{"id":15136,"date":"2021-01-31T19:03:00","date_gmt":"2021-01-31T18:03:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=15136"},"modified":"2021-02-02T18:51:13","modified_gmt":"2021-02-02T17:51:13","slug":"was-im-bestand-hat-codebasen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2021\/01\/31\/was-im-bestand-hat-codebasen\/","title":{"rendered":"Was im Bestand hat: Codebasen"},"content":{"rendered":"<p>Der letzte Artikel &uuml;ber Ver&auml;nderungen im PC brachte mich recht schnell auf die gegenteilige Frage: was hat den Bestand oder besser gesagt, was hat am l&auml;ngsten Bestand? Nun die Hardware veraltet. Sie wird (in der Regel) immer leistungsf&auml;higer oder eben nicht und stirbt dann aus wie Floppylaufwerke oder CD-ROMs, zumindest muss sie sich aber anpassen. Jeder, der mal sich Gedanken gemacht hat, wie er Dateien auf einer 5,25-Zoll-Floppy in einen heutigen PC zu bekommen wei&szlig; das. Als eingebautes Laufwerk ist es schon seit den Neunzigern nicht mehr dabei. Als externes Laufwerk gibt es ein 5,25-Z&ouml;ller heute nicht mehr zu kaufen. Selbst wenn man ein altes Laufwerk noch hat, fehlt der Floppykontroller mit seinem 40-poligen Flachbandkabel um es anzuschlie&szlig;en. &Auml;hnliches gilt f&uuml;r vieles. Seien es ISA Karten (der Bus wurde 1993 durch PCI ersetzt) oder digitale Monitor mit ihren Anschl&uuml;ssen (heute sind Monitore auch wieder digital, aber haben HDMI, DVI oder Displayportstecker anstatt der alten sechspoligen Rundstecker.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/vg04.met.vgwort.de\/na\/49ea684d4fe84088a9baba6c328c0b1d\" alt=\"\" width=\"1\" height=\"1\" \/><!--more--><\/p>\n<p>Doch es gibt etwas was relativ best&auml;ndig ist, das sind Codebasen. Eine Codebasis ist der Befehlsart eines bestimmten Prozessors oder weitergehend ein Programm, das definierte Schnittstellen nutzt, z.B. f&uuml;r die Ein-\/Ausgabe.<\/p>\n<p>Beim PC, worunter ich die Intel x86\/IA64 Architektur verstehe, gab es drei wesentliche Codebasen:<\/p>\n<ul>\n<li>16 Bit<\/li>\n<li>32 Bit<\/li>\n<li>64 Bit<\/li>\n<\/ul>\n<p align=\"LEFT\">Die Basis bildete der 16 Bit Code eingef&uuml;hrt mit dem Intel 8086. Urspr&uuml;nglich war der 8086 als L&uuml;ckenb&uuml;&szlig;er gedacht. Nach dem 8080 wollte Intel die 16 Bit Generation komplett &uuml;berspringen und gleich zu einem 32-Bit-Design gehen. Doch das verz&ouml;gerte sich, und als 1976 die ersten 16 Bit Prozessoren wie der TMS 9900 erschienen, entschloss man sich f&uuml;r eine Zwischenl&ouml;sung, um die Kunden nicht zu verlieren. Das Design des 8086 wurde schnell entworfen mit einer maximalen Kompatibilit&auml;t zum Vorg&auml;nger <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/8080.shtml\">8080<\/a>. So hatte er dieselbe Zahl an allgemeinen Registern, konnte diese wie der 8080 auch getrennt als 8-Bit-Register nutzen und der Befehlssatz hatte den 8080 Befehlssatz als Teilmenge. So konnte ein Programm 80080 Assemblercode in <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/8086.shtml\">8086<\/a> Code umschreiben, wenngleich er nicht bin&auml;rcodekompatibel war.<\/p>\n<p>Intel hatte aber eine sehr befremdliche Ansprechweise des Arbeitsspeichers eingef&uuml;hrt. Alle Register waren 16 Bit breit, doch damit gab es nicht mehr Arbeitsspeicher als ein 8 Bitter, der zwei Register von 8 Bit f&uuml;r Adresszugriffe zu einem 16-Bit-Register zusammenfassen konnte. Intels L&ouml;sung waren vier Segmentregister, deren Inhalt zum Adressregister mit 16 multipliziert wurde. So konnte man die vier Register wie Fenster innerhalb eines 1 MByte gro&szlig;en Adressraums verschieben.