Grundlagen der Informatik Ergänzung zum Buch «Der Computer als Werkzeug»

Grundlagen der InformatikGrundlagen der Informatik

Ergänzung zum Buch«Der Computer als Werkzeug»

Informatik …Informatik …

IT = Information TechnologyDie Informationstechnologie ist eine junge Wissenschaft.

Die IT-Produkte, sei es Hardware oder Software, werden in kurzer Zeit weiterentwickelt.

Dadurch entstehen immer neue Begriffe.

S. 12

InformationInformation Was ist Information? Alles, was wir mit unseren

Sinnesorganen wahrnehmen Information = Wissen

(Kenntnisse) über Sachverhalte oder Vorgänge

Information ist der bedeutendste «Rohstoff» dieses Jahrhunderts

Wir leben im Informationszeitalter: Was sind die Folgen?

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Information - ComputerInformation - Computer

Information ist seit jeher für den Menschen wichtig

Die richtige Information zur rechten Zeit …

Wir müssen eine riesige Informationsmenge verarbeiten

Dabei kann uns der Computer helfen

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Der ComputerDer Computer

Computer sind «elektronische» Maschinen

Der Computer kann nichts anderes als Schalter betätigen (schreiben) und die Stellung von Schaltern erkennen (lesen)

Computer: von lat. «computare» (rechnen) oder engl. «to compute»

S. 14

Schalter – binär - dualSchalter – binär - dual

Das Geniale am Computer ist, dass er mit Schaltern arbeitet. Schalter kennen nur 2 Zustände:

eingeschaltet oder ausgeschaltet Strom fliesst = eingeschaltet Strom fliesst nicht =

ausgeschaltet 1 = on = eingeschaltet 0 = off = ausgeschaltet

S. 14

Schalter – binär – dualSchalter – binär – dual

2 Zustände: einfache, sichere Verarbeitung

Viele Zustände: fehleranfällig, da jeder Zustand mit einer bestimmten Spannung erzeugt werden müsste

S. 14

Viele ZuständeViele ZuständeBeispiel

Wert 1 = Spannung 10 VoltWert 2 = Spannung 20 VoltWert 3 = Spannung 30 VoltWert 4 = Spannung 40 Volt

Wenn eine Spannung um ein paar Volt zu stark oder zu schwach ist, ergibt das in diesem System einen Fehler.

Im System mit «es fliesst Strom» oder «es fliesst kein Strom» kann dieser Fehler nicht auftreten!

BinärsystemBinärsystem

Das Binärsystem unterscheidet zwei sich gegenseitig ausschliessende Zustände: 0 oder 1, ja oder nein ...

Ein Binärzeichen (0 oder 1) hat die Bezeichnung Bit (binary digit).

Da es im Binärsystem nur die Werte 0 oder 1 gibt, sind für die Dar-stellung von Informationen viele Schalter nötig.

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Binärsystem - DualsystemBinärsystem - Dualsystem

Um das Binärsystem darzustellen, braucht es das Dualsystem.

Wir rechnen mit dem Dezimal-system, der Computer rechnet mit dem Dualsystem.

Um eine Zahl vom Dezimal- in das Dualsystem umzurechnen und umgekehrt, kann der Rechner von Windows benutzt werden

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DualsystemDualsystem S. 15

Alle Daten innerhalb des Computers werden über das duale Zahlensystem verschlüsselt.

Es existieren nur zwei Zustände:

0 1 Strom aus Strom an Nicht magnetisch Magnetisch

DualsystemDualsystemS. 15

Bei jedem zusätzlichen Schalter verdoppelt sich die Anzahl Möglichkeiten.

Jede weitere Stelle (Schalter) verdoppelt die Anzahl der möglichen Schalterstellungen, weil alle vorangegangenen Möglichkeiten mit je einer 0 oder einer 1 erweitert werden.

Ein Schalter 0  

Zwei Schalter 0 0

Drei Schalter 0 0 0

Das DualsystemDas Dualsystem Gültige Ziffern: 0 und 1 Zahlenbasis: 2

20 = 1 26 = 6421 = 2 27 = 12822 = 4 28 = 25623 = 8 29 = 51224 = 16 210 = 102425 = 32

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Das DualsystemDas Dualsystem Gültige Ziffern: 0 und 1 Zahlenbasis: 2

1 0 1

Vierer = 22

Zweier = 21

Einer = 20

1 * 1 = 10 * 2 = 01 * 4 = 4

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Zahlen innerhalb eines Zahlen innerhalb eines ComputersComputers

