Proseminar Multimediabetriebssystem BeOS, SS/WS 2000 2
Inhalt
1. Einleitung
2. Standardbetriebssysteme
2.1 Systemarchitektur von Windows 98
2.2 Systemarchitektur von Windows NT und Solaris
3. Multimediabetriebssystem BeOS
3.1 Systemarchitektur von BeOS
3.2 BeOS Multimedia- und Betriebssystemtechnologien
4. Betriebssystemvergleich
5. Zusammenfassung und Ausblick
Proseminar Multimediabetriebssystem BeOS, SS/WS 2000
1. Einleitung
Das Betriebssystem BeOS wird von der Firma Be Incorporated 1 entwickelt und
vertrieben. Es zeichnet sich dadurch aus, dass das Betriebssystem besonders für Multimediaanwendungen optimiert wurde und eine komplette Neuentwicklung darstellt. Daher enthält es nicht den Ballast vieler anderer Betriebssysteme, wie z. B. Windows oder verschiedene Unix-Derivate, die zu älteren Programmen und Betriebssystemversionen abwärts kompatibel sein sollen. Daher müssen aber für andere Betriebssysteme vorhandene Programme für BeOS entweder neu entwickelt oder aufwendig portiert werden.
Jean-Louis Gasée gründete die Firma Be Incorporated 1990, vorher leitete er die Entwicklungsabteilung bei Apple Computer Incorporated 2 . Einige Entwickler
dieser Abteilung folgten ihm und wechselten von Apple zu Be.
Die erste Version von BeOS (Be Operating System) lief nur auf der BeBox, einem speziell für dieses Betriebssystem entwickelten Rechner auf Basis eines PowerPCs. Dies zeigt noch die Nähe zu Apple, da diese in ihren Computern ebenfalls als Prozessor PowerPCs einsetzen.
Die renommierte EDV-Fachzeitschirft c´t schrieb bei der Vorstellung der BeBox in der Dezemberausgabe 1995 „Wer heutzutage einen Rechner vorstellt, der zu nichts kompatibel ist und der ohne eine einzige fertige Applikation ausgeliefert werden soll, muß entweder nicht bei Trost oder ein Visionär sein.“ Die BeBox sei zwar technisch recht vielversprechend aber ohne Verkaufschancen auf dem EDV-Markt.
Im Sommer 1996 stellte Be schließlich auf der „MacWorld Expo“ eine BeOS Version vor, die auf einem Macintoshclone lief. Daraufhin lizensierten einige Firmen erstmals BeOS. Zunächst wurde öfters spekuliert, daß Apple Be mit BeOS übernehmen wolle um den Kernel und die vorhandenen Komponenten in das neue MacOS zu integrieren. Die Verhandlungen zwischen Be und Apple platzen jedoch als Apple schließlich die Firma Next 3 mit dem Betriebssystem
NextStep kaufte, um dieses in das neue Apple-Betriebssystem, mit dem Codenamen Rhapsody, einfließen zu lassen.
Am 31. Januar 1997 stelle Be die BeBox ein, nachdem weltweit nur 2000 Stück verkauft werden konnten. Die Firma konzentrierte sich verstärkt auf die Entwicklung von BeOS und veröffentlichte eine kostenlose Previewversion für den Power Macintosh von Apple. In der folgenden Zeit begeisterten sich mehr Benutzer für das Betriebssystem.
1 http://www.be.com
2 http://www.apple.com
3 http://www.next.com
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Am 4. August 1997 demonstrierte Be erstmals BeOS für Intel PCs 4 . Am 7. Oktober 1997 wurde die Preview Release 2 für den Macintosh fertig 5 , noch vor der
Unified Release von Rhapsody, dem konkurrierenden neuen Betriebssystem für Macintosh. Im ersten Quartal stellte Be die Release 3 für Intel PCs 6 und eine
kommerzielle Version von BeOS für den Macintosh vor. Das Betriebssystem sollte nach einer Einführungsphase sowohl für Intel PCs als auch für Macintosh 99 US-$ kosten.
