Folien zum Textbuch. Kapitel 1: Grundlegender Überblick. Teil 1: Begriff und Wesen der Informationsverarbeitung, Arbeitsweise von Rechnern

Transkript

1 Folien zum Textbuch Kapitel 1: Grundlegender Überblick Teil 1: Begriff und Wesen der Informationsverarbeitung, Arbeitsweise von Rechnern Textbuch-Seiten 6-82 WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/1

2 Nach der Durcharbeitung des ersten Kapitels sollten Sie die Grundbegriffe der Informationsverarbeitung kennen und gebrauchen können, die Unterschiede zwischen Information und Daten sowie zwischen digitalen und analogen Daten aufzeigen können, die Parallelen zwischen der Informationsverarbeitung von Hand und mit maschineller Unterstützung beschreiben können, die Funktionseinheiten eines Rechners nennen und in groben Zügen erklären können, wie diese arbeiten, ein Beispiel für eine umfassende rechnergestützte Anwendung in einem Handelsbetrieb (Warenwirtschaftssystem) darstellen können, die Vorteile dieses Warenwirtschaftssystems aufzählen können, WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/2

3 Nach der Durcharbeitung des ersten Kapitels sollten Sie die Gründe für den zunehmenden Rechnereinsatz und die Zwecke der Informationsverarbeitung in der Wirtschaft erläutern können, angeben können, welche Arten von Rechnern es gibt, aus welchen Bauelementen sie bestehen und durch welche Merkmale sie sich unterscheiden, darlegen können, was ein Informationssystem (IS) ist und welche Arten von IS in einem Betrieb vorliegen können, die Gestaltungsprobleme aufzählen können, die sich beim Aufbau betrieblicher IS stellen, die wirtschaftliche Schlüsselstellung und die gesellschaftspoli-tische Bedeutung der Informationstechnik begründen können, die Erkenntnisziele und -gegenstände der Wirtschaftsinformatik skizzieren können. WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/3

4 Begriff und Wesen der Informationsverarbeitung - Überblick Information und Daten Rechnergestützte Verarbeitung von Information Vergleich manuelle - rechnergestützte Informationsverarbeitung Ziele der Informationsverarbeitung Grundfragen der Wirtschaftsinformatik WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/4

5 Grundlegende Begriffe Was ist ein Computer? Nach DIN-Definition ist ein Rechner eine Funktionseinheit zur Verarbeitung von Daten, nämlich zur Durchführung mathematischer, umformender, übertragender und speichernder Operationen Elektronisch? Synonyme Rechner, Rechensystem, Rechenanlage, Computer Datenverarbeitungssystem, DV-Anlage, EDV- Anlage WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/5

6 Information und Daten Information Angaben über Sachverhalte und Vorgänge beinhaltet Syntax (Form) und Semantik (Inhalt) Daten Information in einer maschinell verarbeitbaren Form Schwerpunkt liegt auf Spezifikation der Syntax Wissen beinhaltet pragmatische Dimension, ist mit Ziel und Zweck verbunden WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/6

7 Gliederung von Information bzw. Daten Information Erscheinungsform Repräsentationsform Aufgabe im Verarbeitungsprozess Schrift digital Steuerdaten Ton analog Nutzdaten Bild Multimedia WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/7

8 Multimedia Integration mehrerer Ein- und oder Ausgabemedien für Text, formatierte Daten, Bild (Grafik, Foto, Film) und Ton Speicherung und synchronisierte Ablaufsteuerung auf dem Rechner WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/8

9 Digitale Daten Repräsentation durch Zeichen Ein Zeichen ist ein Element aus einer zur Darstellung von Information vereinbarten endlichen Menge von verschiedenen Elementen, dem Zeichenvorrat Beispiele: Buchstaben, Ziffern, Interpunktions-zeichen, Steuerzeichen, Farbpunkte von Bildern, akustische Signale Zeichen werden bei der maschinellen Verarbei-tung durch elektrische Impulsfolgen, magnetisierte Positionen auf Datenträgern usw. dargestellt WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/9

10 Analoge Daten Repräsentation durch kontinuierliche Funktionen Darstellung erfolgt durch physikalische Größe, die sich entsprechend den abzubildenden Sachverhalten oder Vorgängen stufenlos ändert Beispiele Zeitanzeige mit Ziffernblatt und Zeiger Temperaturanzeige durch Quecksilbersäule in Thermometer Speicherung von Musik auf einer LP Analoge Telefonie, analoges Fernsehen WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/10

