Datenverarbeitung Teil 1 - THM

Datenverarbeitung Teil 1 - THM

Kapitel 1 Informatik 1962 wurde der Begriff Informatique(als Kombination der Begriffe Information und automatique) von Philippe Dreyfus, einem franzsischen Ingenieur eingefhrt und als Informatik ins Deutsche bernommen. Als junge Wissenschaft ist die Informatik mittlerweile in viele Bereiche der lteren Wissenschaften eingezogen und hat viele eigene Bereiche neu erschlossen. Die Informatik ist damit mittlerweile wesentlich mehr, als der anglo-amerikanische Begriff ComputerScience vermuten lsst. Dieses Kapitel mchte einen (kurzen) berblick ber exemplarische Inhalte, Struktur und Geschichte der Informatik geben Inhalt 1. 2. 3. 4. 5. Motivation Definition Die Teilgebiete der Informatik Die Geschichte der Informatik Zusammenfassung des Kapitels

1.1 Motivation Die Beherrschung eines Computers macht Spa und gibt der informationsschtigen Gesellschaft das Gefhl persnlicher Freiheit wie vor Jahren ein roter Sportwagen) Die Beherrschung gibt Macht. Fr das Funktionieren einer demokratischen Gesellschaft ist es wichtig, da viele Menschen Computer verstehen und beherrschen. Der Computer schafft und vernichtet Arbeitspltze und ist eine Herausforderung fr die Gesellschaft Das Verstehen der Gesetzmigkeiten bei der Entwicklung von Computerprogrammen ist eine intellektuelle Herausforderung Das Umsetzen dieses Verstndnisses ist eine intellektuelle Genugtuung. Der Computer schafft neue Bettigungsfelder und Lebensinhalte Der professionelle Umgang mit Computer ist im Beruftsleben eine nackte Notwendigkeit ! (so

1.2 Was ist Informatik Jedes Lehrbuch der Informatik gibt seine Definition der Informatik. Auch der Duden beschreibt die Informatik als Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen, besonders der automatischen Verarbeitung mit Hilfe von Digitalrechnern. Durch die Beschrnkung auf den Aspekt der Verarbeitung geht diese Definition meines Erachtens nicht weit genug. Ich werde daher in diesem Unterkapitel eine eigene Definition wagen. Die dabei verwendeten Aspekte werden exemplarisch verdeutlicht, wobei bewusst in Grenzbereiche der Informatik gegangen wird . Was die Informatik wirklich ist, kann kein Lehrbuch erfassen. Sie werden - hoffentlich - am Ende Ihres Studiums eine sehr weitreichende Idee davon haben. Inhalt 1. Definition 2. Beispiele 1.2.1 Definition Informatik

Die Wissenschaft, die sich mit dem (automatisierten) Erfassen Transportieren Speichern Verarbeiten Umsetzen von Information befasst 1.2.2 Wissenschaft Informatik ist nicht die Wissenschaft vom Computer (sowenig, wie Astronomie die Wissenschaft vom Teleskop ist) Informatik ist eine Wissenschaft und keine Bastelecke fr Software-Spieler Aspekte der Informatik als reine Lehre (verwandt mit der Mathematik) Naturwissenschaft: entdecken und beschreiben von natrlichen Phnomenen Ingenieurwissenschaft - mit der typischen Vorgehensweise

Problemstellung Analyse Teillsungen Synthese Lsung 1.2.3 Information Information ist die Bedeutung, die durch eine Nachricht bermittelt wird (nachrichtentechnische Definition) Kapitel 2 Information ist eine elementare Kategorie Chemie: Stoffumwandlung Physik: Energieumwandlung Informatik: Informationsumwandlung 1.2.4 Erfassen Sensorik Bildverarbeitung

Datenmenge (Byte) 300000 60000 3000 (52,204,248) (33,75,125,190,251) 100 1.2.5 Transportieren Telekommunikation Telephonie ~5-25000 Hz 300 - 3400 Hz

1.2.6 Speichern Datenreprsentation Abstrakte Datentypen (N. Wirth: Algorithmen und Datenstrukturen) Einfache Typen Strukturierte Typen Abstrakte Typen Aufzhlungstypen Integer Real Boolean Char ... Array Record Varianten Record Menge ...

