Der Systembegriff

Bereits anhand des Namens wird schnell klar, dass ein «eingebettetes System» irgendwie auch ein System sein muss. Bevor daher der Begriff «eingebettetes System» definiert werden kann, bedarf es einer vorausgehenden Definition oder Erläuterung des Systembegriffs.

In den Studientexten des Lehrstuhls von Prof. H. Klaeren «Informatik und Gesellschaft» der Universität Tübingen führt R. Klischewski in «Informatik und Gesellschaft - eine Einführung» folgendes zum Systembegriff aus: Der Begriff System in der Informatik zeichne sich dadurch aus, dass er zu den meistbenutzten und gleichzeitig zu den am wenigsten fundierten gehöre: So gehe die Zahl der Bücher und Artikel, die System im Titel führen, in jeder Informatikbibliothek in die Tausende. Anwendungssysteme, Betriebssysteme, Datenbanksysteme, Informationssysteme, Textverarbeitungssysteme und viele mehr liessen zwar auf den ersten Blick vermuten, der Systembegriff sei für die Informatik eine grundlegende und daher wohldefinierte Kategorie, doch treffe letzteres kaum zu [5].

Jedoch wird auch er fündig und zwar im «Philosophielexikon» von Hügli und Lübke, die den Begriff System vom griechischen Wort systema (die Zusammenstellung, das Zusammengesetzte) ableiten, und es allgemein als «Komplex von Elementen, die miteinander verbunden sind und insofern eine strukturierte Ganzheit bilden; ein geordnetes Ganzes, dessen Teile nach bestimmten Regeln, Gesetzen oder Prinzipien ineinandergreifen» beschreiben. [6]

Bei Rembold und Levi [1] wird ein System «zur Erfüllung seines Zwecks aus unterschiedlichen Elementen zusammengesetzt und muss eine oder mehrere Schnittstellen zum Benutzer haben.» Ein wenig technischer betrachtet, werde ein System durch seine Umwelt abgegrenzt und bestehe aus einer Eingabe, einem Prozessor und einer Ausgabe. [1]

Im Computer- Fachlexikon von Kösel und Kempten [2] ist jede Sammlung von Einzelelementen, die zur Ausführung einer Aufgabe zusammenarbeiten, ein System. So stellt ein Computer ein Hardwaresystem dar, das aus einem Mikroprozessor, den zugehörigen Chips und Schaltkreisen sowie einem Eingabegerät (Tastatur, Maus, Diskettenlaufwerk), einem Ausgabegerät (Monitor, Diskettenlaufwerk) und beliebigen Peripheriegeräten (Drucker, Modem) besteht.

Nach Schnieder [3] lassen sich die Eigenschaften eines Systems nach vier Prinzipien klassifizieren: Nach dem Strukturprinzip muss ein zu automatisierendes System gegenüber seiner Umwelt abgegrenzt sein, um es als eine eigenständige Einheit planen und konfigurieren zu können. Desweiteren besteht das System gemäss dem Strukturprinzip aus einer Menge von Untersystemen, die mit sich selber und mit der Umwelt in Beziehung stehen. Das Dekompositionsprinzip sieht vor, dass ein System in Untersysteme zerlegt werden kann, die sich als eigenständige Einheiten betrachten lassen. Auch hat jedes Untersystem wiederum typische Systemeigenschaften. Das Dynamikprinzip beschreibt die Struktur eines Systems als durch zeitliche Einflüsse dynamisch veränderbar. Das System hat jedoch, bedingt durch seine innere Struktur, eine gewisse Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltstörungen. Gemäss dem Kausalprinzip hat ein System Unterkomponenten, deren gegenseitige Beeinflussung und Veränderung eindeutig festlegbar sind. Folgezustände sind nur von ihren zeitlich vorangegangenen Zuständen abhängig.


Das eingebettete System

Ein eingebettetes System ist Bestandteil eines Systems. Nachdem der Begriff des Systems betrachtet worden ist, soll hier nun der Begriff eingebettetes System untersucht werden. So ist nach Prof. Wörn ein eingebettetes System Bestandteil eines Systems: «Eingebettete Systeme sind für eine Aufgabe zugeschnitten und haben meist Mikrocontroller als Zentraleinheit.» [4]



Im Computer- Fachlexikon wird ein eingebettetes System als ein «Computersystem, bestehend aus Hardware und Software, das Bestandteil eines anderen Geräts, beispielsweise einer Büromaschine, eines Fahrzeugs oder eines Haushaltsgeräts, ist und einem bestimmten Zweck dient» beschrieben. Ein eingebettetes System bestehe «häufig aus einem Chip oder einer Platine und wird in der Regel für die Steuerung oder Überwachung des Geräts eingesetzt, in dem es eingebaut ist. Die Ausführung bedarf in der Regel keiner oder nur geringfügiger Bedienung des Benutzers und erfolgt häufig in Echtzeit.» [2]


Eigenschaften von eingebettetem System

• muss betriebssicher sein:



• Ausfallsicher R(t) = Die Annahme für das korrekte Funktionieren des Systems und sollte in Realzeit funktionieren t = 0
• Instandhaltbarkeit M(d) = Die Annahme für das korrekte Funktionieren des Systems d nach einem Fehlerereignis
• Verfügbarkeit: Die Annahme der Funktion des System zur Zeit t
• Betriebssicherheit: darf keinen Schaden verursachen
• Sicherheit: vertrauenswürdige und zuverlässige Kommunikation
• Selbst perfekt ausgelegte Systeme können ausfallen wenn die Annahme betreffend der Arbeitsauslastung und mögliche Fehler sich als falsch erweisen.
• Das betriebsichere Herstellen des Systems sollte nicht ein nachträglicher Einfall, sondern sollte von aller Anfang wohl überlegt sein.


• muss effizient sein:



• wirtschaftlich im Energieverbrauch
• effiziente Programmierung (speziell für Systeme auf elektronischen Bausteinen)
• effiziente Laufzeit
• effiziente Belastbearkeit
• Kosteneffizienz


• Zweckbestimmt auf die Anwendung zugeschnitten: Die Kenntnisse über das Verhalten in der Konstruktionsphase, sollte dazu verwendet werden um Resourcen zu minimieren und die Robustheit zu maximieren.



• Geeigntete Benutzerschnittstelle (keine Maus, Tastatur und Bildschirm)



• Manche ES müssen Real- Zeit Bedingungen erfüllen:



• Ein Real- Zeit System muss reagieren als Anregung vom gesteuerten Objekt (oder durch Benutzereingaben) innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalles der Umgebung
• Für Real- Zeitsysteme bei denen die richtige Antwort zu spät ankommt (oder auch zu früh) sind falsch
• Alle anderen Realzeitbedingungen werden soft deadline genannt
• Eine garantierte System- Reaktion sind ohne statistische Argumente zu erklären


• Ständige Verbindung zur Umgebung mittels Sensoren und Aktoren
• Hybrid Systeme (analog- und digital- Anbauteile)
• Typische ES sind rückwirkende Systeme:
  
  
  • Ein rückwirkendes System ist in beständiger Interaktion mit seiner Umgebung und passt sich der Gangart der Umgebung an.
  • Die Verhaltensweise hängt vom momentanen Eingang und Status ab. Automatisierung ist eine adäquates Umsetzung