11 Analoge und digitale Daten Digitale Daten können komprimiert werden Benötigen weniger Speicherplatz bzw. Übertragungskapazität Digitale Daten können bei Übertragung von Störungen gesäubert werden Qualität der übertragenen Daten besser als bei analoger Übertragung aber: bei grober Digitalisierung geringere Genauigkeit / schlechtere Qualität als analoge Daten WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/11

12 Analog-Digital-Umwandlung analog digital wertkontinuierlich wertdiskret = Quantisierung zeitkontinuierlich zeitdiskret = Abtastung WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/12

13 Analog-Digital Umwandlung Abtastung Das analoge Signal wird mit einer Frequenz abgetastet, die mindestens doppelt so hoch ist wie die Frequenz der Bandbreite des analogen Signals (Abtasttheorem) Dieser Vorgang wird auch Sampling genannt Beispiel: Sprache im Spektrum von Hz -> Abtastrate mindestens 6800 Hz, in Praxis 8 khz CD-Qualität: 44,1 khz Video: 10,3 MHz (25 Bilder 720 Linien 576 Zeilen) mal pro Sekunde wird abgetastet WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/13

14 Analog-Digital Umwandlung Quantisierung und Codierung Bei jeder Abtastung wird die Signalgröße - der Pegelwert - gemessen und einer Pegelstufe zugeordnet, Wert der Pegelstufe wird codiert Anzahl der digitalen Pegelstufen, die bei der Analog/Digital-Wandlung verwendet werden, bestimmt Qualität der Umwandlung Beispiele: Sprache: 8 Bit -> 256 Stufen Audio: 16 Bit -> Stufen Videosignale: 8 Bit -> 256 Stufen, 10 Bit -> Stufen WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/14

15 Stammdaten und Änderungsdaten Stammdaten zustandsorientiert zur Identifizierung, Klassifizierung und Charakterisierung von Sachverhalten über einen längeren Zeitraum hinweg unverändert Änderungsdaten abwicklungsorientiert, lösen eine Änderung von Stammdaten aus Änderungsdienst (Update) Berichtigen, Ergänzen, Löschen von Stammdaten WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/15

16 Bestands- und Bewegungsdaten Bestandsdaten zustandsorientiert kennzeichnen betriebliche Mengen und Werte Bewegungsdaten abwicklungsorientiert entstehen immer wieder neu durch die betrieblichen Leistungsprozesse bewirken Veränderung von Bestandsdaten Bewegungsvorgänge = Transaktionen WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/16

17 Informationsverarbeitung Erfassung, Speicherung, Übertragung und Transformation von Information Mit Rechner, programmgesteuert Programm = Folge von Anweisungen an einen Rechner Datei = Sammlung von Daten über ein oder mehrere Objekte Datenbank = große Menge von Daten, die gemeinsam aufbewahrt werden WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/17

18 Hilfsmittel zur Informationsverarbeitung manuelle Informationsverarbeitung Durchführung und Steuerung erfolgt primär durch Menschen rechnergestützte Eingabe Informationsverarbeitung Verarbeitung Ausgabe Rechner führt entsprechend vorgegebenen Anweisungen Informationsverarbeitungsaufgaben weitgehend selbsttätig und ohne weitere Eingriffe von außen durch WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/18

19 Vorgabe der Anweisungen Algorithmus Algorithmenentwurf Vorgang der Erstellung eines Lösungsansatzes Algorithmenbeschreibungssprache Programm Eine zur Lösung einer Aufgabe vollständige Anweisung an einen Rechner Programmieren Vorgang der Erstellung einer derartigen Anweisung in Programmiersprache in einer der Maschine verständlichen Sprache zur Programmierung (Verfassen der Arbeitsanweisungen) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/19

20 Vergleich manuelle - rechnergestützte Informationsverarbeitung Beispiel Verkaufsabrechnung und Warendisposition im Lebensmittelhandel Der Greißler ( Tante Emma ) Der moderne Lebensmittelfilialbetrieb (Billa, Spar, Rewe, Migros, Denner...) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/20

21 Informationssysteme dienen zur Abbildung der Realität (Geschäftsprozesse) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/21

22 Zentrale Filiale WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/22

23 Ziele der rechnergestützten Informationsverarbeitung Rationalisierung = Kosteneinsparungen Bewältigung großer Datenmengen Beschleunigung von Geschäftsprozessen Verbesserung von Qualität und Service Unterstützung der Planung, Steuerung und Kontrolle Umfangreiche, komplizierte Berechnungen (OR) Ermöglichung neuer Organisationsformen , Groupware, Work Flow Management Elektronischer Datenaustausch (EDI), virtuelle Unternehmen Strategische Wettbewerbsvorteile WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/23