Anfang 2000 kündigte Be eine neue Softwareplattform BeIA (Be Internet Appliances) auf der Basis von BeOS an. BeIA ist eine unabhängige Plattform für Multimedia- und Internetanwendungen zur Integration in Subsysteme wie z. B. Setop- bzw. Internetboxen. Als erste große Firma lizensierte der Mainboardhersteller FIC BeIA 7 .
4 http://www-classic.be.com/aboutbe/pressreleases/97-08-04_intel.html
5 http://www-classic.be.com/aboutbe/pressreleases/97-10-07_Preview2Ship.html
6 http://www-classic.be.com/aboutbe/pressreleases/98-03-19_beos_release_3.html
7 http://www.be.com/press/pressreleases/00-02-07_fic.html http://www.heise.de/newsticker/data/hps-08.08.00-000/
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2. Standardbetriebssysteme
Das Betriebssystem BeOS ist komplett neu entwickelt worden. Daher mußten die Entwickler nicht ein altes, vorhandenes Betriebssystem weiterentwickeln sondern konnten das System nach den aktuellen Anforderungen ohne Rücksicht auf ältere Anwendungen programmieren. Dies ist bei fast allen aktuellen Betriebssystemen nicht gegeben. 8
• Windows 98 ⇒ setzt auf DOS auf
• Windows NT ⇒ Weiterentwicklung vom Betriebssystem VAX
(ursprünglich in den 70er Jahren von Dell entwickelt)
• MacOS ⇒ Endstand Ende der 70er Jahre
Systemarchitektur von Windows 98
Die Systemarchitektur von Windows 98 ist aufgrund der Kompatibilität zu DOS, 16-Bit und 32-Bit Software aufwendig und wenig fortschrittlich. So können einzelne Anwendungen z. B. durch unzulässige direkte Hardwarezugriffe das gesamte System aufhängen. 9
8 http://www-classic.be.com/products/beos/mediaos.html
9 http://private.addcom.de/sb-home/bsys/os_win98.htm
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2.2 Systemarchitektur von Windows NT und Solaris
10 http://private.addcom.de/sb-home/bsys/os_winnt.htm
11 http://private.addcom.de/sb-home/bsys/os_solaris.htm
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3. Multimediabetriebssystem BeOS
3.1 Systemarchitektur von BeOS
Die der Systemaufbau von BeOS ist im Vergleich zu
anderen Betriebssystemen wesentlich einfacher. Das System bietet deshalb eine hohe Performance für Anwendungen. 12 Außerdem benötigt BeOS zum Booten weniger als zwanzig Sekunden. 13 Windows NT be-
nötigt mindestens die dreifache Zeit.
Direkt über der Hardwareschicht befindet sich der
Microkernel zusammen mit den Hardwaretreibern. In
der nächst höheren Schicht sind das BeOS Software Kit sowie einige Server angesiedelt. Zu jedem Server existiert ein Software Kit. Dieses bietet dem Programmierer C++-Klassen und C-Funktionen, um auf Funktionen des Betriebssystems zurückzugreifen. Diese werden durch den entsprechenden Server realisiert. Darauf aufsetzend laufen die Applikationen.
12 http://www-classic.be.com/products/beos/beos_specifications.html
13 http://www.be.com/action/action2.html
14 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Application%20Kit/index.html
15 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Device%20Kit/index.html
16 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Game%20Kit/index.html
17 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Interface%20Kit/index.html
18 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Kernel%20Kit/index.html
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Beschreibung der BeOS Server und der dazugehörigen BeOS Software Kits
Durch die von den BeOS Software Kits zur Verfügung gestellten C++-Klassen und C-Funktionen können Programmierer viele Funktionen neuer Applikationen realisieren. Daher können neue Anwendungen relativ schnell entwickelt werden, da viele Funktionen nicht durch den Programmierer selbst erstellt werden müssen. Dieser kann statt dessen über die APIs (Application Interfaces) der Software Kits auf bereits im Betriebssystem vorhandene Funktionen zurückgreifen.
19 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Mail%20Kit/index.html
20 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Media%20Kit/index.html
21 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Midi%20Kit/index.html
22 http://www.midi.org
23 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Network%20Kit/index.html
24 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20OpenGL%20Kit/index.html
25 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Storage%20Kit/index.html
26 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Support%20Kit/index.html
27 http://www.be.com/support/documentation/be_book/The%20Translation%20Kit/index.html
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3.2 Multimedia- und Betriebssystemtechnologien
besonders effektivem symmetrischem Multiprocessing, präemptiven Mutlitasking, geschütztem Speicher sowie virtuellem Speicher verfügt BeOS u. a. über einige moderne weitere Technologien 29 , die sich besonders für Multimediaanwendungen eignen: 30
• BeOS verwendet Pervasive Multithreading, das heißt, alle Applikationen
und Programme sind in kleine Teile zerlegt. Diese Teile (Threads) können dann zügig von einem Prozessor bearbeitet werden; mehrere Programmteile können unter anderem parallel verarbeitet werden. Der Betriebssystemkernel kann schnell den einzelnen Tasks (Aufgaben) Rechenzeit zuweisen und zwischen diesen wechseln oder diese auf verschiedene Prozessoren verteilen. Es müssen nicht immer große Programmteile im Speicher verarbeitet werden, da stets nur Threads verarbeitet werden.
BeOS ist so strukturiert, daß Programmierer, die Anwendungen für BeOS schreiben, quasi dazu gezwungen werden ihre Programme in kleine Threads zu zerlegen. So kann z. B. kein Programm Daten in einem Fenster ausgeben, ohne mindestens zwei Threads zu erzeugen. Ein Thread kommuniziert mit dem App Server, dieser zeichnet das Fenster, die Laufleisten und trägt das Fenster in der Deskbar (Windows ähnliche Task-Leiste) ein. Der zweite Thread schreibt Daten in das Fenster hinein. Programmierer können ihre Programme in beliebig viele Threads aufteilen. Threads arbeiten in Gruppen zusammen, die Teams genannt werden. Diese können über system messages
28 http://www-classic.be.com/products/beos/mediaos.html
29 http://www.be.com/products/freebeos/beosspecs.html
30 „The BeOS Bible“ by Scot Hacker with Henry Bortman and Chris Herborth,
Peachpit Press 1999, ISBN 0-201-35377-6
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des Betriebssystems oder über shared memory 31 miteinander kommunizieren
und Daten austauschen.
• Das Be File System (BFS) ist ein 64-Bit Dateisystem, das wie die anderen
Komponenten des Betriebssystem mutithreaded programmiert ist und jounalingfähig (s. u.) ist. Außerdem sind im Dateisystem datenbankähnliche Attribute und Indizes sowie eine auf MIME-Typen (Multipurpose Internet Mail Extension) basierende Dateityperkennung implementiert:
Durch ein 64-bittiges Adressierungsschema im Dateisystem können ein-
zelne Partitionen mit einer Größe bis zu 18.000 Petabyte (18 Billionen Gigabyte) direkt verwaltet werden. Bei einem 32-bittigen Adressierungsschema können lediglich Partitionen mit einer Größe von bis zu vier Gigabyte direkt verwaltet werden. Die maximal Dateigröße liegt daher dann bei vier Gigabyte. Größere Partitionen und Dateien sind nur durch technische „Tricks“ und nicht mehr durch eine direkte und sehr schnelle Adressierung möglich. Durch das 64-bittige Adressierungsschema kann BeOS somit auch große Multimediadateien, wie z. B. unkomprimierte Videos speichern, da eine Datei bis zu 18.000 Petabyte groß sein kann. 32
Dateigrößen von verschiedenen Multimediadateien
Die Journalingfunktion des Dateisystems protokolliert jeden Zugriff
auf das Dateisystem sofort auf dem Datenträger. Sollte es zu Fehlern beim Zugriff auf den Datenträger kommen oder z. B. der Strom ausfallen während BeOS läuft, können keine inkonsistenten Datenbestände auftreten, selbst wenn noch Daten im Schreibcache lagen. BeOS macht eine angefangene und nicht beendete Operation im Dateisystem beim nächsten Mounten der Partition anhand der Journaleinträge rückgängig. Da das Dateisystem daher nicht komplett geprüft werden muß, werden Partitionen beliebiger Größe in wenigen Sekunden gemountet. BeOS bootet u.a. daher sehr schnell. Auch große Dateien, wie z. B. Audio- oder Videodateien und Datenbanken, bleiben stets konsistent.
