1 Einführende Bemerkungen

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1 1 Einführende Bemerkungen Ziel des Moduls: Einführung in den prinzipiellen Aufbau und die grundlegende Verarbeitungsweise eines Rechners Hinführung an die objektorientierte Programmierung mittels Java Vermittlung grundlegender Datenstrukturen und Algorithmen (im objektorientierten Programmierparadigma) 1.1 Was ist Informatik Information + Automatik = Informatik Informatik: automatische Verarbeitung, Speicherung und Übertragung von Informationen (Daten) insbesondere mit Hilfe von Rechnern Unterteilung in folgende Teilgebiete: Theoretische Informatik: was ist berechenbar wie aufwändig ist eine Berechnung (Dauer) wie stellt man Sachverhalte formal dar wie kann man die Korrektheit eines Programms beweisen Praktische Informatik: wie strukturiert man sinvoll Informationen wie macht man sich Rechnern verständlich wie entwickelt man sinvoll ein Programm (insbesondere in einem größeren Team) welche Programme benötigt ein Rechner, um arbeiten zu können Technische Informatik: 4

2 welche Komponenten benötigt ein Computer wie verbindet man die Komponenten für eine effiziente Verarbeitung wie können Rechner miteinander kommunizieren Angewandte Informatik: wie benutzt man möglichst effizient und kostengünstig einen Rechner in Themengebieten wie z.b.: Biologie Bioinformatik Medizin Computertomographie Medien Kombination von Sprachen, Bildern, Graphiken, Videos usw. Geologie Satellitendaten, Wetter Wirtschaft Wirtschaftsinformatik... wie bilde ich kognitive Wahrnehmungsleistungen von Lebewesen (Menschen) nach wie z.b. Hören, Sehen, Verstehen, in fremder Umwelt agieren 5

3 1.2 Vergleich Mensch, Computer Mensch Gehirn: +intelligent, kann denken +schnell +flexibel, kann lernen -ermüdet Gedächtnis: -ungenau +relativ schnell -vergesslich -beschränkte Kapazität +automatische Verknüpfung von Daten Augen, Ohren, Sprache: +extrem schnelle Verarbeitung großer Datenmengen +Multimodal Aufträge, Befehle: +flexibel -ungenau Computer Prozessor: -dumm, kann nur starr abarbeiten +schnell -unflexibel, z.zt. nicht lernfähig +ermüdungsfrei Speicher: +genau +sehr schnell +vergisst nichts +(fast) unbeschränkte Kapazität -keine automatische Verknüpfung Tastatur, Maus, Bildschirm: -langsam -Unimodal Programm -unflexibel +genau 1.3 Geschichte der Informatik Früheste Entwicklungen 5.Jh.n.Chr.: ca : ca : ca : Erfindung des Dezimalsystems in Indien Mohammed ibn Musa Al-Khwarizmi: Persischer Mathematiker Prägt den Begriff des Algorithmus Unter einem Algorithmus versteht man ein mechanisch ausführbares (Rechen-)Verfahren bestehend aus mehreren eindeutig aufeinanderfolgenden Schritten, die auch mehrmals durchlaufen werden können. Die Einzelschritte sind eindeutig und in endlicher Zeit beendbar. Leonardo von Pisa, ganannt Fibonacci: Italienischer Mathematiker verfasst 1202 die erste systematische Einführung in das dezimale Rechnen Adam Ries: Deutscher Rechenmeister veröffentlicht 1504 ein Buch mit Rechengesetzen des Dezimalsystems Dezimalsystem setzt sich in Europa durch 6

4 1.3.2 Entwicklung mechanischer Rechenmaschinen : Wilhelm Schickard: Deutscher Professor für Hebräisch, Aramäisch und andere biblische Sprachen. Entwickelt 1623 Maschine mit vier Grundrechenarten : Blaise Pascal: Französischer Mathematiker. Entwickelt 1641 Maschine zur Addition sechsstelliger Zahlen : Gottfried W. Leibniz: Deutscher Universalgelehrter Entwickelt 1674 Maschine mit vier Grundrechenarten. Befasst sich auch mit dem dualen Zahlensystem. Problem aller mechanischen Maschinen: Feinmechanik noch nicht ausgefeilt 10 Zustände : Phillip M.Hahn: Würtembergischer Pfarrer Entwickelt 1774 erste zuverlässig arbeitende Rechenmaschine. Wartungsfreundlichkeit bei der Konstruktion berücksichtigt Entwicklung programmierbarer Maschinen : Josephe-Marie Jacquard: Französischer Erfinder Entwickelt um 1800 einen durch Lochkarten gesteuerten Webstuhl : Charles Babbage: Englischer Wissenschaftler Analytical Engine: erste Ansätze zur Entwicklung einer universell programmierbaren Maschine (nie realisiert) : Hermann Hollerith: Amerikanischer Industrieller Entwickelt 1890 automatisch arbeitende Zähl- und Sortiermaschine auf der Basis von Lochkarten 1924 Übernahme der Fa. IBM 7

5 1.3.4 Theoretische Grundlagen : George Boole: Englischer Mathemathiker Entwickelt 1854 die Boole sche Algebra, die die Grundlage für die Realisierung elektronischer Schaltungen bildete : Alan Turing: Englischer Mathematiker Entwickelt 1937 theoretisches Berechenbarkeitskonzept. Maßgeblich am Bau des Colossus beteiligt Entschlüsselung der deutschen Chiffriermaschine Enigma Turing-Test Intelligenztest für Rechner : John von Neumann: Ungarischer Mathematiker Entwickelt 1946 die nach ihm benannte Rechnerarchitektur mit den Funktionseinheiten Rechen-, Speicher-, Leitwerk sowie Ein- und Ausgabeeinheit IAS-Röhrenrechner gemäß von Neumann Architektur Test der Wasserstoffbombe Entwicklung von Universalrechnern : Konrad Zuse: Deutscher Bauingenieur und Unternehmer Z1: erster Universalrechner 1938 (mechanisch) Z3: vollständig elektromechanische Rechenmaschine 1941 (ca. 4s für Multiplikation) : Howard H. Aiken: Amerikanischer Wissenschaftler Harvard Mark I: vollständig elektromechanisch arbeitende Rechenmaschine 1943 (ca. 6s für Multiplikation) Entwicklung von Programmiersprachen : Programmierung durch Herstellen von Hardwareverbindungen sehr fehleranfällig ab ca.1950: Maschinensprache (Assembler) maschinenabhängig und schlecht lesbar ab ca.1954: höhere (funktionale) Programmiersprachen (FORTRAN, COBOL, C, PASCAL,...) maschinenunabhängig, besser lesbar ab ca.1980: objektorientierte Programmiersprachen (Smalltalk, C++, Java,...) bessere Lesbarkeit und Wiederverwendbarkeit von Programmen 8