1 GRUNDLAGEN, DEFINITIONEN

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1 1 GRUNDLAGEN, DEFINITIONEN 1.1 Grundbegriffe In jedem Beruf (z. B. Schreiner) und jedem Fachgebiet (z. B. Wetterkunde) benötigen Sie Fachausdrücke, die Sie sich aneignen, verstehen und verwenden müssen. Der Schreiner muss sich Wissen über Holzarten, Lagerung, Verarbeitung, Kenntnisse über Maschinen und deren Einsatz sowie Bedienung, Holzpflege und -schutz, Verarbeitung mittels CNC 1 -Maschinen (da wären wir schon bei der Informatik) aneignen. Begriffe wie Säge, Hobel, Schiebleere, vierkant, Täfer, Laminat, Intarsien etc. sind ihm bekannt. In der Wetterkunde müssen Meteorologen über Isobaren, Wetterkarten, Wolkenformen und deren Wirkungen Bescheid wissen. Hochs und Tiefs müssen erkannt, beurteilt und ihre vermutliche Richtung vorausberechnet werden. Begriffe wie Thermometer, Barometer, Hygrometer, Jetstream, Föhn, Bise, Beaufort-Skala etc. sind ein fester Bestandteil ihres Arbeitsalltags. Und in der Informatik? Auch da gibt es Fachausdrücke und Begriffe, die Sie kennen und verstehen müssen Informatik Informatik ist ein Kunstwort. Es setzt sich aus den beiden Wörtern INFORmation und AutoMATIK zusammen (andere Quellen sprechen von INFORmatik und MatheMATIK). Es beschreibt die Wissenschaft von der automatischen (systematischen) Verarbeitung von Informationen mit Hilfe einer Maschine. Wir haben uns von der Informatik abhängig gemacht. Täglich benutzen wir Produkte und Dienstleistungen, die ohne die Informatik nicht möglich wären: Computerspiele, Internet und , Handy-Gespräche, Boardcomputer im Auto (z. B. Abstandmesser/- warner beim Parkieren), Online-Banking, Klimaanlage etc. Diese Abhängigkeit hat nicht nur Vorteile: Wenn beispielsweise die Bankomaten am Sonntag ihren Dienst versagen, können wir kein Geld beziehen. Man könnte also sagen: Die Informatik macht uns empfindlicher und angreifbarer. Wir sind ihr in gewissen Bereichen komplett ausgeliefert. Aufgabe 1 Informatik als Unterstützung Die Informatik unterstützt uns bei wiederkehrenden Abläufen, damit wir sie nicht immer wieder neu überlegen müssen. Sie stellt geeignete Werkzeuge in Form von Methoden, Programmen, Geräten und Einrichtungen zur Verfügung. Überlegen Sie sich, wo und in welchen Situationen Sie von der Informatik profitieren. 1 CNC (Computerized Numerical Control), computerunterstützte Steuerung von Maschinen: Alle Informationen über das zu erstellenden Stück, wie Vermassung oder technische Daten (Lage, Drehung des Werkstücks während der Herstellung, Dauer der Bearbeitung, Kühlmitteleinsatz etc.) werden mittels eines Programms an die Maschine delegiert und das Stück wird von der Maschine erstellt. 1

2 1.1.2 Computer Unter dem Begriff Computer (lat. computare = rechnen) werden alle elektronischen, programmgesteuerten Rechenmaschinen zusammengefasst, unabhängig von ihrem konkreten Verwendungszweck. Programmgesteuert heisst, der Rechner arbeitet eine Arbeitsanweisung oder eine Folge von Anweisungen zur Lösung einer bestimmten Aufgabe ab. Solche Arbeitsanweisungen teilen dem Computer mit, welche Daten er zu verarbeiten hat und wie sie zu verarbeiten sind. Der Computer führt die Verarbeitung automatisch aus. Der Mensch muss den Verarbeitungsprozess nicht mehr jedes Mal neu durchdenken. Tipp: Eine klar definierte Folge von Arbeitsanweisungen nennt man Algorithmus. Ein Algorithmus ist eine eindeutige Handlungsvorschrift zur Lösung eines Problems. Eine Handlungsvorschrift besteht aus einer endlichen Anzahl von genau beschriebenen Schritten. Auch Sie arbeiten gelegentlich «programmgesteuert»; dann nämlich, wenn Sie eine Checkliste benutzen, nach der Sie vorgehen. Das einfachste Beispiel ist ein Koch-Rezept. Nur müssen Sie dabei viel selber Hand anlegen: Das Wasser kocht zwar selbständig, aber den Kochtopf müssen Sie vorher mit Wasser füllen, auf eine Kochplatte stellen und sie einschalten. Aufgabe 2 Einteilung von Computern Computer werden entsprechend ihrer Grösse eingeteilt: Grosscomputer füllen Räume, während Personal- Computer und seine kleineren Kollegen mit deutlich weniger Platz auskommen. Nummerieren Sie die folgende Geräte anhand ihrer Grösse (grösstes zuerst): Smartphone Notebook Desktop/Tower Netbook Tablet/Tablet-PC Suchen Sie im Internet Bilder der aufgelisteten Geräte, die Sie nicht kennen. Gestalten Sie damit eine übersichtliche Information mit Grössen, Leistungsmerkmalen und aktuellen Preisen. Was ist der Unterschied zwischen einem Desktop-PC und einem Tower-PC? 2

