Skript. EDV Grundlagen

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1 PAUL-EHRLICH-SCHULE Frankfurt-Höchst Berufs-, Fach-, Fachoberschule Informatik FOS FS Skript EDV Grundlagen Datum: Name: Klasse: 1. Daten die Welt der Bits und Bytes Daten begegnen uns im Alltag in vielfältiger Form. Zeitungen, Fernsehnachrichten, Telefonbücher enthalten Daten und auch die Namen, Anschriften, Berufe und Noten der Schüler einer Schule sind Daten. In der elektronischen Datenverarbeitung (EDV) sind Daten die Dinge, die verarbeitet werden. Daten sind Informationen, die für die automatisierte Verarbeitung erfasst und bearbeitet werden. Daten können auf Datenträgern gespeichert werden. Heutige Computer können verschiedene Formen von Daten verarbeiten: Textdokumente Bilder / Grafiken Tondokumente / Sprache Videos u. a. 1.1 Binäre Daten Computer können nur Daten, die in binärer Form vorliegen, verarbeiten. Ein binäres (zweiwertiges) Informationssystem basiert nur auf zwei verschiedenen Zuständen. Diesen beiden Zuständen werden meist die Ziffern 0 und 1 zugeordnet, die als Binärzeichen oder Bits (engl. binary digit = Binärziffer) bezeichnet werden. Ein ist die kleinste Informationseinheit und kann genau verschiedene Werte annehmen. Binärzeichen können durch zweiwertige physikalische Größen dargestellt werden. Die folgende Tabelle zeigt einige Beispiele: Zustand 1 Zustand 2 Anwendungsgebiet Schalter (z. B. Lichtschalter) Computerschaltkreise Lochkarte, Lochstreifen CD, DVD Tabelle 1 Paul-Ehrlich-Schule Frankfurt 1

2 Lochkarte Bits auf einer CD Da Computer mit elektronischen Schaltkreisen arbeiten, werden den zwei verschiedenen Zuständen zwei Spannungsbereiche zugeordnet. Die Ursachen dafür sind der Spannungsverlust auf Leitungen und das Auftreten von Störspannungen z.b. durch elektromagnetische Wellen. Binärwert Spannungsbereich andere Bezeichnungsform 0 0 V bis + 0,4 V 1 + 2,4 V bis + 5 V Tabelle 2 Paul-Ehrlich-Schule Frankfurt Seite 2 von 7 Letzte Überarbeitung:

3 1.2 Das duale Zahlensystem Ein binäres oder duales Zahlensystem kennt nur 2 verschiedene Ziffern, die "0" und die "1". Die folgende Gegenüberstellung von Dezimalzahlen und Dualzahlen soll den Aufbau des dualen Zahlensystems verdeutlichen: Dezimalzahl Dualzahl Dezimalzahl Dualzahl Tabelle Die Dualzahl Bin hat 8 Stellen. Jede Stelle entspricht genau einem Bit. Diese Zahl ist also eine - Dualzahl. Definition des Byte: 1 Byte = Der besseren Lesbarkeit wegen schreibt man Dualzahlen häufig in Vierergruppen (z.b. die 8-Bit- oder 1-Byte-Dualzahl Bin ) Umrechnung einer Dualzahl in eine Dezimalzahl Analog zum Dezimalsystem mit der Basis 10, wo die Ziffern (von rechts nach links gelesen) die Stellenwerte 10 0 = 1, 10 1 = 10, 10 2 = 100, 10 3 = 1000 haben, sind die Stellenwerte beim Dualsystem mit der Basis 2 die Zweierpotenzen 2 0 = 1, 2 1 = 2, 2 2 = 4, 2 3 = 8, Mit Hilfe der Stellenwerte werden Dualzahlen in Dezimalzahlen umgerechnet. Die jeweilige Dualziffer wird dazu mit ihrem Stellenwert multipliziert und dann die Summe gebildet. Dualzahl Stellenwert Summe = = = = = = = = Tabelle 4 Paul-Ehrlich-Schule Frankfurt Seite 3 von 7 Letzte Überarbeitung:

4 1.2.2 Umrechnung einer Dezimalzahl in eine Dualzahl Auch für diese Umrechnung benutzt man die Stellenwerte. Man erstellt eine Tabelle mit den Stellenwerten und füllt sie bis zum Stellenwert aus, der gleich oder größer als die umzurechnende Dezimalzahl ist. Dann verteilt man die Stellenwerte auf die Dezimalzahl. Beispiel: Die Dezimalzahl 231 Dez soll in eine Dualzahl umgerechnet werden. Sie liegt zwischen den Stellenwerten 128 und 256: Stellenwert Dualzahl Summe = = = = = = = = = Tabelle 5 Aufgabe 1: Wandeln Sie die folgenden Dualzahlen in Dezimalzahlen um: a) Bin b) Bin Aufgabe 2: Wandeln Sie die folgenden Dezimalzahlen in Dualzahlen um: a) 186 Dez b) 243 Dez Vorsätze für Bit und Byte Die Vorsätze Kilo, Mega, Giga, Tera werden in der EDV für größere Datenmengen mit folgender Bedeutung verwendet: 1 Kilobyte (KB) = 1024 Byte = 2 10 Byte 1 Megabyte (MB) = 1024 KB = = Byte 1 Gigabyte (GB) = 1024 MB = = 1 Terabyte (TB) = 1024 GB = = Tabelle 6 Der Wert dieser Vorsätze führt sehr leicht zu Verwirrungen, da z. B. für den Vorsatz Kilo normalerweise der Wert 1000 verwendet wird (allerdings mit dem Kleinbuchstaben k geschrieben). Auch die Hersteller von Festplatten haben ihren Teil dazu beigetragen, indem sie für die Vorsätze statt des richtigen Faktors 1024 den Wert 1000 verwenden. Die Festplattenkapazitäten werden dadurch geschönt (z. B. hat eine 300 GB-HD in Wirklichkeit nur eine Kapazität von rund 280 GB, also knapp 7% weniger als angegeben). Aufgabe 3: Paul-Ehrlich-Schule Frankfurt Seite 4 von 7 Letzte Überarbeitung:

5 a) Wie viel Bit entsprechen 96 Kilobyte (KB)? b) Wie viel Megabyte (MB) entsprechen Bit? Aufgabe 4: Wie lange dauert der Seitenaufbau einer Website von 656,25 KB a) bei einem Analog-Modem (max. Übertragungsrate: 56 kbit/s)? b) mit ISDN (64 kbit/s)? c) mit ADSL2+ (16000 kbit/s)? 1.3 Codes Ein Computer muss nicht nur Ziffern, sondern auch Buchstaben und verschiedene andere Zeichen verarbeiten. Diese Zeichen müssen mit Hilfe einer Zuordnungsvorschrift, dem sogenannten Code, in eine Folge von Binärzeichen umgewandelt werden. In Form des Morsealphabets ist die Verwendung von Binärzeichen schon seit langem gebräuchlich. Im Morsecode werden als binäre Zeichen Punkt und Strich verwendet, die beim Morsen durch ein kurzes und ein langes Signal übertragen werden. Mit den Binärzeichen 0 und 1 könnte eine Codierung unter Verwendung von n = 4 Bit wie in Tabelle 8 aussehen: Morsezeichen Zeichen a e s o 1 2 Tabelle 7: Morsecode Binärcode Zeichen 0000 a 0001 b 0010 c 0011 d 0100 e Tabelle 8: Ein einfacher Binärcode Bei Verwendung eines 4-Bit-Codes lassen sich = Kombinationen bilden, d. h. nur die ersten 16 Kleinbuchstaben des Alphabets können mit diesem Code dargestellt werden. Allgemein gilt, dass mit n Bit Zeichen codiert werden können. Aufgabe 5: a) Wie viel Bit sind erforderlich, um alle Zeichen auf der Tastatur ( 100) zu codieren? b) Wie viele verschiedene Zeichen lassen sich mit 8 Bit codieren? c) Wie viele verschiedene Zeichen lassen sich mit 2 Byte codieren? Paul-Ehrlich-Schule Frankfurt Seite 5 von 7 Letzte Überarbeitung:

6 1.3.1 ASCII - Code Mit dem ersten IBM-Personalcomputer wählte IBM den ASCII-Code (American Standard Code for Information Interchange) für die Zeichencodierung des Betriebssystems DOS. Dieser Code existierte seit 1967 als 7-Bit-Code und wurde in den 1980er-Jahren auf 8 Bit erweitert (extended ASCII). Dez Bin Zeichen Dez Bin Zeichen Dez Bin Zeichen Dez Bin Zeichen NUL SP ` SOH ! A a STX " B b ETX # C c EOT $ D d ENQ % E e ACK & F f BEL ' G g BS ( H h Hat ) I i LF * J j VT K k FF , L l CR M m SO N n SI / O o DLE P p DC Q q DC R r DC S s DC T t NAK U u SYN V v ETB W w CAN X x EM Y y SUB : Z z ESC ; [ { FS < \ GS = ] } RS > ^ ~ US ? _ Tabelle 9: Erste Hälfte des ASCII- und ANSI-Codes ASCII- und ANSI-Code enthalten neben den alphanumerischen Zeichen auch eine Reihe von Steuerzeichen, die z.b. für die Drucker- und Bildschirmansteuerung verwendet werden. Der Code LF (binär: ) ist eines dieser Steuerzeichen. LF bedeutet "line feed" (Zeilenvorschub). Wenn ein Matrixdrucker das Papier um einen Zeilenabstand vorschieben soll, muss der Computer also diesen Code an ihn senden. Andere Steuercodes sind z.b. CR (carriage return Wagenrücklauf), FF (form feed Seitenvorschub) und BEL (bell akustisches Signal). Aufgabe 5: a) Welchen dezimalen und dualen Wert hat das erste und letzte Zeichen des ASCII- Codes? b) Vergleiche die dualen Codewerte von gleichen Zeichen in Groß- und Kleinschreibung miteinander (z.b. A und a; B und b). Worin unterscheidet sich der Wert eines Klein- und Großbuchstabens? Paul-Ehrlich-Schule Frankfurt Seite 6 von 7 Letzte Überarbeitung:

7 1.3.2 Unicode Im Zeitalter des Internet war ein Code mit einem größeren Zeichenvorrat erforderlich, um z. B. japanische oder chinesische Internetseiten originalgetreu auf Computern in Deutschland anzuzeigen. Eine Reihe führender Computerfirmen schloss sich im Unicode-Konsortium zusammen und entwickelte mit dem Unicode ein Codierungssystem, das einen großen Teil der Zeichen aller bekannten Schriftalphabete enthält (Codetabellen: Der Unicode ist ein 16-Bit-Code. In Microsoft Office stellt z.b. die Schriftart "Arial Unicode MS" die Zeichen des Unicode dar. Jedes Zeichen im Unicode wird mit Hilfe einer zwei Byte langen Zahl codiert. Dadurch sind = verschiedene Zeichen darstellbar. Tabelle 10: Codierung Griechisch/Koptisch und japanische Schriftzeichen (Hiragana) Zusammenfassung: Erweiterter ASCII- und ANSI-Code sind -Bit-Codes mit darstellbaren Zeichen, der Unicode ist ein -Bit-Code mit darstellbaren Zeichen. Jedes Zeichen im ASCII- oder ANSI-Code entspricht genau Byte. Bei der Speicherung auf einem Datenträger (z.b. Festplatte) belegt jedes Zeichen also genau Byte Speicherplatz. Im Unicode werden stattdessen für jedes Zeichen Byte benötigt. Paul-Ehrlich-Schule Frankfurt Seite 7 von 7 Letzte Überarbeitung: