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FACHKUNDE
MECHATRONIK
GRUNDLAGEN DER DATENVERARBEITUNG
Stephan Malaun
Herbst 2016
Themenüberblick
EDV-Grundlagen
Betriebssysteme
Gefahrenquellen in der EDV
Programmierung für Einsteiger
Themenüberblick
EDV-Grundlagen
Betriebssysteme
Gefahrenquellen in der EDV
Programmierung für Einsteiger
EDV-Grundlagen
Eingabe
• Tastatur
• Maus
• Scanner
• …..
Verarbeitung
• CPU des PCs
• interne Speicher
• Ein-und Ausgabe-steuerung
Ausgabe
• Monitor
• Drucker
• …..
Verarbeitung von Daten nach dem EVA-Prinzip:
Im Allgemeinen bedeutet Datenverarbeitung, systematisch Informationen
für den Anwender zu gewinnen. Im Mittelpunkt stehen die Beschaffung,
Verarbeitung, Übertragung, Speicherung und/oder Bereitstellung von
speziellen Daten. Durch das „EVA-Prinzip“ lässt sich gut erklären, welcher
Prozess dahinter steht, wie Ergebnisse erzielt und ausgegeben werden.
Erfolgt die Datenverarbeitung mittels digitaler Technologien, spricht
man von Elektronischer Datenverarbeitung (EDV).
1x1 der Datenverarbeitung Begriff Erklärung
Zeichen sind die kleinsten Informationseinheiten am Computer, dargestellt als Bit oder
Byte. 8 Bits = 1 Byte, 1000 Bytes = 1 KB (Kilobyte), 1000 KB = 1 MB (Megabyte),
1000 MB = 1 GB (Gigabyte).
Zeichenvorrat bzw.
Codierung von
Zeichen
Entspricht der Menge aller vereinbarten und oder verfügbaren Zeichen zur
Darstellung von Informationen, d.h. digitale Codes. Im ASCII-Code konnten
damit beispielweise 27 = 128 Zeichen codiert werden (alphanumerische und
numerische Zeichen).
Daten Daten sind der Sammelbegriff für Zeichen oder stetige Funktionen, die als
Informationen zum Zwecke der Verarbeitung nach bestimmten Regeln oder
Übereinkünfte Verwendung finden. Digitale Daten bestehen aus den Zeichen
„1“ oder „0“ (Dualsystem). Analoge Daten wiederum werden durch
physikalische Einheiten repräsentiert und stufenlos verändert, z.B. bei Spannung
in Volt.
Nachrichten Dienen der Weitergabe von Informationen und basieren auf codierten Zeichen
oder kontinuierliche Funktionen. Als Syntax werden Regeln bezeichnet. Zeichen
werden zu Wörtern, Wörter zu Sätzen und als Sprache quasi zusammengesetzt.
Die Semantik ist insbesondere in der Programmierung interessant, insofern
welche Bedeutung die Sprache haben soll. („Programmiersprachen“)
Informationen Die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger ist dadurch
gekennzeichnet, dass Informationen in bestimmter Weise inhaltlich gleich
interpretiert werden. Das wird vor allem durch die Syntax und die Semantik
sichergestellt.
Zentrale EDV-Komponenten
Die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine erfolgt an den
verschiedenen EDV-Schnittstellen. Dabei spielen die EDV-
Komponenten Hard- und Software eine zentrale Rolle.
Hardware umfasst sämtliche technische Geräte zur Daten- und
Informationsverarbeitung. Zur Software gehören Programme für die Ein-
und Ausgabe von Informationen für den Anwender. Diese
ermöglichen die Steuerung von Verarbeitungs-, Übertragungs- und
Speicherprozesse am Computer.
Software kann wiederum in System- und Anwendersoftware unterteilt
werden. Die Anwendersoftware kann ohne Systemsoftware nicht
funktionieren. Erst durch das Betriebssystem kann der Datentransfer in
die PC-Peripherie routinemäßig organisiert, gesteuert und kontrolliert
werden. Eigene Treiber- oder Hilfsprogramme wie z.B. für den Drucker
oder andere Hilfsprogramme ergänzen fehlende Funktionen.
Anwendersoftware
Es gibt verschiedene Formen von Anwendungsprogrammen:
Branchensoftware
• Rechtsanwälte
• Ärzte
• Bauwirtschaft
• Banken
• Etc.