Dezimalsystem

7433 Einer = 3 * 100

4 Zehner = 4 * 101

7 Hunderter = 7 * 102

Dualsystem

10 1110 01111 * 1 = 1 * 20

1 * 2 = 1 * 21

1 * 4 = 1 * 22

0 * 8 = 0 * 23

0 * 16 = 0 * 24

1 * 32 = 1 * 25

1 * 64 = 1 * 26

1 * 128 = 1 * 27

0 * 256 = 0 * 28

1 * 512 = 1 * 29

S. 16

CodesCodes In der Informatik dienen Codes zur Zuweisung von

Zeichen (z. B. Buchstaben und Zahlen) im Binärsystem. Damit Zeichen (Informationen) vom Computer verarbeitet werden können, müssen sie in das binäre System umgerechnet werden.

Wird die Codierung standardisiert, können alle Computer mit dem gleichen Standard-Code die gleichen Zeichen mit dem gleichen Code darstellen, d. h., ein A ist nicht nur in der Schweiz ein A, sondern auch in Amerika.

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Die ASCII-CodierungDie ASCII-Codierung

American Standard Code for Information Interchange

Für die ASCII-Codierung werden für jedes Zeichen 1 Byte = 8 Bit benutzt

Das heisst, der ASCII-Code kann 28 (256 Zeichen) mögliche Zeichen aufnehmen

S. 16

Weitere CodierungsartenWeitere Codierungsarten EBCDI (Extended Binary Coded Decimal

Interchange)

ANSI (American National Standards Institute)

Unicode (Darstellung von Zeichen aller bekannten Sprachen mit verschiedensten Schriftzeichen, wie z. B. Japanisch), 16-bit ≈ 65 000 mögliche Zeichen

S. 16

Analog - digitalAnalog - digital

Unsere Sinnesorgane nehmen analoge Signale auf (z. B. Schall-wellen)

Der Computer kann keine analogen Signale aufnehmen oder verarbeiten.

Der Computer kann nur digitale (binäre) Werte verarbeiten

Analoge Werte müssen also in digitale Werte umgewandelt werden digitalisieren

S. 17S. 18S. 19

Analoge und digital Analoge und digital AnzeigeAnzeige

Analoge Anzeige Analog =

entsprechend, vergleichbar

Digitale Anzeige Digit (engl.) = Zahl Daten werden

immer durch Ziffern dargestellt.

Vorteile von digitalen Vorteile von digitalen InformationenInformationen

Sie können vom Computer verarbeitet werden

Digitale Werte können jederzeit ohne Verluste kopiert werden 0 bleibt 0 und 1 bleibt 1

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DatenDaten

Daten sind Informationen, die ein Computer lesen und verarbeiten kann

Daten werden in digitaler Form erfasst bearbeitet ausgewertet übertragen

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Informationen und DatenInformationen und DatenZeichen = Elemente zur Darstellung

von Informationen Buchstaben (A bis Z) Zahlen (0 bis 9) Sonderzeichen (, . - ; : ? $ § “ ! &

%)

Daten = Zum Zweck der Verarbeitung gebildete Informationen Numerisch Alphanumerisch Datum/Zeit Logisch (wahr - falsch)

EVAEVA

Eingabe - Verarbeitung – Ausgabe

EVA ist die grundlegende Verarbeitungsweise eines Computers

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EVA-Prinzip am Beispiel GeldautomatEVA-Prinzip am Beispiel Geldautomat

Eingabe Scheckkarte Geheimzahl Funktion (z.B. gewünschter Betrag)

Verarbeitung Prüfung Geheimzahl, Kontostand, eventuell sperren

Ausgabe Karte Geldbetrag oder Hinweis, dass die Auszahlung nicht

möglich ist Meldung über den aktuellen Kontostand

Eingabe

Das EVA-Prinzip - die EingabeDas EVA-Prinzip - die Eingabe

Das EVA-PrinzipDas EVA-Prinzip- Eingabe und Verarbeitung- Eingabe und Verarbeitung

Verarbeitung

Eingabe

Das EVA-PrinzipDas EVA-Prinzip

Verarbeitung

AusgabeEingabe

EVA - ProgrammeEVA - Programme

Für die Verarbeitung braucht es Programme (Software)

Programme verarbeiten die Daten nach einer bestimmten Methode (Algorithmus)

Die Daten müssen also nicht manuell verarbeitet werden. Sie werden automatisch verarbeitet automatische Daten-verarbeitung

Begriff InformatikBegriff Informatik

Information

Automatik

Zusammen Informatik