<\/p>\n<p>Das erste Bin&auml;rformat f&uuml;r <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/qdos.shtml\">MS-DOS<\/a> war das von CP\/M &uuml;bernommene .COM Format. Das unterst&uuml;tzte es nicht die Segmente zu verschieben, weshalb Code und Daten auf 64 KByte beschr&auml;nkt waren, bei der allerersten Subvariante sogar auf nur zusammen 64 KByte. Beim allerersten <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/ibm-pc.shtml\">IBM PC<\/a> und MS-DOS 1 war so jeder speicher &uuml;ber 128 KByte Verschwendung denn Programme nutzen so nicht mehr. Sp&auml;ter kam mit <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/DOS-Versionen.shtml\">MS-DOS 2<\/a> das .EXE Format mit verschiebbaren Fenstern. Die Gr&ouml;&szlig;enbeschr&auml;nkung auf 64 KByte blieb aber. Genauer gesagt: Jedes Unterprogramm konnte maximal 64 KByte Code, 64 KByte Daten und 64 KByte Stack (ben&ouml;tigt f&uuml;r Transfers von Daten) haben. Bei Code kein Problem, denn man entwickelt normalerweise sehr viele Unterprogramme und keines ist 64 KByte gro&szlig;. Aber die Einschr&auml;nkung bei den Daten war gravierend. So d&uuml;rften die globalen Daten, also alle Daten, auf die man immer zugreifen, kann auch maximal 64 KByte gro&szlig; sein. Mancher erinnert sich vielleicht noch an Notepad und Write als Windows Editoren \u2013 die konnten maximal 64 KByte gro&szlig;e Texte bearbeiten. Bilder sind auch schnell gr&ouml;&szlig;er als 64 KByte. Nat&uuml;rlich geht das Arbeiten mit gr&ouml;&szlig;eren Daten \u2013 aber nicht mit der Hochsprache, da muss der Programmierer selbst mit den Segmentregistern hantieren und die manuell in Assembler verschieben.<\/p>\n<p>Die L&ouml;sung war wirklich besch&#8230; eine kleine Ersparnis beim Chipdesign die &uuml;ber ein Jahrzehnt Programmierern das Leben schwer machte. Denn Motorola zeigte wie es auch anders geht: Der <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/intel-outside.shtml\">MC 68000<\/a> war schon 32 bittig angelegt, auch die internen Register waren 32 Bit breit. Aber es wurden nur 16 Bit f&uuml;r den Datenbus und 24 Bit f&uuml;r den Adressbus herausgef&uuml;hrt, also ein Teil der Register nicht benutzt. Als es den Nachfolger MC 68020 gab, verdaute der aber so die Software des Vorg&auml;ngers und hatte mehr adressierbaren Arbeitsspeicher.<\/p>\n<p>Intel versuchte, mit dem <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/80286.shtml\">80286<\/a> mit Motorola gleich zu ziehen. Er erschien 1982. Auch er hatte nun einen 24-Bit-Adressraum, aber nach wie vor 16 Bit breite Register. Zudem hatte er M&ouml;glichkeiten Programme abzubrechen und Fehler abzufangen. So ein Feature ist wichtig f&uuml;r das Betriebssystem, dass so nicht mit sich aufh&auml;ngt wenn ein Programm abst&uuml;rzt, wie das bei DOS der Fall war. Das erforderte aber einen speziellen Betriebsmodus im Prozessor um diese Features zu aktiveren. Es sollte ja \u2013 der Fluch der Kompatibilit&auml;t die alte Software noch weiter laufen. Den Riesenfehler den Intel machte, war das man vom 8086-Modus, der dann bald den Namen \u201eRealmodus\u201c bekam zwar in den 80286 Modus \u201eProtected Mode\u201c wechseln konnte, aber nicht mehr zur&uuml;ck. Nun muss jede Software aber erst mal entwickelt werden, auch das Betriebssystem selbst. Die Tools daf&uuml;r insbesondere der Debugger mit dem Fehler erkennen konnte gab es aber alle im Realmodus und das hielt die Entwicklung f&uuml;r Software f&uuml;r den Protected Mode auf. Bill Gates pl&auml;dierte bei der Zusammenarbeit mit IBM daher darauf, ihn komplett zu &uuml;berspringen. Die ersten <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/windows.shtml\">Windows<\/a> Versionen 1+2 waren so komplett im Real Mode erstellt worden. Ab Windows 3 gab es immer mehr Teile, die im Protected Mode liefen.<\/p>\n<p>Mit dem <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/80386.shtml\">80386<\/a>, der 1985 erschien, hatte Intel das Problem gel&ouml;st. Man kam nun aus dem Protected Mode zur&uuml;ck in den Real Mode und es gab sogar einen abgesicherten Realmode, in dem der Prozessor mehrere DOS-Programme parallel ausf&uuml;hren konnte und diese voneinander und vom Betriebssystem isoliert \u201evirtueller 8086 Modus genannt\u201c. Diese Features bedeuteten f&uuml;r Windows 3 den kommerziellen Durchbruch. Denn vorher belegte Windows Speicher in den ersten 1 MB f&uuml;r DOS, so liefen die meisten gr&ouml;&szlig;eren DOS Programme nicht. Nun konnte ein DOS Programm erheblich mehr Speicher nutzen und die meisten liefen auch unter Windows. das war wichtig, denn f&uuml;r windows gab es 1990 als Windows 3 erschien kaum Programme. Bedeutender war die neue Codebasis in der Intel die Breite der Register auf 32 Bit verbreiterte, 32 Bit Code oder IA32 (IA f&uuml;r Industrial Architecture) genannt. Wie langlebig Codebasen waren, zeigt dieser Prozessor. Der 80386 erschien 1985. Windows 3.1 hatte erstmalig einige Codebestandteile im 32-Bit-Code. F&uuml;r <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/Windows-Geschichte.shtml\">Windows 3.11<\/a> gab es das Win32S Subsystem, das 32 Bit Code des 80386, 80485 Pentium \u2026 auch von Windows Programmen ausf&uuml;hren konnte als Option. Microsoft entwickelte zwar Windows NT(New Technology) ab 1993 als reines 32-Bit-Betriebssystem, aber das war eben inkompatibel zum 16 bittigen Windows 1 bis 3.11.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/programme-win9x.shtml\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-medium alignleft\" src=\"https:\/\/gb-pics24.com\/gbpics\/werner-26600.jpg\" width=\"348\" height=\"500\" \/>Windows 95<\/a> sollte auch den Windows 3.x Zweig auf 32 Bit heben, aber wie Tests schnell zeigten, waren viele Treiber noch 16 bittig, was besonders Intel verdrie&szlig;te, denn ihr brandneuer <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/pentium-prozessor.shtml\">Pentiumprozessor<\/a> war auf 32 Bit Code optimiert worden und brach beim bisherigen 16 Bit Code in der Performance ein, war dann nicht schneller als ein viel billiger <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/80486.shtml\">486-er.<\/a><\/p>\n<p>Erst Windows XP war durchg&auml;ngig 32 bittig, das Win-16 Subsystem f&uuml;r alte Windows Programme gab es aber immer noch. Es ist sogar bis heute noch vorhanden, allerdings nur in den 32 Bit Versionen von Windows.