Listen Binre Bume Vielweg Bume Graphen ... {rot, gelb, grn} array [n..m] of Type [0,1,..,65535] record Type 1: element 1 Type n: element n end [3,4e-038,..3,4e038] {TRUE, FALSE} {ASC(0),..,ASC(255)} set of Type

1.2.6 Speichern Datenreprsentation (G. Booch: Objektorientierte Analyse und Design) Objektreprsentation Assoziation Klassenname Vererbung Attribute Operationen Einschrnkungen Aggregation Verwendung Instantiierung Mitarbeiter

Projekt n Controlling 1 Projektleiter Buchhaltung Teil projekt Personalwesen 1.2.6 Speichern Objektreprsentation Projekt Mitarbeiter n Projektleiter Datenreprsentation

(B.Stroustrup: The C++ Programming Language) Buchhaltung Controlling Teilprojekt 1 Personalwesen Assoziation Vererbung Aggregation Verwendung Instantiierung Class Teilprojekt: public Projekt { Projektleiter projektleiter; Mitarbeiter mitarbeiter[MAX_MITARBEITER]; public: Teilprojekt (Projektleiter); ~Teilprojekt (); }

Teilprojekt::Teilprojekt(Projektleiter pl) { // some method-calls of Buchhaltung, Controlling, Personalwesen } main { Teilprojekt1 = new Teilprojekt(Projektleiter1) // See Budget1 for buget details on Teilprojekt1 } 1 n 1.2.7 Verarbeiten Petri-Netze Prozessmodelle (C.A.Petri: Kommunikation und Automaten)) 1.2.7 Verarbeiten Prozessmodelle (G. Booch: Objektorientierte Analyse und Design)

Interaktionsdiagramme R1 R2 R3 R4 N2 R5 N1 1.2.7 Verarbeiten KI-Anstze a W O F f

Neuronale Netze Oj Axon Wij Synapsen Dendrite Aktivierungszustand Verbindungsgewichtung Ausgangswert Aktivierungsfunktion Ausgabefunktion ai=F(Wij*Oj ,ai) Oi=f(ai) 1.2.8 Umsetzen Aktorik

Manipulatoren Anzahl Freiheitsgrade 25 9 2 (1) 1.2.9 Zusammenfassung Reduktion von Redundanz Strukturierung von Information Abbildung realer Prozesse auf Rechnerprozesse Abbildung von Rechnerprozessen auf reale Prozesse Abbildung von Datenstrukturen auf reale Strukturen

1.3 Die Teilgebiete der Informatik Wie viele Wissenschaften, ist die Informatik kein homogenes Gebilde, sondern lsst sich anhand unterschiedlicher Kriterien in Teilgebiete strukturieren. Dieses Kapitel beschreibt die wohl gelufigste Einteilung der Informatik in drei, bzw. vier Teilbereiche. Inhalte 1. 2. 3. 4. Technische Informatik Praktische Informatik Theoretische Informatik ( Angewandte Informatik ) 1.3.1 Technische Informatik Konstruktion von Verarbeitungselementen

Prozessoren, ... Konstruktion von Speicherelementen Hauptspeicher, ... Konstruktion von Kommunikationselementen Bussysteme Lokale Rechnernetze (LAN: Local Area Networks), Weitverkehrsnetze (WAN: Wide Area Networks), ... Mobilfunknetze, Satellitenkommunikation, ... Konstruktion von Peripherie Drucker, Scanner, .... Festplatten, Optische Platten, Diskettenlaufwerke, ... ... 1.3.2 Praktische Informatik Umgang mit Programmiersprachen Compilerbau ... Entwicklung von Software

Analysemethoden Designmethoden Realisierungsmethoden Testverfahren ... Untersttzung der Softwareentwicklung Projektmanagement von DV-Projekten Qualittsmanagement in DV-Projekten ... ... 1.3.3 Theoretische Informatik Sprachen und Automaten Formale Sprachen Grammatiken

Sprachdefinitionen Berechenbarkeitstheorie Komplexittstheorie ... 1.3.4 Angewandte Informatik Anwendung in verwandten Wissenschaften Numerische oder stochastischer Verfahren in der Mathematik Simulationen in der Physik und der Chemie Bildverarbeitung in der Medizin Genanalyse in der Biologie Lehrprogramme fr Natur-, Sozial- und Geisteswissenschaften ... Anwendungen im tglichen Leben.

... Computerspiele, Multimediaanwendungen, Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, Datenbanken, ... Steuerung von technischen Prozessen Web-Anwendungen ... 1.4 Die Geschichte der Informatik Die Informatik ist eine junge Wissenschaft, hat aber, hnlich wie andere Natur- und Ingenieurwissenschaften Wurzeln, die weit in die Menschheitsgeschichte hineinragen, Wie keine andere Wissenschaft wurde die Informatik jedoch von der Erfindung eines Gertes, dem programmgesteuerten Rechner (spter Computer) beeinflusst.