24 Neuer Service via Internet: Paket- verfolgung WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/24

25 WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/25

26 Wirtschaftsinformatik Gestaltung rechnergestützter Informationssysteme in der Wirtschaft Interdisziplinäres Fach zwischen Betriebswirtschaftslehre und Informatik Gegenstand IS-Grundlagen IS-Organisation IS-Planung IS-Entwicklung IS-Betrieb IS-Benutzerbetreuung BWL WI Informatik WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/26

27 Aufbau und Arbeitsweise von Rechnern Überblick Hauptfunktionseinheiten Zentraleinheit Ein-/Ausgabesystem und Peripherie Mehrprozessorsysteme und Rechnernetze Software Bauelemente (Chips) Chipherstellung Standard- und kundenspezifische Chips Speicherchips Prozessorchips Ein-Chip-Computer Leistungsvermögen Rechnerleistung im engeren Sinn (CPU-Leistung) Rechnerleistung im weiteren Sinn WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/27

28 Grundsätzlicher Aufbau eines Rechners Ausgabeeinheit Systemeinheit Externer Speicher Tastatur, Maus, Lesegerät Zentralprozessor Zentralspeicher Zentraleinheit Eingabeeinheit Bildschirm, Aufzeichnungsgerät WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/28

29 Konstruktiver Aufbau eines PCs Peripheriegeräte Steuereinheit Steuereinheit Steuereinheit Steuereinheit Zentral- Speicher ROM Zentralprozessor (CPU) Zentral- Speicher RAM WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/29

30 Zentraleinheit Der Zentralprozessor (engl.: central processing unit; abgekürzt: CPU) steuert entsprechend den jeweiligen Programmen den Gesamtablauf der Informationsverarbeitung, koordiniert die beteiligten Funktionseinheiten (Leit- oder Steuerwerk) und führt Rechenoperationen aus (Rechenwerk). Ein Ein- Ausgabeprozessor steuert in seinem Auftrag eines oder mehrere Eingabe-, Ausgabe- oder externe Speichergeräte. Zentralspeicher enthält die auszuführenden Programme und die damit zu verarbeitenden Daten WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/30

31 Innereien eines Computers WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/31

32 PC-Grundplatine (Motherboard) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/32

33 Mehrprozessorsysteme Mehrere Zentralprozessoren arbeiten in einem Rechner zusammen Eng gekoppelt an einem Ort mit gemeinsamem Arbeitsspeicher (2 16 Prozessoren) Lose gekoppelt, mit jeweils eigenen Arbeitsspeichern der Prozessoren Massiv parallele Rechner mit bis zu einigen tausend Prozessoren WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/33

34 Rechnernetz Räumlich verteiltes System von Rechnern durch Datenübertragungswege miteinander verbunden Standards und Protokolle regeln die Kommunikation zwischen den Rechnern auf unterschiedlichen Ebenen von der physikalische Ebene der Nachrichtenübertragung (z.b. IEEE für drahtlose Übertragung in lokalen Netzen) bis zur Anwendungsschicht (z.b. HTTP zur Übertragung von Daten im Hypertext-Format) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/34

35 Struktur eines lokalen Rechnernetzes WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/35

36 Lokale und globale Netze WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/36

37 Hardware und Software Hardware Sammelbegriff für die informationstechnischen Geräte Software Sammelbegriff für die Programme Systemsoftware Entwicklungssoftware Anwendungssoftware WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/37

38 Bauelemente von Rechnern (Chips) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/38

39 Bauelemente (Chips) Halbleiterplättchen (meist aus Silizium) 500 mm 2 Fläche und wenige Zehntel mm Dicke Enthält Tausende bis Millionen von elektronischen Bauelementen (Widerstände, Dioden und Transistoren) für Logik- (Verknüpfungs-) und/oder Speicherfunktionen WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/39

40 Stufen bei der Herstellung von Rechnerbauelementen WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/40

41 WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/41

42 Herstellung von Rechnerbauelementen Chipherstellung teuer, da fehleranfällig Kleinste Verunreinigung zerstört Chip Chip um so teurer, je größer (Wahrscheinlichkeit für Fehler höher) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/42

43 Rechnerinterne Datendarstellung Binärzeichen oder Bit (engl.: binary digit) Jedes der Zeichen aus einem Zeichenvorrat von zwei Zeichen Zur Darstellung der Bits können beliebige Zeichen benutzt werden Wir verwenden die Zeichen 0 (binäre Null) und 1 (binäre Eins) Rechnerintern werden die zwei verschiedenen Zeichen durch Zustände mit unterschiedlicher Stromspannung realisiert WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/43