Funktionssoftware
• Personalverrechnung
• Produktionsplanung
• Projekt Management
• Lagerverwaltung
• Etc.
Spezialsoftware
• Statistik
• Vermessung
• Grafik
• Tabellenkalkulation
• Textverarbeitung
• Etc.
Die EDV-Nutzung erfolgt unterschiedlich automatisiert. Die
entsprechenden Automatisierungsgrade sind:
• Vollautomation: zur Prozesssteuerung in technischen Branchen
• Teilautomation: Systeme liefern Zwischenergebnisse zur betrieblichen
Entscheidungsfindung
• Aktionsorientierter Datenverarbeitung: Systeme können dem Nutzer
bei der Administration, Disposition, Planung und Kontrolle im
operativen Tagesgeschäft unterstützen
Themenüberblick
EDV-Grundlagen
Betriebssysteme
Gefahrenquellen in der EDV
Programmierung für Einsteiger
Ein Betriebssystem ist ein sehr wichtiges Programm eines jeden Rechners
zur Verwaltung seiner Betriebsmittel und zur Datenkommunikation mit
der Peripherie. Darüber hinaus ist es das zentrale Verbindungsglied
zwischen Anwender und Applikationen.
Betriebssysteme
Beispiele:
WIN XP Mac OS Classic UNIX
WIN VISTA Mac OS X LINUX
Win 7, Win 8
Verwaltung der Prozesse
Unterstützung der
Benutzer bei der
Steuerung der
Hardware-
komponenten
Starten und
Beenden von
Programmen,
Bildschirmanzeige
Bereitstellung von Dienstprogrammen (Datensicherung,
etc.)
Speicher-management
Organisation und
Verwaltung des
(Arbeits-)speichers
Verwaltung der Prozessorressourcen
Geräte-management
Verwaltung der
angeschlossenen
Geräte
Aufgaben eines Betriebssystems
Die „Shell“- Benutzer-
Betriebssystem-Schnittstelle
SHELL
kommando-orientiert, Zeilenorientierte Eingabe durch den Benutzer,
z.B. MS-DOS
grafisch-visuell, direkt vom System angezeigte Anweisungen, z.B. Windows Explorer
Betriebssystem
Hardware, etc.
Durch die Shell bleibt die Komplexität der Kommunikation zwischen Benutzer und den zahlreichen EDV-Komponenten verborgen, was die Anwender-
freundlichkeit wiederum steigert!
-
Einzelbetrieb
(Singletasking)
Mehrprogrammbetrieb
(Multitasking)
Kategorien von Betriebssystemen (BS)
Anwender-programm
Hardware
Betriebssystem
Anwender-programm 1
Anwender-programm 2
Betriebssystem
Hardware
Nachteile Singletasking: • keine ausreichende Nutzung der
Computerressourcen • Systemneustart notwendig bei Fehlern, Programm muss immer neu geladen werden
…..deshalb nicht mehr interessant!!!!
Vorteile Multitasking: • mittels Betriebssystem können mehrere Prozesse gleichzeitig und parallel verwaltet werden • Bsp: UNIX, Windows auf NT-Technik
…. von fundamentaler Bedeutung!
PREEMPTIVES Multitasking
Das Betriebssystem bestimmt wie viel Zeit jedem aktiven
Programm zugeteilt wird (Zeitscheibe) und behält
dadurch die Kontrolle über den Prozessor.
Mehrprogrammbetrieb:
Multitasking Prozessorzeit
Ze
itsc
he
ibe
1
Ze
itsc
he
ibe
2
Ze
itsc
he
ibe
3
Ze
itsc
he
ibe
1
Ze
itsc
he
ibe
2
Ze
itsc
he
ibe
3
Ze
itsc
he
ibe
1
Ze
itsc
he
ibe
2
Ze
itsc
he
ibe
3
Betriebssystem
Hardware
KOOPERATIVES MULTITASKING
• Vorrangiger Modus bei Apple Macintosh, braucht
weniger Speicherplatz.
• Da immer nur ein Prozess vom Prozessor verarbeitet
werden kann, muss sichergestellt sein dass jede
Anwendung regelmäßig die Kontrolle über die CPU
abgibt (=Yielding)
• Durch den Scheduler wird der Prozessor verwaltet,
welche Verarbeitungen Vorrang haben, egal ob sie
miteinander korrespondieren oder separat laufen
• Prozesse laufen damit im Vorder- und Hintergrund;
durch den Scheduling-Algorithmus werden
Prioritäten gesetzt und Rechenzeit auf bestimmte Zeit
zugeteilt (Zeitintervalle)
Single-Use-Betriebssystem
Bedeutet, dass immer nur 1 Benutzer mit dem PC
arbeitet, weil das Betriebssystem auch so konzipiert ist.
Beispiele: MS-DOS, WIN 9x, etc.
Einzel- oder Mehrbenutzerbetrieb
Multi-User-Betriebssystem
• Voraussetzung: Multitasking
• Vorteile: Mehrfachzugriffe zur gleichen Zeit durch
geteilte Systemressourcen
• Über eine Netzwerkverbindung können sich die
Benutzer direkt am Server einwählen und arbeiten
Anwenderprogramme
Anwender
Betriebs-
system
Hardware
Anwender 2
Anwender 1
Betriebs- system
Hardware
Einzel- oder Multiprozessorbetrieb
Betriebssysteme
Single-Prozessor Multiprozessor
• Ein Betriebssystem nutzt die CPU-Leistung eines
einzelnen Prozessors
• Kann die CPU-Leistung von 2-8 Teilnehmern
(Windows NT) oder auch mehr (Linux, Mac OS)
eines zentral verteilten Prozessors nutzen und auf
den gemeinsamen Arbeitsspeicher zugreifen
• Er kann dadurch einerseits den besten Prozessor
einen speziellen Prozess zuweisen, andererseits
alle Prozessoren für alle Prozesse des
Betriebssystems nutzen
Echtzeitbetriebssysteme
Besonderheiten:
• Diese reagieren im Vergleich zu anderen Betriebssystemen auf äußere
Ereignisse innerhalb einer bestimmten Zeitspanne
• Sie werden verwendet in der Überwachung und Steuerung technischer
Prozesse und Geräte sowie zur Erfassung von Messdaten
• Bei all diesen Geräten müssen zeitliche Vorgaben strengstens eingehalten
werden
• Typisch für Hardware von Echtzeitsystemen sind Realzeituhren,
Analog/Digitale-Ein-und Ausgabe, Digitale Anschlüsse verschiedener
Messgeräte und Sensoren
Betriebssysteme wie Windows NT nutzen diese Infrastruktur bzw. Netzwerksystem für die
hierarchische Aufgabenteilung
Server:
Anbieter von Ressourcen, Dienstleistungen
Clients:
Arbeitsstationen, Nutzer
Der Client fordert einen Dienst vom Server an, dieser stellt die Betriebsmittel zur Verfügung.
Client-Server-Modell
Client-Server-Modell
Vorteile Nachteile
• Durchführung von
Softwareaktualisierungen
nur auf wenigen Systemen
• Gezielter Angriff auf Server oder
Hardware-Defekt bedingt
Ausfall des gesamten Netzes
• Ressourceneinsparungen
• Zugriffskontrolle auf Daten
• Flexible Architektur, auf andere
Plattformen portierbar
Client-Server-Kommunikation
In der Praxis
Beispiele für Server
File-Server Auf dem Dateisystem werden Dateien und Platz bereit gestellt
Application-Server Stellt Anwendern den Zugriff auf eine oder mehrere Anwendungen her
Datenbank-Server Basiert auf eine Datenbank, hier werden Daten verwaltet und organisiert; die schnelle Suche sowie Einfügen und Sortieren von Datensätzen sichergestellt
Internet-Server Stellt Internet- und Intranet-Dienste bereit (WWW, FTP, E-Mail, Domain-Name)
Media-Streaming-Server Stellt Multimedia-Daten in Echtzeit und höchster
Datenqualität bereit
Benutzermodus: autonom arbeitende Server
einzelne Anwendungen Threads/Prozesseinheiten Kernelmodus: Betriebssystemkern (Kernel) ist
für die Kommunikation zwischen Server und Client zuständig, die Applikationen als Dienste der Server nutzen
die „HAL“ als Programm zur Konfiguration und Steuerung von Hardware, Adaption für andere Prozessoren notwendig!
