Grundlagen der Informatik Teil 1

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1 Grundlagen der Informatik Teil 1 login: pw: Vorlesungsmaterial ist auch im Copy-Shop erhältlich Lesender: Prof. Dr.-Ing. habil Fakultät für Informatik und Automatisierung FG Softwaresysteme/Prozessinformatik ilka.philippow@tu-ilmenau.de Tel Sekr , Frau Meusel, Zuse Bau Zi 3044 Studiengänge: Medienwirtschaft, Teil I ab 3. Sem. (Kap. 1-8) empfohlen Teil II ab 4. Sem. (Kap. 9-16) empfohlen

2 1. Einführung Informatik Computer Science etwa seit 1960 eigenständige Wissenschaft Einfluss der Informatik: Computer vernichten Arbeitsplätze (Rationalisierung) Computer schaffen neue Betätigungsfelder und Lebensinhalte Computer verändern die Wirtschaftsbeziehungen, z.b. Globalisierungseffekt Informationen werden zu einem der wichtigsten Wirtschaftsfaktoren (BMBF Studie 2002: Softwaretechnik ist die Produktionstechnik des 21. Jh.)

3 Informatik Definitionen Wissenschaft, die die automatische Verarbeitung von Informationen mit Hilfe von Computern und die Mensch-Maschine-Kommunikation ermöglicht Computer, Digitalrechner sind das technische Medium für die elektronische Verarbeitung von Daten Daten sind technisch dargestellte Informationen sind frei programmierbar für unterschiedliche Aufgaben bestehen aus der Einheit von Hardware und Software

4 Hardware: Hard- und Software ist die Gesamtheit aller physischen, d.h. materiellen Ausrüstungen zur Datenverarbeitung Software: elektronische Geräte und Komponenten ist die Gesamtheit aller Daten und Programme, ideelle Ausrüstung zur Datenverarbeitung bestimmt die Funktionalität und den Anwendungsbereich eines Computers wird in Betriebssoftware und Anwendungssoftware unterteilt

5 Klassifikation der Software Software: Programme, Daten Betriebssystem- Software Spezialsoftware Anwendungs- Software Standardsoftware Branchen- und problemspezifische Speziallösungen Datenbanken, Text-, Tabellen-, Graphikverarbeitung u.a.

6 1.1. Historische Entwicklung Die Menschheit wollte schon sehr frühzeitig beim Rechnen unterstützt werden: vor unserer Zeitrechnung: um 4000 älteste, auf der Erde bekannte Zahlenzeichen um 1100 Abakus in Ostasien, das erste Rechengerät

7 Voraussetzungen (1) 1. Zahlensystem, das maschinell darstellbar ist im 7. Jh. Indien, dezimales Stellenwertsystem 1518/50 Adam Ries, dezimale Rechenregeln 1641 Blaise Pascal, mechanische Maschine (zur Vereinfachung von Steuereintreibungen) aufwendig, man musste 10 verschiedene Ziffern mechanisch darstellen können 1679 Leibnitz, duales Stellenwertsystem (40 Maschinen, die auch multiplizieren und dividieren konnten, wurden gebaut)

8 Voraussetzungen (2) 2. Mathematische Basis für maschinelle Algorithmen 1847 Boole`sche Algebra Georg Boole The Mathematical Analysis of Logic : - Basis für formale Logik: Boolesche Variable kann den Wert wahr=1 oder falsch =0 annehmen (algorithmische Entscheidungen sind möglich) - Elektronisch durch hohe und niedrige Spannungswerte nachbildbar

9 Voraussetzungen (3) 3. Technische Basis zum Rechnen und Speichern 1833 Charles Babagge, Analytical Machine (erste größere Produktion, erste Rechenbüros) - erstmals Steuer-, Rechenwerk und Speicher Science Museum London 1886 Hermann Hollerith, Lochkarte - speicherte Algorithmen, z.b. für Spielorgel, Webstühle

10 Voraussetzungen (4) 3. Technische Basis zur Miniaturisierung (1) elektromechanische Rechner (elektronische Relais, Röhren) Konrad Zuse, Z1-Z3 (Dualrechner) Nachbau Z1 Deutsches Technikmuseum Berlin Howard Aiken, Marek 1-4 USA, 1946 John von Neumann: Prinzip von-neumann-verarbeitung

11 Voraussetzungen (5) 3. Technische Basis zur Miniaturisierung (2) elektronische Rechner 1947 Transistor (Bardeen, Shockley) 1961 erster integrierter Schaltkreis (Fa. Fairchild) 1970 erster elektronischer Rechner (Fa. Sunlock) Elektronenröhre Transistoren in verschiedener Bauart Integrierter Schaltkreis mit Transistorschaltungen

12 Schaltkreisintegration Ein integrierter Schaltkreis (auch integrierte Schaltung, engl. integrated circuit, kurz IC) ist eine auf kleinstem Raum auf einem einzigen Stück (Chip) untergebrachte (integrierte) elektronische Schaltung.

13 Moore s Law Verdopplung Transistoren/Chip alle zwei Jahre Pentium 3 Pentium Pentium

14 Aktuelle Situation 1. ständig steigende Hardwareleistung Folge: hoher moralischer Verschleiß alter Systeme 2. ständig neue Anforderungen an Programme Folge: Softwarekrise 3. Innovationen sind zu über 90% durch Software bestimmt Folge: Software wird zum Wirtschaftsfaktor Basiskenntnisse zu Softwaretechnologien sind unumgänglich

15 a) Supercomputer 1.2. Computerklassen zum Zeitpunkt der Einführung höchstes realisierbares Leistungsniveau viele Prozessoren (Parallelrechner) greifen auf gemeinsame Ein- Ausgabegeräte und Speicher zu wissenschaftliche Rechner für komplexe Berechnungen Columbia-Supercomputer der NASA mit 20x 512 Intel- Itanium-2-Prozessoren

16 b) Main Frames Computerklassen (2) Großrechner, besonderer Wert auf Zuverlässigkeit und hohe Ein-Ausgabe-Leistung, weniger auf Speicher und Zeit gelegt Online-Betrieb (Time Sharing) über Terminals Batch-Betrieb auch komplizierte Berechnungen Anwendung in Versicherungen, Banken, großen Unternehmen und in der öffentlichen Verwaltung IBM System Z

17 c) Workstations Computerklassen (3) Workstations (WS) sind Arbeitsplatzrechner, die sich von einem Personalcomputer dadurch unterscheiden, dass Speicherkapazität, Geschwindigkeit und der Datendurchsatz deutlich über dem eines Personal Computers (PC) liegen primeline CAD-Workstation mit Intel Core 2TM Quad Prozesso komplexe Berechnungen, CAD- Systeme kann im Cluster (Grid-System) Leistung eines Supercomputers erreichen

18 d) Personal Computer Computerklassen (4) persönlicher Computer; kurz PC, ist ein Einzelplatzrechner der im Gegensatz zu einer Workstation in der Regel von einer einzelnen Person (persönlich) genutzt wird die Konfiguration ist auf die Bedürfnisse eines Nutzers zugeschnitten besondere Dienste können von einem Server geholt werden Acer Extensa E464 der Anwendungsbereich ist nutzerspezifisch

19 Computerklassen (5) e) Integrierte Computer (Embedded Systems) eingebaut (integriert) in Maschinen, Geräte und Anlagen mit Sensoren und Aktoren ausgestattet zur Beobachtung, Steuerung und Regelung technischer Prozesse höchste Einsatzbreite in der Praxis spezialisierter Rechner für konkrete Aufgabe, keine Universalrechner höchste Zuverlässigkeitsanforderungen

20 1.3. Internet, Intranet und CSCW Internet: ist ein weltweites Computernetz Datenaustausch zwischen den einzelnen Computern ist über gemeinsame Standards (Netzwerkprotokolle) geregelt Prinzip des Datenaustausch: ein Client schickt Anfragen an einen Server ein Server sendet Antworten in einer für den Menschen verständlichen Weise auf den Bildschirm zurück zwischen beiden muss eine Verbindung hergestellt werden, die von einem Provider (Schnittstelle zwischen Nutzer und Netz) realisiert wird

21 Meistgenutzte Internet-Dienste World Wide Web: ist nichts anderes als eine multimediale Anwenderoberfläche, die verteilte Dokumente miteinander vernetzt (Links) mit Links kann man von Begriff zu Begriff, von Dokument zu Dokument springen (Texte, Bilder, Grafiken, Klänge, Videos) jede Webseite hat eine Adresse, die so genannte URL, und kann über einen Browser aufgerufen werden. Standards: Dokumentensprache Hyper Text Markup Language (HTML) HTTP (Hypertext Transfer Protocol) zwischen dem Web-Server und Ihrem Browser übertragen electronic mail" ("elektronische Post")

22 Intranet Nichtöffentliche Netze Im Unterschied zu Begriffen wie Local Area Network und Global Area Network bezeichnet dieser Begriff nicht die räumliche Ausdehnung eines Rechnernetzes, sondern die (begrenzte) Ausdehnung seines Benutzerkreises. Schnittstellen zum Internet werden von Firewalls kontrolliert Extranet ist ein Teil eines Intranets, zu dem ein weiterer Benutzerkreis Zugang hat.

