Grundlagen der Informatik Teil 1 - Startseite TU Ilmenau · Grundlagen der Informatik 1 Ilka Philippow Definitionen Informatik Wissenschaft, die die automatische Verarbeitung von

Grundlagen der Informatik 1Ilka Philippow

Grundlagen der Informatik Teil 1

Lesender: Prof. Dr.-Ing. habil Ilka Philippow

Studiengänge:

Fakultät für Informatik und AutomatisierungFG Softwaresysteme/Prozessinformatik

email: [email protected]. 69 2826Sekr. 69 2870, Frau Meusel, Zuse Bau Zi 3044

Medienwirtschaft, Teil I ab 3. Sem. (Kap. 1-8) empfohlenTeil II ab 4. Sem. (Kap. 9-16) empfohlen

login: pw:Vorlesungsmaterial ist auch im Copy-Shop erhältlich


1. Einführung

Informatik Computer Scienceetwa seit 1960 eigenständige Wissenschaft

Einfluss der Informatik:Computer vernichten Arbeitsplätze (Rationalisierung)Computer schaffen neue Betätigungsfelder und LebensinhalteComputer verändern die Wirtschaftsbeziehungen, z.B. Globalisierungseffekt

Informationen werden zu einem der wichtigsten Wirtschafts-faktoren (BMBF Studie 2002: Softwaretechnik ist die Produktionstechnik des 21. Jh.)


Definitionen

InformatikWissenschaft, die die automatische Verarbeitung von Informationen mit Hilfe von Computern und die Mensch-Maschine-Kommunikation ermöglicht

Computer, Digitalrechnersind das technische Medium für die elektronische Verarbeitung von DatenDaten sind technisch dargestellte Informationen

sind frei programmierbar für unterschiedliche Aufgabenbestehen aus der Einheit von Hardware und Software


Hard- und SoftwareHardware:

ist die Gesamtheit aller physischen, d.h. materiellen Ausrüstungen zur Datenverarbeitung

elektronische Geräte und Komponenten

Software:ist die Gesamtheit aller Daten und Programme,

ideelle Ausrüstung zur Datenverarbeitungbestimmt die Funktionalität und den Anwendungsbereich eines Computerswird in Betriebssoftware und Anwendungssoftware unterteilt


Klassifikation der Software

Software: Programme, Daten

Betriebssystem-Software

Anwendungs-Software

Spezialsoftware Standardsoftware

Datenbanken, Text-, Tabellen-, Graphikverarbeitung u.a.

Branchen- und problemspezifische Speziallösungen


1.1. Historische EntwicklungDie Menschheit wollte schon sehr frühzeitig beim Rechnen unterstützt werden:

vor unserer Zeitrechnung:um 4000 älteste, auf der Erde bekannte Zahlenzeichen um 1100 Abakus in Ostasien, das erste Rechengerät


Voraussetzungen (1)

1. Zahlensystem, das maschinell darstellbar istim 7. Jh. Indien, dezimales Stellenwertsystem1518/50 Adam Ries, dezimale Rechenregeln

1641 Blaise Pascal, mechanische Maschine(zur Vereinfachung von Steuereintreibungen)

aufwendig, man musste 10 verschiedene Ziffern mechanisch darstellen können

1679 Leibnitz, duales Stellenwertsystem(40 Maschinen, die auch multiplizieren und dividieren konnten, wurden gebaut)


Voraussetzungen (2)

2. Mathematische Basis für maschinelle Algorithmen

1847 Boole`sche AlgebraThe Mathematical Analysis of Logic :- Basis für formale Logik: Boolesche Variable

kann den Wert wahr=1 oder falsch =0 annehmen (algorithmische Entscheidungen sind möglich)

- Elektronisch durch hohe und niedrige Spannungswerte nachbildbar

Georg Boole


Voraussetzungen (3)

3. Technische Basis zum Rechnen und Speichern1833 Charles Babagge, Analytical Machine

(erste größere Produktion, erste Rechenbüros)- erstmals Steuer-, Rechenwerk und Speicher

Science Museum London

1886 Hermann Hollerith, Lochkarte- speicherte Algorithmen, z.B.

für Spielorgel, Webstühle


Voraussetzungen (4)

3. Technische Basis zur Miniaturisierung (1)elektromechanische Rechner(elektronische Relais, Röhren)

1930-1940 Konrad Zuse, Z1-Z3 (Dualrechner)

1930-1941 Howard Aiken, Marek 1-4 USA, 1946 John von Neumann:

Prinzip von-Neumann-Verarbeitung

Nachbau Z1 Deutsches Technikmuseum Berlin


Voraussetzungen (5)

3. Technische Basis zur Miniaturisierung (2)elektronische Rechner1947 Transistor (Bardeen, Shockley)1961 erster integrierter Schaltkreis (Fa. Fairchild)1970 erster elektronischer Rechner (Fa. Sunlock)

Elektronenröhre

Transistoren in verschiedener

BauartIntegrierter Schaltkreis mit

Transistorschaltungen


Schaltkreisintegration

Ein integrierter Schaltkreis (auch integrierte Schaltung, engl. integrated circuit, kurz IC) ist eine auf kleinstem Raum auf einem einzigen Stück (Chip) untergebrachte (integrierte) elektronische Schaltung.


