Symbole & Signale Basiswissen IT Ich glaube, es gibt einen weltweiten Bedarf an vielleicht fünf Computern (IBM-Chef Thomas Watson, 1943 )

Symbole & SignaleBasiswissen IT

Ich glaube, es gibt einen weltweiten Bedarf an vielleicht fünf Computern

(IBM-Chef Thomas Watson, 1943 )

Basiswissen IT Rechnerarchitektur

Die meisten Computer besitzen die sogenannte „Von-Neumann-Architekur“. Programm und Daten teilen sich denselben Speicherbereich.

Erste Computer: Z1 (1937) und Z3 (1941) von Konrad Zuse und ENIAC (1944) von Eckert, Mauchly, Goldstine, von Neumann

1947 wird der Transistor erfunden und kann bald die Röhren ersetzen.

„Künftige Computer werden vorausichtlich leichter als 1.5 Tonnen sein“

Basiswissen IT Rechnerarchitektur

4 Komponenten: Die Recheneinheit (Arithmetisch-Logische Einheit (ALU)), die Steuereinheit, den Speicher (RAM) die Eingabe- und Ausgabeinheit(en) (Tastatur, Maus,

Bildschirm, Drucker, Harddisk, Netzwerkkarte etc) ALU und Steuereinheit heute normalerweise zur CPU

(Central-Processing-Unit) vereint. Die ALU rechnet (inkl. logische Operationen) Die Steuereinheit holt Daten und

Programmanweisungen aus dem Speicher und führt die Anweisungen unter Benutzung der ALU aus.

Basiswissen IT Bits & Bytes -Binärzahlen

Heutige Computer basieren auf Binärzahlen (Bits, ja/nein, 0 und 1),

Einfachere Realisierung von Binärarithmetik und -logik mit elektrischen Schaltkreisen.

Binärsytem: Jede Stelle (Bit) entspricht einer 2er Potenz.

Beispiel:01101101 = 0*27 + 1 * 26 + 1*25 + 0 * 24 + 1*23 + 1* 22 + 0*21 + 1*20

= 64 + 32 + 8 + 4 + 1 = 109

Basiswissen IT Bits & Bytes –Binärzahlen

Addition (und andere Arithmetik) genau wie im Dezimamalsystem:

00100011 = 3510

+ 01000101 = 6910

-------------------- 01101000 = 10410

Einfach: Multiplikation mit 2 ist Linksshift, Division durch 2 ist Rechtsshift.

Logische Operationen: NOT (~): ~1 = 0, ~0=1 AND (&): 1 & 1 = 1, 1 & 0 = 0 , 0 & 1 = 0, 0 & 0 = 0 OR (|) : 1 | 1 = 1, 1 | 0 = 0| 1 = 1, 0| 0 = 0 XOR (^): 1 ^ 1 = 0 ^0 = 0, 1 ^0 = 0^1 = 1

Basiswissen IT Bits & Bytes - Größen

Mit n Bits kann man 2n Zahlen darstellen. Vorzeichen durch Zweierkomplement.

N Name Bytes Wertebereich

4 Nibble 0.5 0...15 -8 ...7

8 Byte 1 0...255-128...127

16 Word 2 0...65.535-32768...32767

32 Double Word

4 0...4.2*109

-2.15 *109...+ 2.15 *109

Basiswissen IT Bits & Bytes - Hexadezimalsystem

Sehr gebräuchlich ist das Hexadezimalsystem, jede Stelle entpricht einer Potenz von 16

Neue Zeichen A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15 Eine Stelle entspricht einem Nibble, zwei Stellen

einem Byte, 4 Stellen einem Word, 8 Stellen einen Doubleword

Beispiel: 0xBAFF

= 11*163 + 10*162 + 15*161 + 15*160

= (47817)10

= 1011 1010 1111 11112

Basiswissen IT Bits & Bytes - Gleitkommazahlen

Reelle Zahlen werden im Gleitkommaformat dargestellt.

Form: z = m*be

„m“ heißt Mantisse, „b“ Basis, „e“ Exponent. Beispiel:

314.1592 = 3.141592 * 102 Format im Computer (single precision):

Basiswissen IT Bits & Bytes - Speicher

Speicher sind in Bytes (=8 bit) organisiert. In der vorherrschenden 32-bit Architektur hat

jede Speicherzelle eine eindeutige Adresse von 4 Byte über die sie angesprochen werden kann.

Speichergrößen

Name Definition

Kilobyte, kB 1024 Bytes

Megabyte, MB 1024 kB = 220 Bytes ~ 106 Bytes

Gigabyte, GB 1024 MB = 230 Bytes ~ 109 Bytes

Terabyte, TB 1024 GB = 240 Bytes ~ 1012 Bytes

Basiswissen IT Bits & Bytes – ASCII Code

Zur Darstellung von Buchstaben wurde der ASCII Code eingeführt (1968). Er benutzt nur 7-bit (0-127).

Basiswissen IT Bits & Bytes – Beyond ASCII

ISO 8859 Code benutzt das 8.Bit zur Kodierung westeuropäischer Sonderzeichen (ä, ö, ü usw.)