<\/p>\n<p>Ziemlich lange lies sich Intel mit der Einf&uuml;hrung eines 64 Bit Codes Zeit. Andere Firmen pr&auml;sentierten schon ein Jahrzehnt vor Intel 64 Bit Prozessoren, so Digital Equipment den Alpha Prozessor. Intels <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/Core-Mikroarchitektur.shtml\">eigene L&ouml;sung<\/a> war zudem relativ umst&auml;ndlich und brach mit den Konventionen, die es bisher gab. AMD hatte eine bessere Idee und nutzte einfach einige unbelegte Opcodes aus um die Befehle im 64-Bit-Modus zu definieren. Das Registermodell orientierte sich auch am bisherigen. AMD hatte damit von Anfang an Erfolg und Intel &uuml;bernahm schlie&szlig;lich die AMD-L&ouml;sung als IA64 Architektur. Intel lies sich wahrscheinlich deswegen so viel Zeit mit der Einf&uuml;hrung von 64 Bit Code, weil in der Praxis 64 Bit Code nicht schneller l&auml;uft und der Hauptvorteil, der ist, das er mehr als die 4 GB Arbeitsspeicher ansprechen kann. So erschien Intels L&ouml;sung erst 2005, die AMD-L&ouml;sung 2006. Erst bei Windows 7 das 2009 erschien &uuml;berfl&uuml;gelten die Verk&auml;ufe der 64 Bit Editionen die der 32 Bit Editionen. F&uuml;r die Programmierung ist die 32 Bit Version nach wie vor von Bedeutung. Solange ein Programm nicht mehr als 4 GB Speicher ben&ouml;tigt, das d&uuml;rfte nur bei Programmen vorkommen, an denen wirklich viele mitarbeiten, bietet der 64 Bit Modus keinen Vorteil, nur sind die Programme doppelt so gro&szlig;. Selbst Microsoft r&auml;t dazu, die 32 Bit Variante von Office zu installieren. Die Einschr&auml;nkung gilt nicht f&uuml;r das Betriebssystem, das sollte 64 bittig sein, weil sonst auch das Betriebssystem nur maximal 4 GB Speicher ansprechen kann und die meisten neuen PC haben mehr Speicher. Jedes 32-Bit-Programm kann aber selbst 4 GB haben. Das 32 Bit Subystem ist auch Bestandteil der 64 Bit Edition von Windows, aber nur die 32 Bit Version von Windows enth&auml;lt noch das 16-Bit-Subsystem f&uuml;r Windows bis 3.1 und DOS.<\/p>\n<p>Bei geeigneter Windows Version laufen auch heute so noch DOS-Programme von 1981. Na ja zumindest theoretisch, denn sie stolpern dann &uuml;ber ander Ver&auml;nderungen z.B. beim Dateisystem.<\/p>\n<p>Noch besser brachte es Apple hin. Der erste Macintosh von 1984 basierte auf dem MC 68000 Prozessor, der dann auch weiter verbaut wurde, bis Motorola diese Linie beendete. Apple wechselte 1994 auf den <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Power_Macintosh\">Nachfolger PowerPC<\/a>. Die Programme \u2013 im Bin&auml;rcode liefen jedoch weiter, denn ein Emulator setzte diese in PowerPC Befehle um. Im Jahre 2005 wechselte Apple auf die Intel Prozessoren nachdem diese den PowerPC in der Performance &uuml;berholten, erneut &uuml;bersetzte ein Emulator den Bin&auml;rcode auf die IA64 Architektur. Seit diesem Jahr bringt Apple neue <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/pc-hist1982-2000x.shtml\">Macintosh<\/a> auf Basis der ARM Architektur heraus und erneut laufen alte Programme in einer Emulation weiter. Intel hat es also fertiggebracht vier verschiedene Prozessoren einzusetzen, ohne dass der Code neu &uuml;bersetzt werden m&uuml;sste. Bei einer konsistenten API, also definierten Befehlsaufrufen, die man zwar erweitert aber nicht &auml;ndert, reicht das Neukompilieren auch aus, um lauff&auml;higen Code f&uuml;r den neuen Prozessor zu erzuegen. Das klappt aber auch allgemein. Computer gibt es ja schon lange. In vielen Bereichen entstanden Programme und Bibliotheken