Moore´s Law

1000

10.000

100.000

1.000.000

10.000.000

100.000.000

1.000.000.000

10.000.000.000

100.000.000.000

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Verdopplung Transistoren/Chip alle zwei Jahre

40048086

80486Pentium

Pentium 3 Pentium 4


Aktuelle Situation

1. ständig steigende HardwareleistungFolge: hoher moralischer Verschleiß „alter“ Systeme

2. ständig neue Anforderungen an ProgrammeFolge: Softwarekrise

3. Innovationen sind zu über 90% durch Software bestimmtFolge: Software wird zum Wirtschaftsfaktor

Basiskenntnisse zu Softwaretechnologien sind unumgänglich


1.2. Computerklassen

a) Supercomputerzum Zeitpunkt der Einführung höchstes realisierbares Leistungsniveauviele Prozessoren (Parallelrechner) greifen auf gemeinsame Ein- Ausgabegeräte und Speicher zu

wissenschaftliche Rechner für komplexe Berechnungen

Columbia-Supercomputer der NASA mit 20x 512 Intel-Itanium-2-Prozessoren


Computerklassen (2)

b) Main FramesGroßrechner, besonderer Wert auf Zuverlässigkeit und hohe Ein-Ausgabe-Leistung, weniger auf Speicher und Zeit gelegt

Online-Betrieb (Time Sharing) über Terminals Batch-Betrieb auch komplizierte Berechnungen

IBM System Z

Anwendung in Versicherungen, Banken, großen Unternehmen und in der öffentlichen Verwaltung


Computerklassen (3)

c) WorkstationsWorkstations (WS) sind Arbeitsplatzrechner, die sich von einem Personalcomputer dadurch unterscheiden, dass Speicherkapazität, Geschwindigkeit und der Datendurchsatz deutlich über dem eines Personal Computers (PC) liegen

komplexe Berechnungen, CAD-Systemekann im Cluster (Grid-System) Leistung eines Supercomputers erreichen

primeLine CAD-Workstation mit Intel® Core 2TM Quad Prozesso


Computerklassen (4)

d) Personal Computerpersönlicher Computer; kurz PC, ist ein Einzelplatz-rechner der im Gegensatz zu einer Workstation in der Regel von einer einzelnen Person (persönlich) genutzt wird

die Konfiguration ist auf die Bedürfnisse eines Nutzers zugeschnittenbesondere Dienste können von einem Server geholt werdender Anwendungsbereich ist nutzerspezifisch

Acer Extensa E464


Computerklassen (5)

e) Integrierte Computer (Embedded Systems)eingebaut (integriert) in Maschinen, Geräte und Anlagenmit Sensoren und Aktoren ausgestattet zur Beobachtung, Steuerung und Regelung technischer Prozessehöchste Einsatzbreite in der Praxis

spezialisierter Rechner für konkrete Aufgabe, keine Universalrechner

höchste Zuverlässigkeits-anforderungen


1.3. Internet, Intranet und CSCW

Internet:ist ein weltweites ComputernetzDatenaustausch zwischen den einzelnen Computern ist über gemeinsame Standards (Netzwerkprotokolle) geregelt

Prinzip des Datenaustausch: ein Client schickt Anfragen an einen Serverein Server sendet Antworten in einer für den Menschen verständlichen Weise auf den Bildschirm zurück zwischen beiden muss eine Verbindung hergestellt werden, die von einem Provider (Schnittstelle zwischen Nutzer und Netz) realisiert wird


Meistgenutzte Internet-Dienste

World Wide Web:ist nichts anderes als eine multimediale Anwenderoberfläche, die verteilte Dokumente miteinander vernetzt (Links) mit Links kann man von Begriff zu Begriff, von Dokument zu Dokument springen (Texte, Bilder, Grafiken, Klänge, Videos)jede Webseite hat eine Adresse, die so genannte URL, und kann über einen Browser aufgerufen werden.

Standards: Dokumentensprache Hyper Text Markup Language (HTML) HTTP (Hypertext Transfer Protocol) zwischen dem Web-Server und Ihrem Browser übertragen

E-Mail:electronic mail" ("elektronische Post")


Nichtöffentliche Netze

IntranetIm Unterschied zu Begriffen wie Local Area Network und Global Area Network bezeichnet dieser Begriff nicht die räumliche Ausdehnung eines Rechnernetzes, sondern die (begrenzte) Ausdehnung seines Benutzerkreises.Schnittstellen zum Internet werden von Firewalls kontrolliert

Extranetist ein Teil eines Intranets, zu dem ein weiterer Benutzer-kreis Zugang hat.