3 1.2 PC-Kenntnisse sind wichtig Einen PC kaufen Haben Sie sich einmal überlegt, woran Sie denken müssen, wenn Sie einen neuen PC kaufen wollen? Was gehört eigentlich alles dazu? Wie gehen Sie vor, wenn Sie sich für einen neuen PC entscheiden müssen? Machen Sie sich vorher eine Liste (Analyse), was Sie wirklich brauchen und was es kosten darf? Informieren Sie sich im Internet oder in einschlägigen Zeitschriften, was es gibt, was empfohlen wird (Benchmark 1 ), was das alles kostet? Lassen Sie sich von Trends, Aktionen, vielleicht sogar dem Neid leiten, wenn Sie sich einen neuen PC kaufen? Das kann Sie teuer zu stehen kommen! Wenn Sie dann merken, dass Sie zwar einen teuren Top- Multimedia-PC haben, bei dem aber leider die ganze Software für Textverarbeitung und Tabellenkalkulation fehlt, sind Enttäuschungen vorprogrammiert. Wo kaufen Sie Ihren PC? Wo Sie Ihren PC kaufen, hängt von Ihrem Wissen/Können und von Ihren Bedürfnissen ab: Gute Beratung, Service nach dem Kauf: Kaufen Sie Ihren PC beim Fachhändler. Die Anschaffungskosten sind zwar höher, dafür haben Sie einen Ansprechpartner, der Ihnen bei der Einrichtung, bei Fragen und Problemen weiterhilft und Sie bei der Anschaffung einer geeigneten PC-Anlage berät; für Anfänger/-innen zu empfehlen. Falls Ihnen die Nähe zum Fachgeschäft (schneller Service) nicht so wichtig ist, können Sie den günstigeren Anbieter wählen (Achtung: Anfahrtsweg, Zeit etc. beachten). Gute Preise, grosse Auswahl: Dann kaufen Sie Ihren PC eher bei einem Discounter oder online. Hier finden Sie vielfach günstigere Angebote als beim Fachhändler. Die Beratung ist oft abhängig vom Verkaufspersonal. Sie müssen also bereits mit klaren Vorstellungen über die «Fähigkeiten» Ihres zukünftigen PCs kommen. Wenn ein Problem am PC auftritt, müssen Sie ihn meistens an eine zentrale Stelle einsenden (Kosten, Datenschutz). 1 Benchmark (= Massstab): Zeigt anhand von Vergleichen mit Komponenten anderer Hersteller Schwächen und Stärken bezüglich Geschwindigkeit (Prozessor), Einfachheit der Handhabung (Programme) oder Qualität (Bildschirm) auf. 3