31 http://www.be.com/support/faqs/faqs/be_faq-00219.html
32 The BeOS Bible, Seite 12
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Da Zugriffe im Datei-system ebenfalls durch
kleine Threads, also multithreaded, erfolgen, können mehrere Dateioperationen gleichzeitig bei hoher Performance durchgeführt werden. Es können zum Beispiel mehrere Kopier- und Bewegungsaufträge gleichzeitig ausgeführt werden. Dies ist wichtig bei der Verarbeitung von großen Multimediadateien. 33
Da das Dateisystem einen Index der Dateiattribute erstellt, ähnlich
wie in einer herkömmlichen Datenbank, kann nach Dateien mit bestimmten Werten in einzelnen Attributen schnell gesucht werden. Neben der herkömmlichen Suche nach Dateien eines bestimmten Dateityps, Erstellungsdatum oder/und Größe, kann außerdem zum Beispiel nach Dateien des Typs Person mit einem bestimmten Wert in den Attributen State und E-mail gesucht werden. Zunächst wird dann anhand der Datenbank ein Pool der Dateien erstellt, die die Attribute State und E-mail haben und vom Typ Person sind. Danach wird die Suche ledig-
Einstellungder Attribute für eine Suchoperation
33 The BeOS Bible, Seite 14
34 The BeOS Bible, Seite 412
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Anders als Windows oder Unixsysteme erkennt BeOS den Dateityp
nicht anhand der Dateiendung, sondern speichert den Dateityp jeder Datei im MIME-Format 35 (Multipurpose Internet Mail Extension) im
Dateisystem.
Das Format wurde ursprünglich zur Kennzeichnung von Dateien, die an eMails angehängt werden, entwickelt. Daher stammt der Name. Inzwischen wird es unter anderem auch bei Übertragung von Dateien über das Internet von Webservern verwendet. Aktuelle Webrowser (zum Beispiel Opera und Netscape Navigator) erkennen so auch unter Windows und Unixsystemen das Format einer Datei und starten das entsprechende Programm zum Ansehen oder Anhören der Datei automatisch. Diese Programme verfügen unter diesen Betriebssystemen über eine eigene kleine Datenbank von MIME-Typen mit der jeweiligen Dateiendung und der dazugehörigen Applikation, da das Betriebssystem diese Informationen schließlich nicht zur Verfügung stellt.
Jeder Datei wird durch den MIME-Typ eine Metaklasse (oder auch Supertype) und eine dazugehöriges Typenpaar im folgenden Format zugewiesen:
35 http://www.beoscentral.com/~chrish/Be/info/mime-refs.shtml
36 http://www.iana.org
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• BeOS benutzt dynamische Treiber. Das heißt, ein Treiber (z. B. ein Hard-ware- oder Dateisystemtreiber) wird erst dann geladen, wenn er benötigt wird. Nach dem Laden des Treibers ist kein Reboot wie z. B. unter Windows 9x und NT notwendig; der Treiber kann sofort verwendet werden. Bei BeOS sind die Treiber in den Kernel integriert. Das dynamische Laden hat den Vorteil, dass der Kernel stets so wenig Speicher wie möglich belegt. 38
• BeOS zeichnet sich durch niedrige Latenzzeiten aus. Die Latenzzeit des
Kernels beim Wechseln von Threads etc. von 250 Microsekunden stellt ein schnelles Reaktionsvermögen für zeitkritische Anwendungen sicher. Audiohardware wird unter BeOS ca. siebenmal schneller angesprochen, als unter Windows. Die Latenzzeit vom Einlesen von Audiodaten bis zur Ausgabe liegt bei acht Millisekunden. Das ist ca. dreimal schneller als unter Windows. Somit können Anwendungen entwickelt werden, die Audiodaten in Echtzeit verändern. 39 Audiodaten müssen nicht zuerst komplett aufgenommen wer-
den, bevor sie dann verändert und zum Schluss abgespielt werden können.
• Via DMA (direct memory access) können Anwendungen direkt in den Grafikspeicher der Grafikkarte schreiben (Direct Graphic Access) 40 . Da die
Implementation von DMA unter BeOS im Vergleich zu anderen Betriebsystemen besonders einfach ist, verwenden viele Programmierer dieses Verfahren. Dadurch sinkt die Prozessorbelastung, das System wird schneller.