44 Rechnerinterne Datendarstellung Code Vorschrift für die eindeutige Zuordnung eines Zeichenvorrats zu denjenigen eines anderen Zeichenvorrats Beispiele Morsecode, Notenschrift, Alphabetcodes, Datenträgercodes Codierung / Decodierung Umwandlung von Nachrichten in / von einem Code WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/44

45 Bitdarstellung in einem Halbleiterspeicher WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/45

46 Mit einem Bit lassen sich zwei Zustände darstellen AUS = 0 EIN = 1 WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/46

47 Mit drei Bits lassen sich 2 3= 8 verschiedene Zeichen darstellen Anzahl Bits Bitkombinationen WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/47

48 Organisationseinheiten für die rechnerinterne Darstellung: 1 Byte = 8 Bits Anzahl Bits Bitkombinationen Darstell.- kapazität 2 = 2 2 = 4 2 = 8 2 = 16 2 = 32 2 = = = 256 WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/48 8

49 Buch stabe A B C D... X Y Z Binärcodierung in einem Byte (Großrechnercode EBCDIC) Bitkombinationen Buch staben H a n s e n H WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/49

50 Maßgrößen für Kapazitätswerte 1 Kilobit 1 Kbit = 2 = Bits 1 Megabit 1 Mbit = 2 = Bits 1 Kilobyte 1 KB = 2 = Bytes 1 Megabyte 1 MB = 2 1 Gigabyte 1 GB = = KB = Bytes = MB = Bytes 1 Terabyte 1 TB = 2 = GB = Bytes Aktuelle typische Speicherkapazitäten für PCs: Arbeitsspeicher? MB Magnetplatte? GB Optische Platten (CD-RW/DVD, )? GB WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/50

51 Halbleiterbauelemente Speicherchips Prozessorchips Ein-Chip-Computer Flüchtige Schreib-/ Lesespeicher (RAM) Nichtflüchtige Schreib-/ Lesespeicher (Flash) Nichtflüchtige Nur-Lesespeicher Teilfunktionen eines Prozessors Vollständige Funktionen eines Prozessors Mehrere Prozessorkerne 8-Bit-Mikroprozessor Irreversibler Inhalt (ROM/FROM, PROM) Reversibler Inhalt (EPROM, EEPROM) 16-Bit-Mikroprozessor 32-Bit-Mikroprozessr 64-Bit-Mikroprozessor 128-Bit-Mikroprozessor 256-Bit-Mikroprozessor WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/51

52 Halbleiterbauelemente Arten Standard-, teilkundenspezifische und kundenspezifische Chips Speicher- und Prozessorchips, MCUs Einsatzbereiche Informationstechnik Zentraleinheiten Peripheriegeräte Andere Branchen, z.b. Automobilbranche, Unterhaltungselektronik, Industrieelektronik usw. WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/52

53 Ein-Chip-Computer Vollständige Zentraleinheit (Prozessor und Speicher) auf einem einzigen Chip Einsatz: Als Mikrocontroller zur Überwachung und Steuerung von Prozessen oder Umweltbedingungen Web-Server on a Chip in Chipkarten WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/53

54 Rechnerleistung im engeren Sinn Maßzahl der Geschwindigkeit eines Rechners Durch Benchmarks (Mips, Flops, SPECint2000, SPECfp2000,...) ermittelt Beeinflusst durch die Hardware der Zentraleinheit (Prozessorarchitektur, Befehlsvorrat, Speicherstruktur, Prozessortaktrate, Speicherzugriffszeiten,...) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/54

55 Rechnerleistung im weiteren Sinn Leistung, die im praktischen Einsatz tatsächlich erbracht wird Ermittelt durch Messungen und Anwendungsbenchmarks Beeinflusst durch alle Komponenten (das heißt, durch die Zentraleinheit, die Peripherie, das Betriebssystem und die Anwendungsprogramme) Maßgrößen sind Durchsatz, das heißt die pro Zeiteinheit abgearbeiteten Aufträge Antwortzeit, das heißt die Reaktionszeit des Rechners auf Eingaben des Benutzers im interaktiven Betrieb. WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/55

56 Leistungsfortschritte bei IT-Komponenten p.a. Magnetplattenspeicher Speicherdichte 1.65x 2x Preis/MB 0.5x 0.25x Netzwerk-Bandbreite Backbone 10x Endbenutzer <50kbit/s >1Mbit/s Mikroprozessoren Prozessor- 1.4x 1.3x geschwindigkeit Arbeitsspeicher Bits/Chip 1.59x 1.36x Preis/MB 0.73x 0.35x x (jährlicher Multiplikator) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/56