CSCW-Systeme

Computer Supported Cooperative Workverteilte Systeme zur Unterstützung von Personen, die zeitlich und räumlich getrennt, an einem Problem arbeiten

Group Ware – System:Überwiegend nur kommunikative Unterstützung

Work Flow – System:auch der Arbeitsablauf wird beeinflusst


Group Ware

3-C-Modell für Group Ware:In welchem Ausmaß kommunizieren die Teilnehmer miteinander? (Communication) In welchem Ausmaß wird auf das Erreichen eines gemeinsamen Zieles hin gearbeitet? (Collaboration) In welchem Ausmaß werden Termine gemeinsam geplant? (Coordination)

gemeinsame Dokumentenserver, Diskussionsforen, TerminverwaltungNachrichtenverteiler und Schutzrechtvergabe


Work Flow - System

Ziel:Optimierung der Arbeitsabläufe und der Kommunikation

Work Flow :Arbeitsablauf aus einzelnen seriellen bzw. parallelen Aktivitäten zusammengesetztTeil eines Geschäftsprozesses mit IT-Unterstützung

Work Flow Management-System:unterstützt strukturierte Aufgaben und Prozesse (Group Ware unterstützt unstrukturierte Prozesse)dient der Steuerung und der Implementierung von work flow-Anwendungen


1.4. Lernziel und Inhalt der GDI

Rolle der Software in der WirtschaftInnovation von Produktionsgütern und Dienstleistungen sind zu mehr als 90% von neuen Softwarelösungen abgängig (Realisierung neuer Ideen und Konzepte).

Die Optimierung von Produktions- und Geschäftsprozes-sen erfolgt in hohem Maße durch den Einsatz geeigneter Software.

Der „intelligente, spezifische“ Zugriff auf entscheidende Informationen ist für eine strategische und operative Planung unumgänglich.


Betriebswirtschaftliche Aspekte (1)

es soll eine Software in Auftrag gegeben werden, die im Ergebnis- ein innovatives Produkt oder eine Dienstleistung- oder eine Prozessoptimierungerzeugt

Auftraggeberaspekt

Problem:Korrekte Formulierung von Anforderungenwissen, ob der Auftragnehmer angemessen den Aufwand berechnet


Betriebswirtschaftliche Aspekte (2)

man will den Auftrag für eine Software erhalten und das Projekt erfolgreich durchführen

Auftragnehmeraspekt

Problem:ist der Auftrag überhaupt informationstechnologisch machbarwie werden Arbeitspakete ermittelt und wie wird der Aufwand geschätzt

Notwendig sind Kenntnisse über den Prozess der Softwareentwicklung


Lernziel der Vorlesung

Befähigung von Betriebswirtschaftlern, die Probleme der Softwareentwicklung zu verstehen

im Umfeld von Softwareprojekten Kompetenz und Kommunikationsfähigkeit zu besitzen

Zwei Schwerpunkte:1. Alle Phasen bis zu einer Softwareentwicklung sind

letztendlich auf die technische Implementierung ausgerichtet (GDI 1: Technische Grundlagen)

2. Die Methoden und Probleme bei der Entwicklung von Software und Datenbanken zu kennen (GDI 2)


Inhalt GDI 1

Technische Grundlagen2. Informationsdarstellung in Computern

Zahlensysteme, ZahlendarstellungText- und BilddarstellungBefehlsdarstellung

3. Aufbau von ComputernGrundprinzip und Konfiguration, Prozessoreinheit und BefehlsabarbeitungInterne und externe SpeicherNutzerschnittstellen, Systemschnittstellen, Multimedia


Inhalt GDI 1

4. Algorithmen und ihre BeschreibungEinführung des Algorithmenbegriffs und Beschreibung durch Kontrollflusselemente

5. DatentypenElementare, Strukturierte und Abstrakte Datentypen

6. Programmstrukturierungprozedurales und objektorientiertes Paradigma

7. ProgrammiersprachenMerkmale von ProgrammiersprachenProgrammerzeugung im „Kleinen“, Werkzeuge


Literatur

Nikolaus Meier; Dieter Tremel; Manfred Precht :EDV-Grundwissen. 7. Auflage Addison Wesley 2004

Helmut Herold; Bruno Lurz; Jürgen Wohlrab:Grundlagen der Informatik Pearson Studium 2006


Fragen

1. Was ist die Aufgabe eines Computers?

2. Warum bezeichnet man einen Computer als Digital? Was sind die Aufgaben der Hard- und Software? Wie wird Software grob klassifiziert?

3. Welche Computerklassen kennen Sie? Erläutern Sie diese!

4. Was für Computer würden Sie für Groupware-Systeme bzw. Work Flow-Systeme einsetzen?

Documents

Grundlagen der Informatik Teil 1 - Startseite TU Ilmenau · Grundlagen der Informatik 1 Ilka Philippow Definitionen Informatik Wissenschaft, die die automatische Verarbeitung von