38 The BeOS Bible, Seite 20/21
39 http://www.be.com/developers/whybe.html
40 The BeOS Bible, Seite 19/20
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4. Betriebssystemvergleich
Im Vergleich zu den meisten anderen Betriebssystemen sind bei BeOS alle aktuellen Komponenten und Funktionen eines modernen Betriebssystems implementiert. 41
Vergleich zwischen BeOS, MacOS 8 und Windows NT
BeOS ist Windows NT und MacOS 8 technologisch klar überlegen. Alle Betriebssystemtechnologien wurden konsequent umgesetzt und nicht nur in Teilbereichen implementiert, wie z. T. bei Windows NT und MacOS 8. Partitionen mit div. Standarddateisystemen können gemountet und die Daten verwendet werden.
41 http://www.beosonline.de/index.php?seite=Was_ist_beos
42 Systemnahen Komponenten wie Treiber, Prozeß-, Speicher- und Dateisystemverwaltung sind gemeinsam im Kernel vereint, es existiert keine Begrenzung dieser Teile im Speicher. http://private.addcom.de/sb-home/bsys/os_begriffe.htm
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5. Zusammenfassung und Ausblick
BeOS ist ein modernes Betriebssystem, daß fast alle aktuelle Betriebssystemtechnologien sowie eine moderne Architektur enthält (lediglich kein Multiusersystem). Daher eignet es sich besonders für Multimediaanwendungen, die eher viel Performance benötigen. Das System ist auch auf langsameren Rechnern schnell, stabil und verfügt über eine moderne grafische Benutzeroberfläche. Aufgrund von leistungsfähigen Softwarekits bzw. APIs (Application Interfaces) können neue Anwendungen schnell entwickelt werden.
Die aktuelle Release 5 für x68-Prozessoren ist für Privatanwender kostenlos im Internet erhältlich 43 . Diese Version läßt sich in eine ca. 500MB große Datei auf
einer beliebigen Partition unter Windows installieren. BeOS kann dann mit einer Bootdiskette oder unter Windows 9x direkt aus Windows gebootet werden.
Trotz der einfachen Installationsprozedur, der modernen Oberfläche und der sehr guten Performance im Vergleich zu anderen Betriebssystem wie z. B. Windows oder Linux sowie der kostenlosen Version für Privatanwender, ist BeOS kaum verbreitet und meist nur wenigen PC Benutzern bekannt.
Inzwischen existieren viele Share-/Freewareprogramme 44 und einige kommerzielle Programme 45 für BeOS sowie zahlreiche Fanseiten 46 , eine erstes Be Magazin (Inside BeOS) 47 und Vertriebsfirmen 48 , die Produkte rund um BeOS (unter
anderem Software und Bücher) anbieten. Außerdem gibt es eine deutsche BeOS Newsgroup 49 und regelmäßig das Anwendertreffen BeGeistert! 50 .
Trotzdem stellt BeOS keine ernste Alternative zu anderen Betriebssystemen dar. So fehlt z. B. ein leistungsfähiges Officepaket sowie diverse andere Anwendungen. Grundsätzlich sind zwar viele kleine Anwendungen und Tools verfügbar, oft gibt es jedoch nur eine Anwendung für eine Aufgabe (z. B. existiert als einziger aktueller Browser eine Betaversion von Opera 51 ). Eine Auswahl verschie-
dener Programme für eine Aufgabe ist nicht vorhanden.
Aufgrund der sehr unterschiedlichen APIs-Struktur (Application Interfaces) von BeOS und z. B. Windows ist es sehr schwierig, vorhandene Applikationen auf
43 http://www.be.com/products/freebeos
44 http://www.beware.com http://beos.tucows.com/beossoft.html
45 The BeOS Bible: Chapter 11, Network Applications; Chapter 12, Productiviy Applications Chapter 13, Graphics Applications; Chapter 14, Media Applications; Chapter 15, Other Goodies
46 http://www.pecora.de/~maybe/beos/index.html http://www.dynarec.com/~mike/beos http://www.betips.net
47 http://www.insidebeos.de
48 believe.de - Everything BeOS (http://www.believe.de)
49 de.comp.os.be
50 http://www.heise.de/newsticker/data/hps-06.10.00-000/
51 http://www.opera.com/beos/index.html
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BeOS zu portieren. Daher existieren nur wenige Programme unter BeOS, die auch schon unter anderen Betriebssystemen existieren.