Unicode definiert 1.114.112 Zeichen, kodiert mit maximal 4 Byte.

Heute am gebräuchlichsten: UTF-8, stellt Unicode mit Byteketten variable Länge dar und enthält den ASCII Code.

Basiswissen IT Betriebssysteme

Herzstück eines jeden Computers. Betriebsysteme sorgen für die Verwaltung

und die Koordination der Ressourcen, z.B: Prozessmanagement Dateisystem Ein- und Ausgaben

Unzählige: Z.B. Unix, Linux, VAX, MSDOS, Windows, MacOS, NeXT, BeOS usw.

Basiswissen IT Betriebssysteme - Prozesse

Jedes Programm läuft als Prozess: CPU-Zeit Speicherbereich E/A- Zugriff

Multitasking (Nebenläufigkeit): Scheinbare Gleichzeitig durch schnelles Wechseln zwischen

Prozessen. Präemptives Multitasking Koordiniertes Multitasking Echte Parallelität

Multithreading Threads (engl. Faden) sind „Unterprozesse“ Prozess übernimmt Koordination der Thread-Ressourcen.

Basiswissen IT Programmiersprachen

Maschinencode: Folge von „Binärzahlen“ die CPU als Befehle interpretiert.

Assembler: Wie Maschinencode, mit merkbaren Kürzeln (Mnemonics)

z.B.jmp 0xffffff00

(springe zu Speicherstelle 0xffffff00)


Hochsprachen: Müssen in Maschinencode übersetzt werden

Compiler: Übersetzt Programm als ganzes. Schneller Code.

Interpreter: Übersetzt Programm zeilenweise. Langsamer Code.

Hybrid: Kompilat in Zwischencode (z.B Java: plattformunabhängiger Bytecode), der dann interpretiert wird (z.B. von der JVM).


Fünf Generationen:1. Maschinensprache2. Assembler3. Hochsprachen (z.B. FORTRAN, COBOL,

PASCAL, BASIC, C)4. 4. Generation (Anwendungssprachen), z.B.

SQL5. KI-Sprachen. Z.B Prolog (für logische

Probleme)Objektorientierte Sprachen (z.B. SmallTalk, C+

+, Java)


Typische Elemente : Daten und Datenstrukturen (z.B. Ganzzahlen

(integer), Gleitkommazahlen(float), Arrays, Listen, Datenverbünde (structs), Objekte)

Variablen Logische und arithmetische Operatoren Verzweigungen (IF–THEN-ELSE) Schleifen (FOR, WHILE) Unterprogramme Ein/Ausgabefunktionen Wiedervendbarkeit: Bibliotheken von Programmen

einbinden (Linken)


Beispiel: Hello World in C#include <stdio.h>int main(){

int i = 0;for(i = 0; i<10; ++i){ if( i % 2 == 0) {

printf(„Hello world %d!\n“, i);}else{ printf(„Hallo Welt %d!\n“, i);}

}return 0;

}

Ausgabe:Hello world 0!Hallo Welt 1!Hello world 2!Hallo Welt 3!Hello world 4!Hallo Welt 5!Hello world 6!Hallo Welt 7!Hello world 8!Hallo Welt 9!

Basiswissen IT Anwendungen

Hauptanwendungen des Computers: Numerische Berechnungen Datenbanken Text-, Bild- & Tonverarbeitung Kommunikation Steuern & Regeln Spielen

Basiswissen IT Anwendungen - Numerik

Historisch erste Anwendung, Computer=Rechner ENIAC war z.B: zur Berechnung ballistischer

Flugbahnen für‘s Militär gedacht. Numerische Algorithen stecken in fast jeder

Anwendung: Z.B. Berechung des Spektrum eines Klanges, ein Weichzeichnerfilter in Photoshop, ein aufwändiges Klimamodell auf einem

Supercomputer. Berechnung eines Neuronenmodells zur Beat-

Erkennung. Etc.etc.

Basiswissen IT Anwendungen - Datenbanken

„Elektronischer Karteikasten“ zur Speicherung und Manipulation von Daten beliebiger Art, z.B. Personaldaten einer Firma Lagerbestand Bibliothekskataloge Private mp3- Sammlung Webseiten

Basiswissen IT Anwendungen - Datenbanken

Heute am weitverbreitesten: Relationale Datenbanken.

Daten werden in Datenfeldern zu Datensätzen zusammengefasst.

Datensätze werden mit eindeutigen Schlüsseln in Tabellen gespeichert.

Man kann Tabellen erzeugen, löschen, verändern, kombinieren, abfragen.

Abfragesprachen basieren meistens auf SQL (Structured Query Language).

Basiswissen IT Anwendungen

Text-, Bild- & Tonverarbeitung: Häufigste Anwendung im Personalbereich. Kennt jeder...

Kommunikation: Dito. E-Mail, Chat, IP-Telefonie etc...

Steuern & Regeln: Über Hardware-Schnittstellen ein- oder zweiseitige Kommunikation mit externen Geräten zum Regeln, Steuern, und Überwachen derselben. Z.B. MIDI

Spielen: Totally fun...