23 CSCW-Systeme Computer Supported Cooperative Work verteilte Systeme zur Unterstützung von Personen, die zeitlich und räumlich getrennt, an einem Problem arbeiten Group Ware System: Überwiegend nur kommunikative Unterstützung Work Flow System: auch der Arbeitsablauf wird beeinflusst

24 Group Ware 3-C-Modell für Group Ware: In welchem Ausmaß kommunizieren die Teilnehmer miteinander? (Communication) In welchem Ausmaß wird auf das Erreichen eines gemeinsamen Zieles hin gearbeitet? (Collaboration) In welchem Ausmaß werden Termine gemeinsam geplant? (Coordination) gemeinsame Dokumentenserver, Diskussionsforen, Terminverwaltung Nachrichtenverteiler und Schutzrechtvergabe

25 Work Flow - System Work Flow : Arbeitsablauf aus einzelnen seriellen bzw. parallelen Aktivitäten zusammengesetzt Teil eines Geschäftsprozesses mit IT-Unterstützung Ziel: Optimierung der Arbeitsabläufe und der Kommunikation Work Flow Management-System: unterstützt strukturierte Aufgaben und Prozesse (Group Ware unterstützt unstrukturierte Prozesse) dient der Steuerung und der Implementierung von work flow-anwendungen

26 1.4. Lernziel und Inhalt der GDI Rolle der Software in der Wirtschaft Innovation von Produktionsgütern und Dienstleistungen sind zu mehr als 90% von neuen Softwarelösungen abgängig (Realisierung neuer Ideen und Konzepte). Die Optimierung von Produktions- und Geschäftsprozessen erfolgt in hohem Maße durch den Einsatz geeigneter Software. Der intelligente, spezifische Zugriff auf entscheidende Informationen ist für eine strategische und operative Planung unumgänglich.

27 Betriebswirtschaftliche Aspekte (1) Auftraggeberaspekt es soll eine Software in Auftrag gegeben werden, die im Ergebnis - ein innovatives Produkt oder eine Dienstleistung - oder eine Prozessoptimierung erzeugt Problem: Korrekte Formulierung von Anforderungen wissen, ob der Auftragnehmer angemessen den Aufwand berechnet

28 Betriebswirtschaftliche Aspekte (2) Auftragnehmeraspekt man will den Auftrag für eine Software erhalten und das Projekt erfolgreich durchführen Problem: ist der Auftrag überhaupt informationstechnologisch machbar wie werden Arbeitspakete ermittelt und wie wird der Aufwand geschätzt Notwendig sind Kenntnisse über den Prozess der Softwareentwicklung

29 Lernziel der Vorlesung Befähigung von Betriebswirtschaftlern, die Probleme der Softwareentwicklung zu verstehen im Umfeld von Softwareprojekten Kompetenz und Kommunikationsfähigkeit zu besitzen Zwei Schwerpunkte: 1. Alle Phasen bis zu einer Softwareentwicklung sind letztendlich auf die technische Implementierung ausgerichtet (GDI 1: Technische Grundlagen) 2. Die Methoden und Probleme bei der Entwicklung von Software und Datenbanken zu kennen (GDI 2)

30 Inhalt GDI 1 Technische Grundlagen 2. Informationsdarstellung in Computern Zahlensysteme, Zahlendarstellung Text- und Bilddarstellung Befehlsdarstellung 3. Aufbau von Computern Grundprinzip und Konfiguration, Prozessoreinheit und Befehlsabarbeitung Interne und externe Speicher Nutzerschnittstellen, Systemschnittstellen, Multimedia

31 Inhalt GDI 1 4. Algorithmen und ihre Beschreibung Einführung des Algorithmenbegriffs und Beschreibung durch Kontrollflusselemente 5. Datentypen Elementare, Strukturierte und Abstrakte Datentypen 6. Programmstrukturierung prozedurales und objektorientiertes Paradigma 7. Programmiersprachen Merkmale von Programmiersprachen Programmerzeugung im Kleinen, Werkzeuge

32 Literatur Nikolaus Meier; Dieter Tremel; Manfred Precht : EDV-Grundwissen. 7. Auflage Addison Wesley 2004 Helmut Herold; Bruno Lurz; Jürgen Wohlrab: Grundlagen der Informatik Pearson Studium 2006

33 Fragen 1. Was ist die Aufgabe eines Computers? 2. Warum bezeichnet man einen Computer als Digital? Was sind die Aufgaben der Hard- und Software? Wie wird Software grob klassifiziert? 3. Welche Computerklassen kennen Sie? Erläutern Sie diese! 4. Was für Computer würden Sie für Groupware-Systeme bzw. Work Flow-Systeme einsetzen?