4 Wozu brauchen Sie Ihren PC (wirklich)? Überlegen Sie sich das gut, das schlägt sich nämlich deutlich im Preis nieder. Zur Auswahl stehen grob drei Konfigurationen: Modell Büro-PC (Low-End-PC) Allround-PC Power-PC (High-End-PC) Einsatz allg. Büroarbeiten im Office-Bereich /Internet Familien-PC Office-Anwendungen /Internet einfache Bild- und Videobearbeitung evtl. geeignet für Spiele qualitativ hochstehend nur das Beste, Neuste, Schnellste (Gamer) multimediafähig «keine persönlichen Wünsche offen lassen» Kosten tief ohne viel Peripherie tief bis mittel je nach Budget hoch bis sehr hoch Luxus hat seinen Preis Hinweis einfaches Gerät ohne Schnick-Schnack genügend Speicherplatz genügend Anschlüsse viel Arbeitsspeicher hohe Grafikleistung (Grafikkarte) Tipp evtl. günstiges Kompakt- Angebot, Auslaufmodell genau überlegen, welche Software gebraucht wird evtl. selber aus Komponenten zusammenstellen Wie Sie sehen, ist ein minimales Wissen über den PC und seine Bestandteile zwingend nötig, damit Sie sich einen Rechner beschaffen können, der wirklich Ihren Bedürfnissen und Anforderungen entspricht. Aufgabe 3 Einige Überlegungen zum PC-Kauf Notieren Sie kurz, welche Überlegungen Sie sich beim Kauf des letzten PCs gemacht haben (oder welche Überlegungen Sie sich beim nächsten Kauf machen wollen). 4

5 1.3 Aus Informationen werden Daten Informationen sind Angaben über Sachverhalte und Vorgänge im Alltag. Von Daten spricht man erst, wenn sie in einer, für das entsprechende Werkzeug geeigneten, lesbaren Form aufbereitet wurden. Man nennt das «Digitalisieren» oder «Codieren». Damit Maschinen (Rechner, Computer) Informationen zu Daten verarbeiten können, müssen a) die Informationen in einer codierten Form (= Daten) vorliegen, die ein Rechner lesen und verstehen kann. b) die Rechner die codierten Daten selbständig verarbeiten können (= Programm, Arbeitsanweisungen). Die Informatik nimmt uns damit genau das ab, was uns lästig ist: Routinearbeiten, wie umfangreiche Berechnungen und Auswertungen (Computer), aber auch gefährliche, komplizierte oder mikroskopisch feine Arbeiten (Roboter) Code und Codierung Sie sind sich bereits an Codes gewöhnt. Die Bedeutung der Farben bei Verkehrsampeln (grün/gelb/rot) kennen Sie, auch wenn Sie sie nicht immer befolgen (Fussgängerstreifen?). Die Bedeutung der Noten (6.0 = sehr gut, ) haben Sie selber kennen gelernt ein Code, der nichts über Sie als Person aussagt, sondern eine Momentaufnahme Ihrer Leistung darstellt. ÎÎ Codieren 1 ist das Zuordnen von Zeichen aus einem Zeichenvorrat zu Zeichen aus einem anderen Zeichenvorrat. ÎÎ Code ist die Vorschrift, nach der Zeichen eines Zeichenvorrats in Zeichen eines anderen Zeichenvorrats umgewandelt werden. Man ordnet einer sehr guten Leistung (fehlerlos, 100 von 100 Punkten) die Note 6.0 zu. Codes und Codierungen sind in vielen Bereichen nötig, weil sie die Arbeit wesentlich erleichtern. Sie sind eindeutig und klar, jeder weiss, wovon man spricht. Die Blindenschrift «Braille» ist ein Code, das Zuordnen der Braille-Schriftzeichen (Punkte) zu den Buchstaben des Alphabets ist die Codierung. Der Zahl 15 im Dezimalsystem (Code) wird die binäre Zeichenfolge 1111 (Code) zugeordnet (codiert). Aufgabe 4 Code, Codierung, codieren Kennen Sie weitere Codes, resp. Codierungen? Nennen Sie Beispiele. 1 verschlüsseln, chiffrieren; einer der ältesten Codes ist der Morse-Code, lange und kurze Signal-Folgen (Licht oder Ton) 5

6 1.3.2 Digital und analog Analoge Daten sind Grössen wie Zeit, Töne, Temperatur, elektrische Signale, unsere natürlichen Haarfarben etc. Sie ändern ihren Wert ständig. Die Werte (Kurven, Wellenformen) sind vieldeutig (gleitend, kontinuierlich). Analoge Anzeigen sind übersichtliche Trendanzeiger, da sie stufenlose Angaben bereitstellen. Gleichzeitig sind sie ungenau und nicht eindeutig abzulesen (Thermometer). Ein Beispiel für die analoge Darstellung von Werten ist die herkömmliche Schallplatte (LP), welche die Musiksignale als fortlaufende Klangspur (Rille) gespeichert hat. Der allgemeine Alarm für die Bevölkerung der Schweiz ist ebenfalls analog. 2 Minuten Pause 1 Minute regelmässig an- und abschwellender Ton 1 Minute regelmässig an- und abschwellender Ton Digitale Daten sind zählbare Werte (digit = Finger, Ziffer). Digital bedeutet «nur feste Werte einnehmend». Dadurch sind sie eindeutig, d. h. es gibt keine undefinierten «Zwischenwerte». Somit werden beim Digitalisieren (Codieren) Informationen aus der realen Welt in feste Werte (Code, Daten) übersetzt. Typische Beispiele für die digitale Darstellung von Werten sind Digitalanzeigen bei Uhren (Zahlen), Taschenrechnern und Videorekordern. Schulnoten sind digital (feste Werte zwischen 1.0 bis 6.0). Die Digitalisierung von analogen Informationen ist immer ein Verlust von Informationen, eine Vereinfachung der Wirklichkeit: Unendlich viele mögliche Werte müssen in ein Werte-Schema eingepasst werden; z. B. Schulnoten für einen Aufsatz. Bei Tönen, die man digitalisiert (festen Werten zuweisen) ist zu beachten: Je feiner/genauer der Raster gewählt wird, desto genauer können die Töne der Wirklichkeit «nachgebildet» werden (digitale Musik-Aufnahmen auf CDs/DVDs). 6

7 Aufgabe 5 Analog oder digital? Entscheiden Sie selber: Menschen Alphabet Sprache (Wörter) analog digital analog digital Stimme Dezimalsystem Noten Beschreiben Sie weitere typische Beispiele: Bit und Byte Computer basieren auf dem digitalen Prinzip. Sie arbeiten mit einem dualen (2-wertigen) System, dem so genannten Binärsystem. Computer können nur zwischen zwei Zuständen unterscheiden, z. B. Strom fliesst (1) Strom fliesst nicht (0), wahr (true, 1) oder falsch (false, 0) oder Position ist magnetisiert (1), ist nicht magnetisiert (0). Darum «denken» und «arbeiten» Computer in Einheiten von Bit. Ein Bit ist die kleinste eindeutige Informationseinheit in der Form von zwei Schaltzuständen (0 und 1). Ein Byte ist die kleinste adressierbare Speichereinheit (bestehend aus 8 Bit). 8 Bit werden zu einem Byte Das Binärsystem ist ein Stellenwertsystem wie das Dezimalsystem. Während beim Dezimalsystem ein Zeichenvorrat von zehn verschiedenen Zeichen/Ziffern (0, 1, ) für die Codierung zur Verfügung steht, besteht ein Binärsystem nur aus zwei Zeichen (0 und 1). zusammengefasst. Ein Byte 1 entspricht einem Buchstaben, einer Ziffer, einem Sonderzeichen oder einem Maschinenbefehl. Damit liessen sich ursprünglich sämtliche 256 Zeichen (ASCII-Code 2 ) anzeigen. Der Begriff Bit steht als Abkürzung für «binary digits», ursprünglich vom Lateinischen «bis» oder «binar» abzuleiten, was so viel wie «zweimal» bzw. «zweier Werte fähig» bedeutet. Die Einheit «Bit» kennt man auch in der realen Welt: Sie steht ebenso für die kleinste Informationseinheit. Bei der Information, ob z. B. ein Ausflug durchgeführt wird, gibt es genau zwei Möglichkeiten. Der Ausflug findet statt («findet statt» entspricht einer Information). Der Ausflug findet nicht statt («findet nicht statt» entspricht einer Information). 1 Die Zeichenkette (Byte) muss eindeutig/unverwechselbar sein, da der PC keinen «Ermessensspielraum» zulässt. 2 ASCII-Code: American Standard Code for Information Interchange, alle Gross- und Kleinbuchstaben, zehn Ziffern sowie einigen Satzzeichen einer amerikanischen Tastatur (also z. B. ohne Umlaute) 7

8 Für Profis: Weiterführende Informationen für Interessierte Erst durch die Kombination von mehreren Bits können sämtliche Buchstaben und Zeichen für den PC lesbar gemacht werden. Da jedes Bit zwei Codierungen (Zustände) haben kann, lassen sich für jede weitere Stelle (x) insgesamt 2 x Zustände darstellen. Werden also zwei Bit kombiniert, so sind die folgenden vier unterschiedlichen Zustände darzustellen: 00 oder 01 oder 10 oder 11 In der nachfolgenden Tabelle ist leicht zu erkennen, dass sich die Anzahl darstellbarer Zustände mit jedem weiteren Bit einer Ziffernfolge verdoppelt. Anzahl Darstellung unterschiedlicher Zeichen Anzahl Darstellung unterschiedlicher Zeichen 1 Bit 2 1 = 2 Zustände 5 Bit 2 5 = 32 Zustände 2 Bit 2 2 = 4 Zustände 6 Bit 2 6 = 64 Zustände 3 Bit 2 3 = 8 Zustände 7 Bit 2 7 = 128 Zustände 4 Bit 2 4 = 16 Zustände 8 Bit = 1 Byte 2 8 = 256 Zustände Aufgabe 6 Dezimalsystem vs. Binärsystem Haben Sie das 10er-System verstanden? Dann sollte Ihnen die folgende Addition keine Probleme bereiten: Dezimalsystem (10er-System) Binärsystem (2er-System) Hunderter Zehner Einer 32er 16er Achter Vierer Zweier Einer = = Giga-Bit (GBit) oder Giga-Byte (GByte)? Versuchen Sie eine einfache Beschreibung für die beiden Begriffe zu finden: GBit GByte 8

9 1.3.4 Hard- und Software Ein Computersystem 1 besteht grundsätzlich aus Hard- und Software. Zur Hardware gehören die materiellen (berührbaren) Teile eines Computersystems (Zentraleinheit/CPU mit Motherboard und Peripherie). Als Software wird der immaterielle (logische) Teil eines Computers bezeichnet, also Programme und Daten, mit denen die Hardware betrieben und gesteuert wird. Nur Hard- und Software zusammen ergeben einen Sinn. Die Hardware allein kann zwar aktiviert sein (PC einschalten), aber Sie können nicht damit arbeiten. Ebenso nützt die Software nichts, wenn sie sich auf einer DVD/CD im Regal befindet. Ein Computersystem arbeitet/kommuniziert nach dem EVA-Prinzip, dem Grundprinzip der Datenverarbeitung. Es steht für: Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe. Wir Menschen «funktionieren» übrigens auch so, wie das folgende Beispiel zeigt. Eingabe Verarbeitung Ausgabe Der Patient beschreibt die Beschwerden (Fieber, Husten, Schnupfen). Die Ärztin überlegt (vergleicht die Informationen mit ihrem Wissen). Die Ärztin gibt dem Patienten Empfehlungen ab (Anweisungen und Medikamente). Bei der Ausgabe sind einerseits die sofortigen Reaktionen gemeint, andererseits aber auch die langfristigen Reaktionen (z. B Gedächtnis und Erinnerung, resp. Speicherung). Aufgabe 7 Einfach erklärt Definieren Sie den Begriff «digital» anhand eines Beispiels aus Ihrem Alltag. Beschreiben Sie das EVA-Prinzip anhand eines praktischen Beispiels aus Ihrem Alltag. Eingabe Ausgabe Verarbeitung 1 Von einem System spricht man, wenn seine Elemente zueinander in Beziehung stehen und sich wechselseitig beeinflussen (aufeinander reagieren (z. B. der menschliche Körper: Fieber/Grippeviren). 9

10 Erklären Sie die Begriffe «Bit» und «Byte» sowie «Code» und «Codierung». Fällt Ihnen dazu je ein Beispiel aus der Praxis ein? Woraus besteht ein Computersystem grundsätzlich? Aufgabe 8 Für Profis: Was ist damit gemeint? «Digital ist nicht immer binär, aber binär ist immer digital.» Was ist mit dieser Aussage gemeint? Erklären Sie. Aufgabe 9 Eingabe-, Verarbeitungs- und Ausgabegeräte Suchen Sie in PC-Zeitschriften (oder einem PC-Angebot) möglichst viele verschiedene Computer- Bestandteile (Hardware: Peripherie). Weisen Sie die gefundenen PC-Bestandteile einer Spalte in der EVA-Tabelle zu. Eingabe Verarbeitung Ausgabe Welche Komponenten können Sie nicht klar zuordnen? Warum? 10