherrschen zu können !

@O.G.

Aber die Maschine denkt nicht, hat kein Bewusstsein, ist kein Organismus, nicht autonom, spontan, wir hatten das doch alles schon ...

@5okrates 

Niemand hier hat gesagt man wolle die Natur bis ins letzte Detail beherrschen ...
Überhaupt ergibt das wenig Sinn, wir selbst sind auch nur ein Produkt der Natur
und somit Bestandteil dieser. 
Auch alles was wir erschaffen ist somit letztendlich ein Produkt der Natur.

Leider ist Natur auch ein sehr subjektiver Begriff, wahrscheinlich ist für dich nur
Natur was es beim nächsten Öko-Händler um die Ecke oder eben im Wald gibt.

Auch diese Liste Begriffe die du an @O.G. adressiert hast ... das sind fast alles Dinge
die nicht wirklich definiert sind, an deren Existenz kann man glauben oder eben nicht.

Wie ich schon geschrieben habe (und auch andere) du hättest mit dem Thread in der 
Kategorie Philosophie bleiben sollen wenn du das Thema von dem Standpunkt her angehen
willst.

Btw. haben sich hier viele Leute die Mühe gemacht dir diese Dinge von einem technischen Standpunkt
her zu erklären. Du hast diese Erklärungen einfach alle Ignoriert und behauptet es sei ja dann doch
alles so, wie du dir das vorstellst. Das finde ich ziemlich unhöflich.

@ArnoNyhm

Dein Ansatz verfolgt die Handhabung und Aneignung der gesamten Natur durch Ursache und Wirkung.

Unter Natur verstand ich hier das Sein.

Bewusstsein ist etwas, das ich unmittelbar erfahre, sofern ich nicht leugnen will, dass ich existiere.
Organismen sind als Strukturen definiert, die sich nicht durch einfache Mechanik erklären lassen.
Autonom und spontan sind z.B Einfälle, die nachweislich existieren.

Der Thread ist von einem Administrator in diese Rubrik verschoben worden.

Die hier vorgebrachten Erklärungen habe ich keinesfalls ignoriert, vielmehr habe ich mich erfreut durch sie belehren lassen.