IT- und Medientechnik

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1 IT- und Medientechnik Vorlesung 1: Wintersemester 2014/2015 h_da, Lehrbeauftragter

2 Allgemeines zur Vorlesung alle Folien zur Vorlesung werden ab nächster Woche als PDF erhältlich sein unter: Klausur im Anschluss an die Vorlesungszeit IT- und Medientechnik

3 Infos zum Dozenten Informatik Diplom an der RWTH Aachen seit 2000 bei der Software AG in Darmstadt : Software Engineer Specialist im Entwicklungsbereich Tamino (natives XML-DBMS) und CentraSite (SOA Registry/Repository) Scherpunkte: XML, Security und WebDAV 2011-heute: Security Expert Methoden für sichere Software-Entwicklung private Interessen Datenschutz und Datensicherheit Vorlesungen an der Hochschule Darmstadt seit 2005 IT- und Medientechnik

4 Sekundärliteratur? Da die Vorlesung im Wesentlichen diverse aktuelle Techniken und Standards vorstellt, sind die besten und auch aktuellsten Quellen die Webseiten, auf denen diese Standards definiert sind. Es gibt kein empfehlenswertes Buch, welches den Stoff der Vorlesung weitgehend abdeckt. IT- und Medientechnik

5 Inhalt der Vorlesung laut Modulhandbuch Grundkenntnisse des Zusammenspiels von Hard- und Software erwerben. Verständnis für die Bedeutung des Quellcodes und der Entwicklerdokumentation erhalten und entwickeln. Kenntnis von dem Grundaufbau des Internets haben. Verständnis verschiedener Techniken der Datenübertragung mit Intra- und Internet besitzen. Kenntnis der Digitalisierung von Inhalten und der elektronischen Übertragung in den gängigen Medien erwerben. IT- und Medientechnik

6 Themenübersicht der Vorlesung Hard- und Software Hardware: CPU, Speicher, Bus, I/O,... Software: System-, Unterstützungs-, Anwendungssoftware Quellcode und Entwicklerdokumentation Programmiersprachen, Dokumentation Phasen der Softwareentwicklung, Software-Entwicklungsmethoden Netzwerke und Internet Geschichte, Netzwerk-Strukturen Protokolle und Technologien, Standards, Cloud Techniken der Datenübertragung Sockets, Ports, LAN vs. WAN, VPN Digitalisierung von Inhalten und elektronische Übertragung Dateiformate, Kompression, Backups IT- und Medientechnik

7 Hardware vs. Software (1) Hardware die physischen Bestandteile eines Computers oder Zubehör, welches an einen Computer angeschlossen werden kann Software eine Reihenfolge von Anweisungen, um den Zustand der Hardware- Komponenten eines Computers in einer speziellen Reihenfolge zu verändern normalerweise in Programmiersprachen geschrieben, die dann in Maschinensprache übersetzt wird, um vom Computer verstanden zu werden IT- und Medientechnik

8 Hardware vs. Software (2) Definition Hardware Physische Geräte, die benötigt werden um Software zu speichern und auszuführen. Software Eine Sammlung von Anweisungen, die es einem Benutzer ermöglichen mit einem Computer zu interagieren. Alle nichtphysischen Bestandteile eines Computers. Typen Beispiele Funktion Ein-/Ausgabegeräte, Speicher, Verarbeitungsgeräte, Kontrollgeräte,... CD-ROM, Monitor, Drucker, Grafikkarte, Mouse, Festplatte,... Die Hardware dient als Ausführungsplattform für Software. System-, Unterstützungs-, Anwendungssoftware. Firefox, Microsoft Word, Ubuntu Linux, OpenOffice,... Anweisungen an die Hardware, um spezielle Aufgaben zu erledigen. IT- und Medientechnik