Basiswissen IT Internet & Co.

Historisch entstand das Internet aus dem ARPANET(1969), das vier militärische forschende Universitäten in Amerika über Telefonleitungen vernetzte.

Internet ist ein Netz von Netzen:

Basiswissen IT Internet & Co. –TCP/IP

Netzwerkprotokolle: Kommunikation zwischen Rechnern

Meistens basierend auf TCP/IP. IP (Internet Protocol). Erste logische Schicht.

IPv4 benutzt 32-bit Adressen, z.B. 192.168.202.53 (=0xC0A8CA34)

Eindeutige IP-Adresse („Telefonnummer“) für jeden Rechner.

65536 verschiedene Ports („Nebenanschlüsse“). HTTP benutzt z.B Port 80, SMTP (Mail) Port 25. DNS-Server bilden das „Telefonbuch“ Unter dem Eintrag www.uni-hamburg.de ist z.B. die IP-

Adresse 132.100.32.72 zu finden.

Basiswissen IT Internet & Co. – TCP/IP

IP verschickt Daten paketweise. Paket besteht aus

Header (mit IP-Adresse) Datenteil

Die Daten stellen zweite logische Schicht dar: die Transportschicht, z.B. TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol)

Mit TCP/IP- oder UDP-Paketen werden weitere Protokolle implementiert werden, die Internetdienste (höchste Schicht).

Z.B. HTTP, FTP, SMTP, TELNETusw.

Basiswissen IT Internet & Co. - WWW

Das WWW ist 1991 im CERN entstanden und ist das „logische“ Netz der Webserver im Internet.

WWW baut auf HTTP auf (HyperText Transfer Protocol), das wiederum TCP/IP benutzt.

Ein Webserver ist ein Programm, kein Rechner! HTTP benutzt URL‘s (oder URI), z.B.

http://www.google.de/search?hl=de&q=uni+hamburg

um eine Ressource im WWW zu lokalisieren.

Basiswissen IT Internet & Co. - HTTP

Typische Kommunikation:1. User: http://www.simile.info/symboleundsignale.html2. Browser fragt (s)einen DNS nach der IP von www.simile.info,

Antwort: 212. 227.118.118.3. Browser stellt TCP/IP Verbindung mit 212. 227.118.118 auf Port

80 her.4. Browser schickt Anfrage an den Webserver:

GET /symboleundsignale.html HTTP/1.1

5. Webserver antwortet: HTTP/1.1 200 OK Server: Apache/1.3.29 (Unix) Content-Length: 3467 Content-Language: de Content-Type: text/html Connection: close (ab hier Inhalt von symboleundsignale.html)

Basiswissen IT Internet & Co. - HMTL

Webseiten typischerweise in HTML (HyperText Markup Language)

HTML ist eine Dokumentenbeschreibungssprache keine Programmiersprache, kann aber (Javascript-)Programmteile enthalten!

HTML-Seiten können per CGI (Common Gateway Interface) dynamisch vom Webserver erzeugt werden. Z.B. Suchanfrage bei Google. Webserver startet CGI-

Script, dass in der Datenbank nachschaut, und anhand der Ergebnisse eine HTML-Datei erzeugt.

Verbreitesteste CGI-Sprachen: Perl, PHP.

Basiswissen IT Internet & Co. - HTML

Beispiel: „Hello World“ in HTML<html>

<head><title>Hello world</title>

</head><body>

<h1> Hello world</h1><p>In diesem Paragraphen stehen unwichtige Dinge.</p>

</body></html>

Basiswissen IT Internet & Co. - XML

XML (eXtensible Markup Language) Zunehmende weite Verbreitung für verschiedene

Zwecke Sehr flexibel Quasi selbstbeschreibend. Trennung von Daten und Darstellung (Document/View) Eignet sich auch als Datenbankformat. Beliebigen Daten zwischen Tags (Anfangs/Endtag) Tags haben einen Name und beliebige Attrribute, z.B

<creator type="composer">Franz Schubert</creator> Baumstruktur mit einem höchsten Knoten

Man kann/muss eigene Dokumententypen definieren (DTD‘s, XML Schema)


XSLT: Transformation von XML-Dokument in z.B. HTML-Seite PDF-Datei Finale-Partitur Anderes XML Dokument Etc.


BEISPIEL MusicXML<?xml version="1.0" standalone="no"?> <!DOCTYPE score-partwise PUBLIC "-//Recordare//DTD MusicXML 1.0

Partwise//EN" "http://www.musicxml.org/dtds/partwise.dtd"> <score-partwise> <work>

<work-number>D. 911</work-number> <work-title>Winterreise</work-title>

</work> <movement-number>22</movement-number> <movement-title>Mut</movement-title> <identification>

<creator type="composer">Franz Schubert</creator> <creator type="poet">Wilhelm Müller</creator>

</identification></score-partwise>

Documents

Symbole & Signale Basiswissen IT Ich glaube, es gibt einen weltweiten Bedarf an vielleicht fünf Computern (IBM-Chef Thomas Watson, 1943 )