Informatik für Ingenieure

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1 Informatik für Ingenieure Eine Einführung Von Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang Merzenich Universität-Gesamthochschule Siegen und Prof. Dr.-Ing. Hans Christoph Zeidler Universität der Bundeswehr Hamburg B. G.Teubner Stuttgart 1997

2 - - '. ; : :,. i! 1 Einleitung Ziele dieses Buches ' Bedeutung der Informatik für Ingenieure Historische Entwicklung Die technische Entwicklung Die logische Entwicklung Algorithmus, Programm und Datenstruktur Abstraktion 14 2 Mathematische Grundbegriffe Aussagen und Prädikate. -.- : Aussagen Prädikate Mengen, Der Begriff der Menge Die natürlichen Zahlen als abstrakter Datentyp.. \ Konstruktion von Mengen Relationen und Abbildungen.' Relationen Abbildungen Information 81

3 ix 3 Modelle der Informatik Rechenstrukturen Algebren Mehrsortige Algebren Graphen Automaten und Grammatiken Automaten Grammatiken ' Programmierung Syntax und Semantik von Programmiersprachen, Syntaxregeln Elementare Datentypen und Kontrollstrukturen Elementare Datentypen und Ausdrücke Programmvariablen und Wertzuweisung Anweisungen und Kontrollstrukturen Strukturierte Datentypen und Ein-/Ausgäbe Aufzählungstyp Array und String > Records Varianten Ein-/Ausgabe und Dateien Funktionen, Prozeduren und Rekursion..:...:' Prozedurale Abstraktion Punktionstypen...: Blockstruktur und Gültigkeitsbereiche Parameterübergabe: ; : ;.., Rekursion Dynamische Datentypen und Zeiger *:.:-..' Modularisierung! : :' Elemente der Objektorientierten Programmierung "... :...: 282

4 x Inhaltsverzeichnis Klassen und Objekte Nachrichten und Methoden 287 4L7.3 Vererbung und Polymorphie Algorithmen und Datenstrukturen Effizienz von Algorithmen Grundlegende Datenstrukturen, Suchen und Sortieren Listen 327 j Stacks und Queues Bäume Suchen und Sortieren 363 j Sortieren Suchen j 5.4 Ein Graphenproblem 388 * 5.5 '. Praktisch unlösbare Probleme...; ' 6 Zahlen und Zeichen, Zahlensysteme Dualsystem ' Oktalsystem :1)3 Hexadezimalsystem. 409> i 6.2 Zahlenkonvertierung Rechnen im Zielsystem..;..; 413; Rechnen im Quellsystem r' Rechnen im Dualsystem > i Addition und Multiplikation Darstellung negativer Zahlen und Subtraktion ; 6.4 Codes und Codierung BCD-Zahlen EBCDI-Code ASCII-Code 432 i

5 xi 6.5 Zahlendarstellung im Rechner Ganze Zahlen Gleitkommazahlen Verarbeitung von Gleitkommazahlen Logische Schaltungen Schaltnetze Definition eines Schaltnetzes Beschreibungsformen Logische Funktion und Schaltalgebra Logische Funktionen von einer Variablen Logische Funktionen von mehreren Variablen Rechenregeln der Schaltalgebra Darstellung von logischen Funktionen durch normierte Ausdrücke Disjunktive Normalform (DNF) Konjunktive Normalform (KNF) Entwicklungssatz nach Shannon : ; Minimierung Praktische Betrachtungen zum Schaltungsentwurf...;. : Die logischen Grundfunktionen und Normalformen mit NANDund NOR-Schaltungen....., Mehrstufigkeit....., Vermaschungen.,...,, Ergänzende Hinweise zur elektronischen Realisierung Beispiele für Standard-Schaltnetze ,,.,..,...,..^..,..:..i Halb-und Volladdierer.... :..., Codewandler...,...,,...'. :i:... L Multiplexer und Demultiplexer..... ;..: Schaltwerke.,:...,... -.,;,-,..,: :.-,. 5f ; Definition <....,;-;.\ Flipflops ::..,-.,..-.? :. : 489

6 xn Inhaltsverzeichnis 8 Funktionseinheiten Speicher und Register Register Schreib-/Lesespeicher (RAM) Festwertspeicher (ROM) Zähler Binärzähler Weitere Bauformen Rechenwerke Addierwerk.... '....".... ' Multiplizierwerk ".' Arithmetisch/Logische Verarbeitungseinheit Steuerwerk Beispiel Multiplizierwerk Steuerwerk zum Multiplizierwerk, Digitalrechner Beispiel Personal Computer.... ; Universalrechner :.-...< Grundstruktur und Operationsprinzip Struktur von'maschinenbefehlen... ; < i/ 9.2i3 Befehle zur Datenmanipulation.... ; Befehle zur Steuerung des Programmablaufs...: Ablaufsteuerung...'/..:.. / Ein-/Ausgabegeräte... : ' Systemeinbindung v Datensichtgeräte.....'....:.... :' A Drucker,.. -.-V..... : Massenspeicher...: : ': Realisierung von Rechnern Einzelsysteme. v Rechnernetze ~;,... <... :576

7 xiii 10 Systemsoftware Dienstprogramme Compiler und Interpreter Assembler Hilfsmittel zur Programmerstellung Betriebssystem Einsatz und Klassifizierung Prozesse Speicherverwaltung Dateisystem 625 Literatur 637 Index 644

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