9 Hardware vs. Software (3) Abhängigkeiten Ausfall Haltbarkeit Hardware Hardware beginnt zu funktionieren, nachdem die Software gestartet wurde. Hardware-Ausfall ist mehr oder weniger zufällig, meist in Abhängigkeit mit der Lebensdauer oder Frequenz der Benutzung. Hardware wird mit der Zeit abgenutzt. Software Zum Ausführen von Software, muss sie auf Hardware installiert sein und auf diese Zugreifen können. Software-Ausfall ist systematisch, in Abhängigkeit der Programmfehler. Software wird mit dem Alter nicht fehleranfälliger. Software wird nicht abgenutzt mit der Zeit, aber mit der Zeit werden Fehler gefunden. IT- und Medientechnik

10 Logische Komponenten eines Computers Speicher Adressierungseinheit Eingabe Zentraleinheit (CPU) Eingabegeräte Ausgabegeräte Ausgabe IT- und Medientechnik

11 Physische Komponenten eines Computers Zentraleinheit (CPU) Bus-System Eingabegeräte Ausgabegeräte Speicher IT- und Medientechnik

12 Physische Komponenten eines Computers Zentraleinheit (CPU) Prozessor Bus-System Eingabegeräte Ausgabegeräte Speicher IT- und Medientechnik

13 Physische Komponenten eines Computers Mainboard Zentraleinheit (CPU) Prozessor Bus-System Eingabegeräte Ausgabegeräte Speicher IT- und Medientechnik

14 Physische Komponenten eines Computers Mainboard Zentraleinheit (CPU) Prozessor Bus-System Eingabegeräte Wärmesensor Ausgabegeräte Speicher Tastatur IT- und Medientechnik

15 Physische Komponenten eines Computers Mainboard Zentraleinheit (CPU) Prozessor Bus-System Eingabegeräte Wärmesensor Tastatur Ausgabegeräte Lautsprecher Monitor Speicher IT- und Medientechnik

16 Physische Komponenten eines Computers Mainboard Zentraleinheit (CPU) Prozessor Bus-System Eingabegeräte Wärmesensor Tastatur Ausgabegeräte Lautsprecher Monitor Speicher Arbeitsspeicher USB-Stick IT- und Medientechnik

17 Physische Komponenten eines Computers Mainboard Zentraleinheit (CPU) Prozessor Bus-System Eingabegeräte Ausgabegeräte Speicher Wärmesensor Lautsprecher Arbeitsspeicher Tastatur Headset Monitor USB-Stick IT- und Medientechnik

18 Physische Komponenten eines Computers Mainboard Zentraleinheit (CPU) Prozessor Bus-System Eingabegeräte Ausgabegeräte Speicher Wärmesensor Lautsprecher Arbeitsspeicher Tastatur Headset Monitor USB-Surf-Stick USB-Stick IT- und Medientechnik

19 Speicher-Typen ROM vs. RAM ROM = read-only memory kann gar nicht oder nur unter bestimmten Umständen verändert werden zum Lesen von Daten z.b. zum Speichern von Firmware verwendet, CD-ROM,... RAM = random-access memory kann beliebig zugegriffen werden Daten lesen und speichern wird oft auch als Bezeichnung für Arbeitsspeicher genutzt persistent vs. nichtpersistent persistent: Daten werden permanent gespeichert nichtpersistent: Daten leben nur vorübergehend im Speicher z.b. bis sie durch andere Daten ersetzt werden oder nur so lange der Speicher mit Strom versorgt wird IT- und Medientechnik

20 Speicher-Zugriffszeiten und -datengrößen Zugriffszeit in Taktzyklen (ca.) Größe in Bytes (ca.) Prozessorregister Arbeitsspeicher Festplatte IT- und Medientechnik

21 Software-Typen: Systemsoftware anwendungsunabhängige Software, die das Ausführen von weiterer Software ermöglicht Betriebssystem steuert die grundlegende Kommunikation zwischen Hardware und weiterer Software z.b. Microsoft Windows, Linux, Unix Treiber z.b. Druckertreiber, Grafikkartentreiber Laufzeitumgebungen z.b. Java-Runtime, C-Runtime,.NET-Runtime IT- und Medientechnik

22 Software-Typen: Unterstützungssoftware Software, die bei der Entwicklung und/oder Wartung helfen oder eine sonstige nicht-anwendungsspezifische Leistung erbringen einige Subtypen Entwicklungsumgebungen / Editoren (Eclipse, Notepad++,...) Datenbanksysteme (Oracle, MySQL, Tamino, ) Compiler/Interpreter (gcc, Visual C, javac, PHP, ) Virenscanner (Avira, Kaspersky, avast, ) Web-Plattformen (Apache Webserver, IIS, Tomcat,...) eigentlich auch eine Gruppe von Systemsoftware, aber wird nach ISO/IEC 2383 als spezieller Typ definiert IT- und Medientechnik

23 Software-Typen: Anwendungssoftware Software, die den/der Benutzer_in bei der Ausführung der Aufgaben unterstützt und dadurch erst den eigentlichen, unmittelbaren Nutzen erbringt Anwendungssoftware wird von Systemsoftware ausgeführt (Betriebssystem, Treiber, Laufzeitumgebungen) und benutzt typischerweise Unterstützungssoftware (Datenbanken, Webserver) Beispiele Microsoft Word, Firefox, OpenOffice,... IT- und Medientechnik

24 Beispiel-Software: Buchhaltungsprogramm Betriebssystem: Linux Laufzeitumgebung: Java-Runtime Web-Plattform: Tomcat Buchhaltungsprogramm Browser: Firefox Datenbanksystem: MySQL IT- und Medientechnik

25 Programmiersprachen einfach zu verstehende Anweisungen, die in Maschinensprache übersetzt werden müssen, bevor sie vom Computer ausgeführt werden Sprachen, deren Syntax und Semantik genau festgelegt ist Syntax Definition aller zulässigen Wörter / Ausdrücke, die in einer Sprache formuliert werden können Semantik Bedeutung der zulässigen Wörter / Ausdrücke syntaktisch falsche Wörter / Ausrücke haben keine Semantik Algorithmus eine eindeutige, ausführbare Folge von Anweisungen endlicher Länge zur Lösung eines Problems IT- und Medientechnik

26 Programmierparadigmen Imperative Programmierparadigmen eine Folge von Befehlen, die vorgeben wie, also in welcher Reihenfolge die Befehle vom Computer ausgeführt werden sollen strukturierte, prozedurale, modulare Programmierung Deklarative Programmierparadigmen nicht das wie sondern das was steht im Mittelpunkt sehr mathematisch funktionale, logische Programmierung Objektorientierte Programmierparadigmen Objekte werden in Klassen unterteilt, für die spezielle Funktionen gelten Wiederverwendbarkeit und Datenkapselung Service-orientierte Programmierparadigmen Dienste (Services) in einem Netzwerk liefern Teile der Implementierung IT- und Medientechnik

27 Compiler vs. Interpreter Compiler übersetzt ein komplettes Programmiersprachenprogramm in ein systemspezifisches Maschinensprachenprogramm oder in systemunabhängigen Byte-Code z.b. C, C++, Objective C, Pascal Interpreter Übersetzt einzelne Anweisungen eines Programmiersprachenprogramms einzelne systemspezifische Anweisungen in Maschinensprache, während das Programm ausgeführt wird z.b. PHP, Pearl, Python, Basic Just-in-Time-Compiler übersetzt während der Laufzeit eines Programms Teile eines Programmiersprachenprogramms oder eines Byte-Code- Programms in Teile eines systemspezifischen Maschinensprachenprogramms IT- und Medientechnik

28 Compiler-Übersetzung ein Compiler übersetzt die Anweisungen von einer höheren Programmiersprache in die Assembler-Anweisungen für die entsprechende Ziel-Plattform C-Programm: main() { unsigned int a = 3; unsigned int b = 5; return a + b; } Assembler: main: pushq %rbp movq %rsp, %rbp movl $3, -8(%rbp) movl $5, -4(%rbp) movl -4(%rbp), %eax movl -8(%rbp), %edx addl %edx, %eax popq %rbp ret IT- und Medientechnik

29 Compiler-Übersetzung Programm in höherer Programmiersprache Programm in höherer Programmiersprache Plattformspezifisch Plattformunabhängig Compiler Compiler Byte-Code Compiler Programm in Maschinensprache Programm in Maschinensprache IT- und Medientechnik

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