das „API“ zur Interface-Gestaltung zwischen der Schnittstelle Betriebssystem und einer Applikation
Module von Client-Server-
Betriebssystemen (auf Windows)
Betriebssystem Linux
• lizenzfreies Betriebssystem
• wird weltweit von Programmierern
weiterentwickelt und im Internet
verbreitet
• auf einigen FTP-Servern können die
Kernel kostenfrei heruntergeladen
werden
• Multitasking- und Multiuserfähigkeit
durch die Shell (Befehleingabe und
Ausgabe des Systems)
• Shell lässt sich beliebig tauschen und
mehrere gleichzeitig koexistieren
(Festlegung Benutzer-LogIns)
• Vorteile: hohe Portabilität und
Plattformneutralität
Module eines Linux-Betriebssystems
Themenüberblick
EDV-Grundlagen
Betriebssysteme
Gefahrenquellen in der EDV
Programmierung für Einsteiger
Mögliche Gefahren und
Risiken betrieblicher EDV-
Nutzung Angriffsmöglichkeiten entstehen vor allem durch die Internetpräsenz
(Firmendaten auf Webserver) und die betriebliche Kommunikation über
Netzwerke (FTP-Servernutzung sowie öffentlicher Zusammenschluss von
Firmennetzwerken im Netz)
Formen:
• Diebstahl von sensiblen internen Daten sowie Betriebs-Know-How („passiver“, nicht-autorisierter Angriff), auch im internen Netz
• Böswillige Datenverfälschungen sowie Manipulationen („aktive“ Angriffe zur unautorisierten Informationsgewinnung sowie deren Modifikation, Betriebsspionage, „Hacker“, Angriffsattacken durch Viren, Würmer und Trojaner)
• Störungen betriebsinterner und externer Kommunikation durch Angriffe durch Schwachstellen und Sicherheitslücken (Passwörter, Daten-Verschlüsselungen)
• gezielte illegale Angriffe in den Rechnersystemen , die Störungen in den Betriebs-abläufen hervorrufen
Konsequenzen reichen von juristischen Schwierigkeiten für private Personen oder dem
Unternehmen bis zu finanziellen Verlusten sowie Image-Schäden.
Themenüberblick
EDV-Grundlagen
Betriebssysteme
Gefahrenquellen in der EDV
Programmierung für Einsteiger
Programmiersprachen dienen Benutzern
zur Aufgaben- und Problemlösung am
PC
es werden prozessorabhängige und –
unabhängige/problemorientierte
Sprachen unterschieden
Einteilung in niedere (Maschinensprache
und Assembler) und höhere Sprachen
(C, C++, Java)
Programmierung für Einsteiger
C++ und Java sind universell und
objektorientiert
SQL speziell für Datenbanken entwickelt
STEP 7 in der Automatisierungstechnik mit
grafischer Oberfläche
um an verschiedenen Betriebssystemen
und Prozessoren zu funktionieren, sind
Compiler (Übersetzer) notwendig
Beispiele für Hochsprachen
Entspricht einer endlichen Folge von
eindeutigen Anweisungen bzw. Befehlen
am PC
Zur Lösung eines Problems existiert eine
entsprechende Berechnungsvorschrift
(Lösungsalgorithmus)
Ein- und Ausgabe wird durch Funktions(-
blöcke) oder Methoden (Operationen
wie Addieren oder Vergleichen)
Der Algorithmus
mit verschiedenen Variablen werden entsprechende Werte gespeichert
sie dienen als Platzhalter z.B. für ein Rechenergebnis in der Programmierung
Werte sind z.B. ganze Zahlenwerte (Integer Zahlen, int; Gleitkommazahlen – Fließpunktzahlen, float oder Zeichenketten, String)
Beim Datentyp Konstante verändert sich der Wert der Variable nicht
Datentypen werden in Form von Operatoren verknüpft
Nutzung von Datentypen
elementare Anweisungsform
= strukturierte Darstellungsform zur
Entwicklung eines Programmablaufs
mittels Lösungsalgorithmus bei vielen
Sequenzen, damit Abarbeitung ohne
Verzweigungen und Wiederholungen
möglich
effiziente Methode im strukturierten
Programmieren wie z.B. Pascal oder C++
Das Struktogramm „Sequenz“ in
der Programmentwicklung
Auswahlanweisung, d.h. ob bestimmte
Bedingungen erfüllt werden:
› einseitig: if-Abfrage
› Zweiseitig: If-else Abfrage
Schleifenstrukturen finden ihren Einsatz
bei ganzen Blöcken an Anweisungen
oder Wiederholungen (kopf- oder
fußgesteuert)
Struktogramm „Selektion“ und
Wiederholungsanweisungen
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