Dieses Unterkapitel wird die Wurzel in der Menschheitsgeschichte und auch die Entwicklung des Rechners vorstellen. Inhalt 1. 2. 3. 4. 5. 6. Information in der Geschichte Automaten und Steuerungen Erleichterung der Rechenarbeit Pioniere der Informatik - Praktiker Pioniere der Informatik - Theoretiker Die Generationen 1.4.1 Information in der Geschichte

Erfassung durch Sinnesorgane Transport durch akustische, optische, chemische Signale Speicherung durch Gene oder neuronale Elemente Verarbeitung ber neuronale Elemente Umsetzung direkt oder indirekt ber Gliedmae Entwicklung von Wort,- Silben- und Buchstaben-schriften 1.4.2 Automaten und Steuerungen ca. 100 n. Chr. Automatische Tempeltore in Anhngigkeit von Opferfeuer (Heron von Alexandria) Mittelalter Mechanische Uhren mit Sonnen-, Mond- und Planetenbewegungen und Figurenumlufe an Kirchen und Rathusern 17./18. Jhdt. Spieluhren, Schreib- und Schachspielautomaten 18./19. Jhdt. Fliehkraftregler fr Dampfmaschinen, mechanischer Webstuhl mit Lochkartenbebndert (Jacquart, 1805) 1.4.3 Erleichterung der Rechenarbeit

Rechenbretter Seit dem Altertum China, Japan, Russland Addition/Subtraktion hnlich schnell wie Taschenrechner Lehre der Grundrechenarten Durch Zahlensystem schematisierbar Lehre an mittelalterlichen Universitten Durch Rechenbcher weitere Verbreitung des Wissens (z.B. Adam Riese 1492-1559) Rckfhrung der Multiplikation/Division auf Addition/ Subtraktion durch logarithmisches Rechnen mit Hilfe von Tabellen. 1.4.4 Mechanische Rechenmaschinen Wilhelm Schickart (1592-1635) Maschine fr die Grundrechenarten (1623) Blaise Pascal (1623-1662) Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716) Arithmetik des Dualsystems

Philipp Matthus Hahn (1749-1790) Feinmechanische Rechenmaschinen 19./20. Jhdt: Sprossenradmaschine Hermann Hollerith Lochkartenstanzer/ Sortierer/Tabellierer 1.4.5 Pioniere der Informatik - Praktiker Charles Babbage (1791-1871) Difference Engine (1812). berprfung von Logarithmentafeln. Alle Merkmale eines programmierbaren Computers. Entwurf einer Analytical Engine (1836). Wurde nie gebaut Konrad Zuse (geb. 1910) Z1: mechanischer Rechner Z2 / Z3: Elektromechanischer Relaisrechner im Dualsystem mit Lochkartensteuerung. Erster voll funktionstchtiger Computer (1941) Grundlegende Arbeiten zur Programmierung und

algorithmischer Sprachen Howard Eiken Mark I, II, III, IV (1944) Dezimalrechnender Relaisrechner 1.4.6 Pioniere der Informatik - Theoretiker Kurt Gdel Theoretische Aussagen zum Algorithmenbegriff: Es gibt Aussagen die algorithmisch nicht entscheidbar sind (1931) Alan M. Turing (1911-1954) Definition des Algorithmenbegriffes ber eine hypothetische Maschine (Turing-Maschine) John von Neumann (1903-1957) Grundlegende Arbeiten ber Computerarchitektur: Speicherung der Daten und Programme auf dem gleichen Medium Definition von Registern insb. Indexregister

1.4.7 Die Generationen Generation Vorgenerat. 1941-1944 1.Generation 1946 - 1958 2. Generation 1959 - 1964 3. Generation 1965 - 1980 4. Generation 1999 Gegenwart 5. Generation Beispiel Z3 Mark1 ENIAC, Z22 UNIVAC, IBM650 SIEMENS704 IBM1400, AEG TR

CDC6600 Siemens2002 IBM370, PDP11 Siemens7000, Cray 1 PC, Gray XMP Sperry1100, VAX IBM309x Workstations HochleistungsNetze Technologie Elektromechanik Elektrorhren Speich./Geschw. 0,0002 MIPS Software Verdrahtet 0,02 MIPS 1-2 KByte

Maschinensprache Transistoren Kernspeicher 0,1 MIPS 32 KByte ICs Halbleiterspeicher Mikroprozessoren Optische Sp. Pentium, Power PC 5 MIPS 1-2 MBytes Assembler FORTRAN Stapelbetrieb Hochsprachen

C, Pascal 50 MIPS 8-32 MByte 100 MIPS 1 GByte C++. JAVA supraleitende 1000 MIPS Keramiken viele GBytes Sprachen der 19814. Generation Parallelisierung Netzsoftware OO-Sprachen PCs 1.5 Zusammenfassung des Kapitels Die Informatik befasst sich mit der (automatisierten) Erfassung, dem Transport, der Speicherung, Verarbeitung und dem

Umsetzen von Information Die Informatik ist eine naturwissenschaftliche Ingenieurswissenschaft Die Informatik gliedert sich in Technische, Praktische, Theoretische und Angewandte Informatik Die Geschichte der Informatik beginnt im Altertum, besteht in Ihrer heutigen Form aber erst seit ca. 1945. Zur Zeit befinden wir uns in der 4. Generation.

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