Desweiteren fehlen Treiber für einige Netzwerkkarten, Soundkarten etc., die nicht sehr verbreitet sind. Ebenfalls fehlen ISDN-Treiber für passive ISDN-Karten (Karten ohne Prozessor) 52 . Lediglich die aktive ISDN-Karte B1 (Karte
mit Prozessor) von AVM wird inzwischen unterstützt. Diese Karte ist aber gerade für Privatanwender aufgrund des hohen Preises uninteressant. Desweiteren unterstützt BeOS als Identifizierungsprotokoll bei der Einwahl ins Internet lediglich PAP (Password Authentication Protocol) und nicht CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol). Somit ist eine Einwahl längst nicht bei allen Providern möglich (z. B. nicht bei dem Internet by Call Angebot planet-Interkom von Viag). Einen PPPoE Treiber (Point to Point Protocoll over Ethernet) zur Nutzung von T-DSL gibt es bereits von einem privaten Entwickler 53 .
Be entwickelt BeOS und vor allem BeIA ständig weiter. BeIA ist aus BeOS her-vorgegangen und ist eine unabhängige Plattform für Multimedia- und Internetanwendungen zur Integration in Subsysteme, wie z. B. Setop- bzw. Internetboxen. Unter anderem sind die Unterstützung von USB (Universal Serial Bus), Firewire sowie Powermanagement für Notebooks angekündigt.
Nachdem die Firma Be im zweiten Quartal 2000 noch nicht in der Gewinnzone ist und einen Netto-Verlust von 4,7 Millionen US-Dollar bei einem Umsatz von lediglich 142 000 US-Dollar ausweisen mußte, hat Be den Online-Vertrieb eingestellt 54 . Die Produkte werden jetzt ausschließlich von Distributoren angeboten (in Europa von Koch Media 55 ). Der Aktienkurs von Be lag am 25. Oktober 2000 bei 3,31 US-Dollar pro Aktie 56 an der NASDAQ 57 .
BeOS ist ein interessantes modernes, neues Betriebssystem, das aber in dieser Form auf PCs vermutlich nie eine große Verbreitung finden wird. Eventuell gelingt es Be, trotz der Konkurrenz durch Microsofts Windows CE und entsprechenden Linux-Minikerneln, BeIA kommerziell zu vertreiben um damit mittelfristig Gewinne zu erzielen. Firmen, wie Compaq und EnVivid, haben mittlerweile erklärt, Gerätschaften mit BeIA oder BeOS auf den Markt zu bringen. 58
Es bleibt abzuwarten, ob die Firma Be und BeOS bzw. BeIA auf Dauer einen Nischenmarkt besetzen kann oder irgendwann als interessante aber wirtschaftlich nicht relevante Betriebssystemstudie in die Computergeschichte eingehen wird, so wie u. a. vor einiger Zeit die Firma Digital Research mit DR DOS 59 .
52 http://www-classic.be.com/aboutbe/pressreleases/99-03-18_ISDN.html
53 http://www.users.uswest.net/~choice83833910/PPPoE.zip, Autor: NathanWhitehorn@kagi.com
54 http://www.heise.de/newsticker/data/mck-14.08.00-003/ http://www.heise.de/newsticker/data/hps-20.07.00-000/
55 http://www.kochmedia.com
56 http://quotes.nasdaq.com/Quote.dll?page=multi&mode=Stock&symbol=BEOS
57 http://www.nasdaq.com
58 http://www.heise.de/newsticker/data/hps-20.10.00-000/
59 http://www.tunes.org/Review/OSes.html, http://www.rhrz.uni-bonn.de/~uzs180/opendeng.html
Arbeit zitieren:
Alexander Lay, 2001, Multimediabetriebssystem BeOS, München, GRIN Verlag GmbH
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