Vorlesung an der Dualen Hochschule - Karlsruhe

Transkript

1 Informationstechnologie Vorlesung an der Dualen Hochschule - Karlsruhe Dozenten: Manfred Größer, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Torsten Neck, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

2 Dozent: Manfred Größer Zur Person Seit 1990 nebenberuflicher Dozent an der Dualen Hochschule Baden Württemberg Karlsruhe (ehemals Berufsakademie Karlsruhe) Seit 1986 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Karlsruhe Institute of Technology (KIT) (ehemals Forschungszentrum Karlsruhe GmbH) Steinbuch Centre for Computing (SCC) Aufgabengebiete (u.a.) Stellv. Abteilungsleiter Finanzen und Administration am SCC IT-Organisation Diplom: Wirtschaftsingenieur Auditor: Qualitätsmanagement DIN ISO 9001 Ihre Vorstellung?

3 Inhaltsverzeichnis 1. Grundbegriffe der Datenverarbeitung 2. Komponenten eines Rechnersystems 3. Darstellung von Informationen 4. Softwarearten 5. Anwendungsarchitektur 6. Grundkonzepte Datenbanken 7. Datenmodellierung 8. Informations- und Wissensmanagement

4 Literatur H.R. Hansen Wirtschaftsinformatik I und II Universitätstaschenbücher, UTB 802 Laudon / Laudon Wirtschaftsinformatik / Schober: eine Einführung, Pearson Studium H.R. Hansen Arbeitsbuch Wirtschaftsinformatik I EDV-Begriffe und Aufgaben Universitätstaschenbücher, UTB 1281 G.Schlageter, W.Stucky Datenbanksysteme: Konzepte und Modelle Teubner Verlag, Stuttgart, 1983

5 Vorlesung Informationstechnologie Branchenspezifische Anwendungsarchitektur Entwicklung einer Datenbankanwendung Methoden, formale Sprachen und Tools vom Bit bis zur Anwendung theoretische Grundlagen von Computersystemen Aufbau und Funktionsweise von Computersystemen

6 Grundbegriffe der Informationstechnologie Informations- und Anwendungssysteme Geschichte der Datenverarbeitung Informationen und Daten Analoge und digitale Daten Was ist Multimedia? Interne Verarbeitung mit dem Dualsystem Zahlen innerhalb eines Computers Texte innerhalb eines Computers Codierungsarten Bits und Bytes (Kapazität von Speichermedien) Datums- und Zeitangaben im Computer Töne und Bilder im Computer Wie rechnet ein Computer? Gebrochene Zahlen und Rundungsfehler Maßnahmen gegen Rundungsfehler

7 Ziele der Informationsverarbeitung Rationalisierung: Kosteneinsparungen Bearbeitung großer Datenmengen Aktuelle, umfassende Information Hohe Qualität der Ergebnisse (komplexe Rechnungen in kurzer Zeit) Straffe Abwicklung von Prozessen Strategische Wettbewerbsvorteile

8 Die Geschichte der Datenverarbeitung Erste Ansätze Rechenmaschinen Lochkarten Der erste Computer Zuse Z3 Der Computer MARK I Computergenerationen von Computergenerationen von Personalcomputer Die Vernetzung von Computern Betriebssysteme der letzten zehn Jahre Das letzte Jahrzehnt Aktuelle Entwicklungen Tendenzen

9 Erste Ansätze 1100 v. Chr. Abakus Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division per Verschiebung der Kugeln mit der Hand 1617 Rechenstäbchen (John Napier Laird of Merchiston)

10 Rechenmaschinen 1622 Rechenschieber (William Oughtred) Logarithmische Zahlendarstellung Wird heute noch verwendet 1623 Rechenmaschine (Wilhelm Schickard) 1641 Addiermaschine (Blaise Pascal mit 19 Jahren) 1673 Rechenmaschine (Gottfried Wilhelm Leibniz)