mit grundlegenden Algorithmen schon fr&uuml;h, in damals popul&auml;ren <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/programmiersprachen-geschichte.shtml\">Programmiersprachen<\/a>. In der Wirtschaft war dies COBOL, in der Wissenschaft und Technik FORTRAN. Nun gro&szlig;e &Uuml;berraschung \u2013 diese Programme sind bis heute im Einsatz, erweitert und gegebenenfalls neu &uuml;bersetzt. Einen Vorgeschmack bekam die allgemeine &Ouml;ffentlichkeit, als im Jahr 2000 der <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/computerbegriffe.shtml\">Y2K-Bug<\/a> aktuell wurde: Cobol speichert Zahlen nicht bin&auml;r sondern als Dezimalziffern ab. 99 belegt so zwei Bytes, je eines &uuml;r jede Ziffer. Also sparten sich Programmierer fr&uuml;her die \u201e19\u201c bei der Jahreszahl ein, denn Speicher war knapp. So w&uuml;rde, aber ohne &Auml;nderung beim Jahr 2000 die Jahreszahl von &#8222;1999&#8220; auf &#8222;1900&#8220; springen \u2026 (Die \u201e99\u201c ist gespeichert, die \u201e19\u201c wird durch das Programm vorher ausgegeben).<\/p>\n<p>Bis heute sind Programme in diesen <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/entwicklung-der-programmiersprachen.shtml\">Programmiersprachen<\/a> aktiv, nur eben erweitert. Sie speichern z.B. ihre Daten in Dateien ab und Programme in neueren Sprachen lesen diese aus und erzeugen daraus Grafiken oder bauen Webseiten. Als CGI-Interface ist dies sogar genormt. Wer irgendetwas in einer Webseite eingibt, wird feststellen das daraus ein ganz langer String erzeugt wird er meist nach einem Fragezeichen an die Webadresse angeh&auml;ngt wird. Der Webserver trennt den String ab und &uuml;bergibt ihn als \u201eTastatureingabe\u201c an ein Programm, das &uuml;berhaupt nichts vom Web selbst wissen muss und die Ausgabe dieses Programms, ebenfalls als Text wird dann erneut verarbeitet. Ber&uuml;chtigt sind in dem Zusammenhang die \u201e<a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/echte-programmierer-neu.shtml\">Buffer Overflows<\/a>\u201c &#8211; die Programmiersprache C pr&uuml;ft von sich aus nicht, ob der Platz im Speicher f&uuml;r einen Eingabestring ausreicht, um diesen auch aufzunehmen. Das muss der Programmierer machen. Tut er es nicht, dann &uuml;berschreibt der zu lange String Code des Programms. Das kann man ausnutzen, um in Form von Strings Code in ein Programm einzuschleusen und somit ausf&uuml;hren kann. So was geht nur bei C und wird von Freunden der Programmiersprache als ein Feature und kein Fehler verstanden \u2013 ich nehme an, f&uuml;r die sind Fahrr&auml;der ohne Bremsen und Lenker auch nur Fahrr&auml;der mit Features \u2026<\/p>\n<p>Mit dem System k&ouml;nnen viele Sprachen weiter betrieben werden, auch wenn nur noch enige neue Programme darin entstehen. In einer Webanwendung kann Javascript auf dem Rechner des Besuchers ausgef&uuml;hrt werden, auf dem Server l&auml;uft dagegen PHP oder Java, welche die Webseiten bauen und Datenbanken abfragen, die Datenbanksysteme selbst k&ouml;nnen in Cobol erstellt worden sein.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Der letzte Artikel &uuml;ber Ver&auml;nderungen im PC brachte mich recht schnell auf die gegenteilige Frage: was hat den Bestand oder besser gesagt, was hat am l&auml;ngsten Bestand? Nun die Hardware veraltet. 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