11 Lochkarten 1805 Lochkarte (Joseph-Marie Jacquard) Erstmalige Möglichkeit der Speicherung 1833 Analytische Maschine (Charles Babbage) Programmgesteuerte Rechenmaschine mit Lochkartensteuerung 1886 Lochkartenmaschine (Hermann Hollerith) Elektromagnetische Sortier- und Zählmaschine zur Auswertung von Lochkarten

12 Der erste Computer Zuse Z Zuse Z3 (Konrad Zuse) Erster funktionsfähiger Computer

13 Der Computer MARK I Mark I (Howard H. Aiken) Im Auftrag von IBM entwickelter Computer Ca Einzelteile Ca. 15 m Länge, 2,5 m Höhe, 35 Tonnen Ca. zehn Rechenoperationen pro Sekunde

14 Computergenerationen von Neumann-Maschine (John von Neumann) Prinzip einer flexiblen Speichermaschine, die logische Entscheidungen treffen kann 1946 Eniac = 1. Generation (John P. Eckert und John W. Mauchly) Electronic Numerical Integrator And Computer Röhrentechnik Ca Einzelbefehle pro Sekunde Tradic = 2. Generation (J.H. Felker) Transistoren und Dioden (Halbleitertechnik) Ca Einzelbefehle pro Sekunde

15 Computergenerationen von Neumann- Maschine (John von Neumann) EDVAC

16 Computergenerationen von Integrierte Schaltkreise = 3. Generation 100 Transistoren auf drei Quadratmillimetern Ca. 1 Million Einzelbefehle pro Sekunde 1968 Hochintegrierte Schaltkreise = 4. Generation Beschichtungs-, Ätz- und Aufdampfprozesse auf Siliziumscheiben Ca. 10 Millionen Einzelbefehle pro Sekunde 1980 Cray-Computer = 5. Generation Mehrere Prozessoren werden miteinander verbunden Transputer = Transistor und Computer

17 Personalcomputer 1974 Die ersten Homecomputer ALTAIR-8800 Commodore (PET) Tandy Radio Shack (TRS-80)

18 Personalcomputer 1977 Apple- Computer Erste Farbgrafiken waren möglich

19 Personalcomputer 1981 IBM-Personalcomputer Grundstein für den heutigen Personalcomputerstandard Prozessor von Intel Betriebssystem MS-DOS von Microsoft

20 Personalcomputer 1987 Apple Macintosh Grafische Benutzerführung

21 Die Vernetzung von Computern Ab 1985 Vernetzung von Computern 2003/2004 Vernetzung der Computer ohne Kabel über Funk - WLAN (Wireles-LAN) Access-Points

22 Betriebssysteme der letzten zehn Jahre 1991/92 Von MS-DOS zu Windows 3.0/ /92 OS/2 von IBM Die Windows-Weiterentwicklung (3.11, 95, 98, NT, Windows 2000) 2001 Windows XP (ohne DOS- Kompatibilität)

23 Das letzte Jahrzehnt Tragbare Computer (Laptops/Notebooks / Palm PC s) LINUX Freies Betriebssystem (jeder kann mitentwickeln) Unix- Derivat: Preisgünstig, Stabil Serversystem der Zukunft?

24 Aktuelle Anwendungen Multimedia Zusammenwirken von Text, Bild, Video und Ton auf dem Computer und mit Handys Internet / Netzwerke Erfolgreiches Medium für weltweite Information und Kommunikation Funk- Netzwerke Expertensysteme Programme ziehen automatisch Schlüsse aus vorhandenen Datenbeständen Künstliche Intelligenz Neuronale Netze Funktionsweise des menschlichen Gehirns wird nachgeahmt E - Commerce Handel über Internet Sprachsteuerung Computer über Sprache steuern GRID Computing Weltweite Nutzung verfügbarer Computer Ressourcen

25 Aktuelle Entwicklungen /Tendenzen Weiterer Ausbau der Informationsverarbeitung und Telekommunikation (mit Handys Büroorganisation) Preis-Leistungs-Verhältnis von Hard- und Software wird immer besser Überwindung von Grenzen im Zuge einer Globalisierung der Märkte (Verwischen von Unternehmensgrenzen) Virtuelle Unternehmen Mehr Telearbeit, Telekonferenzen Neue Formen der Bildung, Ausbildung und Unterhaltung Frage nach dem Datenschutz und der Datensicherheit

26 Was ist ein Computer? Ein Rechner (Computer) ist eine Funktionseinheit zur Verarbeitung von Daten, nämlich zur Durchführung mathematischer, umformender, übertragender und speichernder Operationen Synonyme: Rechnersystem, Rechenanlage, Datenverarbeitungsanlage

27 Einsatzgebiete eines Computers Allgemein: Verarbeitung von Informationen in Informations- und Anwendungssystemen

28 Informations- -und Anwendungssystem

29 Informationssystem Ein System, das für die Zwecke eines Teils eines bestimmten Unternehmens geschaffen bzw. in diesem Betrieb eingesetzt wird. Ein Informationssystem enthält die dafür notwendige Anwendungssoftware und Daten und ist in die Organisations-, Personal- und Technikstrukturen des Unternehmens eingebettet.

30 Informationssysteme - Motivation Kenntnisse über Informationssysteme sind für praktisch alle Mitarbeiter eines Unternehmens erforderlich, um effizient und profitabel arbeiten zu können. Informationssysteme unterstützen Firmen Weit entfernte Standorte zu erreichen Neue Produkte und Dienstleistungen anzubieten Tätigkeitsbereiche und Geschäftsprozesse neu zu organisieren Und möglicherweise die Art und Weise der Geschäftsabwicklung grundlegend zu verändern

31 Informationssysteme im Unternehmen Globalisierung Zunehmende Bedeutung wissensund informationsbasierter Dienstleistungsgesellschaften Wandel der Unternehmen Entstehung des vernetzten Unternehmens

32 Anwendungssystem Ein System, das alle Programme beinhaltet, die für ein bestimmtes betriebliches Aufgabengebiet entwickelt und eingesetzt werden, inklusive der Technik (IT-Infrastruktur), auf der das Anwendungssystem läuft, und der Daten, die vom Anwendungssystem genutzt werden.

33 Funktionen eines Anwendungssystems

34 Informationssysteme aus Unternehmenssicht Informationssysteme stellen aus wirtschaftlicher Sicht ein wichtiges Wertschöpfungsinstrument für Unternehmen dar Elemente eines Informationssystems umfassen die Bereiche Organisation Management Technik

35 Wertschöpfungskette von Unternehmensinformation

36 Anwendungssysteme

37 Hauptarten von Anwendungssystemen Führungsunterstützungssystem (FUS oder Executive Support System, ESS) strategische Ebene Managementinformationssystem (MIS) Managementebene Entscheidungsunterstützungssystem (EUS oder Decision Support System, DSS) Managementebene Operative Systeme (Transaction Processing Systems) operative Ebene

38 Hauptarten von Anwendungssystemen

39 Informationen und Daten Information = Wissen (Kenntnisse) über Sachverhalte oder Vorgänge, eine Nachricht mit einer Bedeutung Informationen haben Syntax, Semantik, und Zweckangabe Zeichen = Elemente zur Darstellung von Informationen Buchstaben (A bis Z) Zahlen (0 bis 9) Sonderzeichen (,. - ; :? $! & %) Daten = stellen Informationen aufgrund bekannter oder unterstellter Abmachungen in einer maschinell verarbeitbaren Form dar Numerisch Alphanumerisch Datum/Zeit Logisch (wahr - falsch)

40 Gliederung von Information Erscheinungsform: Schrift, Ton, Bild Repräsentationsform: digital, analog Aufgabe im Steuerprozess: Steuerdaten, Nutzdaten Nutzdaten werden weiterhin untergliedert in Stammdaten und Änderungsdaten

41 Informationen und Daten

42 Datentypen

43 Datentypen einfache Datentypen Datentyp Beispiel Text Forschung Ganzzahlige Zahl 16 Gleitkommazahl 3,1415 Festkommazahl 17,20 Wahrheitswert WAHR, FALSCH

44 Datentypen strukturierte Datentypen Strukturierte Datentypen sind in einer definierten Form zusammengesetzte einfache Datentypen. Pers-Nr VName Name Strasse PLZ Ort Gehalt Verheiratet 4711 Petra Jung Königstr Karlsruhe A10 WAHR Datenfeld Datensatz: Adresse der Angestellten

45 Was ist Multimedia? Multimedia = integrierte Verarbeitung mehrerer Informationstypen (formatierter Daten, Text, Bild, Ton) über ein Gerät (PC) Beispiele Abspielen von Musik-CDs Abspielen interaktiver Spielfilme Nutzung interaktiver Lexika mit Bildern, Text, Video- und Tonsequenzen Bearbeiten von Ton- und Filmdateien am PC

46 Analoge und digitale Daten Analoge Daten Analog = entsprechend, vergleichbar, kontinuierlich Beispiel: Zeigerstellung der Uhr Digitale Daten Digit (engl.) = Zahl Daten werden immer durch Ziffern dargestellt Innerhalb eines Computers lassen sich Daten nur digital verarbeiten

47 Rechnergestützte Verarbeitung von Information Zur Informationsverarbeitung zählt jeder Vorgang, der sich auf die Erfassung, Speicherung, Übertragung oder Transformation von Daten bezieht.

48 Programm und Software Programm eine Verarbeitungsvorschrift, d.h. ein Algorithmus aus einer Folge von Befehlen (Instruktionen), die im Maschinencode des jeweiligen Computers formuliert sind und ist eine Anweisung an einen Computer zur Lösung einer Aufgabe Software bildet die Voraussetzung für den Betrieb eines Computers und bezeichnet in einer Programmiersprache geschriebene Programme

49 Interne Verarbeitung mit dem Dualsystem Alle Daten innerhalb des Computers werden digital über das duale Zahlensystem verschlüsselt. Es existieren nur zwei Zustände: 0 1 Strom aus nicht magnetisch keine Vertiefung langer Ton Strom an magnetisch Vertiefung kurzer Ton

50 Zahlen innerhalb eines Computers Dezimalsystem Einer = 3 * Zehner = 4 * Hunderter = 7 * 10 2 Dualsystem * 1 = 1 * * 2 = 1 * * 4 = 1 * * 8 = 0 * * 16 = 0 * * 32 = 1 * * 64 = 1 * * 128 = 1 * * 256 = 0 * * 512 = 1 * 2 9

51 Zahlen innerhalb eines Computers Zahlensystem Basis Ziffernvorrat dual (binär) 2 0,1 dezimal 10 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 hexadezimal 16 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, A,B,C,D,E,F

52 Zahlen innerhalb eines Computers

53 Grundlagen der Codierung

54 Texte innerhalb eines Computers Die ASCII-Codierung American Standard Code for Information Interchange 1Bit = 1 Binary Digit (= Binärziffer, Dualziffer) 1Byte =8Bit(= Platz, um 1 beliebiges Zeichen des Zeichensatzes zu speichern) Beispiel: A = im Dualsystem (ASCII-Verschlüsselung) = 65 im Dezimalsystem

55 Weitere Codierungsarten Weitere bei Computern bekannte Codierungsarten EBCDI (Extended Binary Coded Decimal Interchange) ANSI (American National Standards Institute) EAN (Europäische Artikelnummer) OCR-A (Optical Character Recognition Type A) Unicode (Universeller Code für Internet/Java)

56 Darstellung von Informationen

57 Bits und Bytes (Kapazität von Speichermedien) Maßeinheit für die Kapazität von Speichermedien 1 Bit = 0 oder 1 1 Byte = 8 Bit (1 aus 256 möglichen Zeichen) 1 KByte = 2 10 Byte = 1024 Byte (ca Zeichen) 1 MByte = 2 20 Byte = 1024 KByte (ca. 1 Mio. Zeichen) 1 GByte = 2 30 Byte = 1024 MByte (ca. 1 Mrd. Zeichen) 1 TByte = 2 40 Byte = 1024 GByte (ca. 1 Bill. Zeichen) 1 PByte = 2 50 Byte = 1024 TByte (Tera) 1 EByte = 2 60 Byte = 1024 PByte (Peta) 1 ZByte = 2 70 Byte = 1024 EByte (Exa) 1 YByte = 2 80 Byte = 1024 ZByte (Zetta) 3,5" Diskette (1,44 MByte) Standard-Festplatte (80 GB: Notebook sonst: >200 GB)

58 Bits und Bytes - Speicherkapazitäten Wie groβ ist ein Peta Byte? Wenn 1 CD 1GB für 60 Minuten Musik beinhaltet, kann man mit 1 PB 125 Jahre Musik hören! Frage: wenn 1 Byte gleich.. ist, dann ist 1 Peta.. 1 Sekunde -> 32 Millionen Jahren ( Sekunden) 1 Blatt Papier -> Ein Stapel mit 100 Millionen Kilometer Höhe (Abstand Erde Sonne: 150 Mio. km) 1 Flasche Bier (0.5L) -> Hoepfner muss 25 Millionen Jahre brauen (Jahres Produktion ca hl) 1 Baum -> Ein Wald der 78 mal der Weltoberfläche entspricht ( bei 250 Bäumen / Hektar) 1 Floppydisk ( Bytes) -> Floppydisks Ein Stapel der 3400 km hoch ist 1 menschliche Körperzelle -> 20 Menschen (der menschliche Körper besteht aus ca. 50 Tera Zellen)

59 Datums- und Zeitangaben im Computer Datumsangaben wird intern mit der Zahl 1 verwaltet wird intern mit der Zahl 15 verwaltet usw. Zeitangaben Zeitangaben werden mit Zahlen zwischen 0 und 1 verwaltet. 00:00 Uhr wird intern mit der Zahl 0 verwaltet. 12:00 Uhr wird intern mit der Zahl 0,5 verwaltet. Kombinierte Datums- und Zeitangaben :00 Uhr entspricht der Zahl 15,5.

60 Töne und Bilder im Computer Töne, Bilder und Videos Werden als Folge von Nullen und Einsen verwaltet Ergeben eine hohe Qualität Erfordern enormen Rechenaufwand

61 Wie rechnet ein Computer? Rechenregeln im Dualsystem = = = 0 mit Übertrag 1 Beispiel: Addition Dezimal- Dualsystem Ü 1 _ _ =

62 Gebrochene Zahlen und Rundungsfehler Gebrochene Zahlen lassen sich ebenfalls im Dualsystem darstellen 0,1 2 = 0* *2-1 = 1*(1/2) = 0,5 10 0,11 2 = 0* * *2-2 = 1/2 + 1/4 = 0,75 10 Bei Darstellung gebrochener Zahlen können aufgrund begrenzter Nachkommastellen Rundungsfehler auftreten Beispiel: Darstellung von 1/2 und 1/3 im Dualsystem mit 4 Nachkommastellen: 1/3: 0, = 0, Rundungsfehler: ungefähr 0,02 1/3: 0, = 0, Rundungsfehler: ungefähr 0,04

63 Maßnahmen gegen Rundungsfehler Genügend Nachkommastellen vorsehen Korrekturmaßnahmen einbauen Stellen dezimal darstellen