Begriffe der Informatik Darstellung der Daten Algorithmus Programmiersprachen Elemente der C Programmiersprache Objektorientierte Programmierung

Transkript

1 Einführung Begriffe der Informatik Darstellung der Daten Algorithmus Programmiersprachen Elemente der C Programmiersprache Objektorientierte Programmierung Inhalt 1

2 Einführung Einführung Computerarchitektur 1 Theoretische Informatik Computerarchitektur 2 Computerarchitektur 3 Datenstrukturen Algorithmen Betriebssysteme UNIX Computerneztwerke 1 Computerneztwerke 2 Datenbanken Computergraphic 1 Computergraphic 2 Inhalt 2

3 Begriffe der Informatik Information: Wissen, Teilmenge von Wissen, durch Intepretieren Daten: Angaben, Darstellungen über Sachen, Vorgängen,... Kommunikation: kodierte Information wird vom Sender zum Empfänge geschickt Kleinste Informationseinheit ist das Bit (binary digit). (Die Antwort auf eine Entscheidungsfrage liefert genau 1 Bit Information). Es ist auch die räumliche Masseinheit des Computertechnik. Byte: 8 Bit Wort: historisch von 1 Bit bis 64 Bit Masseinheiten der Informatik: 1 Byte = 8 Bit 1 KByte = 1024 Byte 1 MByte = 1024 KByte 1 GByte = 1024 MByte 1 TByte = 1024 GByte 3

4 Von-Neumann-Architektur Der Von-Neumann Rechner hat folgende Komponente: Eingabe-/Ausgabewerk, ALU (Arithmetic Logic Unit) Rechenwerk, Control Unit Steuerwerk, Memory Speicherwerk Prinzipien des Programmablauf: Befehle sind im Speicherwerk (im linearen Adressraum) gespeichert Der Programmzähler, zeigt auf den nächsten auszuführenden Befehl Befehle können im Speicher geändert werden. Speicher Steuerwerk ALU Ein-/Ausgabe Sequentielle Programm-Ausführung: Befehle werden aus dem Speicher gelesen Der Programmzähler wird erhöht, es gibt Sprung und Verzweigung-Befehle 4

5 Zahlendarstellung Binäre und Hexadezimale Zahlensysteme (beide sind Stellenwertsysteme): Decimal Binär Hexadezimal A A FF 5

6 Vorzeichen-Betrag Darstellung Binärwert Einerkomplement (Decimal) vozeihenlose

7 Einerkomplement Binarwert Einerkomplement (Decimal) vozeihenlose

8 Zweierkomplement Binarwert Zweierkomplement (Decimal) vozeihenlose

9 Gleitkommazahlen IEEE 754 definiert eine Norm für Gleitkomma-Dezimalzahlen. f = s M B E 6*2 127 Vorzeichen Basis Mantissa Exponente (Charakteristik) 1 Bit 23 Bit 8 Bit Wäre nutzbar? 9

10 Gleitkommazahlen IEEE 754 definiert eine Norm für Gleitkomma-Dezimalzahlen. f = s M B E *2 127 = 11 2 *2 128 = 1,1 2 *2 129 = 0,11 2 *2 130 Vorzeichen Basis Mantissa Exponente (Charakteristik) 1 Bit 23 Bit 8 Bit (1)

11 Darstellung von Zeichen und Zeichenketten ASCII - American Standard Code for Information Interchange: Darstellung auf 7 Bits: 32 Steuerzeichen (00 = NULL) 32 Schriftzeichen und Ziffern (0x31 = '1') 32 grosse Buchstaben und Sonderzeichen (0x41 = 'A') 32 kleine Buchstaben und Sonderzeichen (0x61 = 'a') Unicode, UCS - Universal Character Set ISO/IEC UCS-4, UTF-32 Kodierung UCS-2, UTF-16 Kodierung UTF-8 Kodierung (de Facto Standard für das Internet) String Zeichenkette alma\n Oder Längeangabe 11

12 Schriftdarstellung Vektorfont CDR SVG Bitmap-Schrift BMP JPG Outline-font 12 True Type Postscript OpenType

13 Begerenzungsflächemodell Eckpunkte 8 7 ID x-koordinat y-koordinat z-koordinat Nächste Kanten Facetten ID Kante Startpunkt Endpunkt Nächste L L ID Facette 3 Határélek L3 Nächste // keine 1 4 F1 L41,2,3, Boundary Representation 2 5 F2 L5 9,10,11, ID Facette Kante nx ny nz Nächste 3 6 F3 L64,5,8, F1 1,2,3, F4 L7 8,9,10, F2 9,10,11, F5 L82,6,7, F3 4,5,8, F6 L9 3,7, 8, // nincs F4 8,9,10, L F5 2,6,7, L F6 3,7, 8,11 0 // keine 12 L // nincs

14 CSG (Constructed Solid Geometry) Name X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2 T Name X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2 T Name C1 Beschreibung T1 T2 \ Name X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2 R H Name C2 Beschreibung C1\H1 14

15 Computer Integrated Manufacturing CAD ADATOK DATEN CAQ CAPP CAP CAM CAE Computer Aided Design Computer Aided Manufacturing Computer Aided Engineering Computer Aided Processing Computer Aided Process Planning Computer Aided Quality Control 15 15

16 Algoritmus Der Satz von Böhm-Jacopini: sie Beinhalten nur folgende Konstrukten. Sequenze: eine lineare Abfolge der Befehle Verzweigung: Sprung aufgrund eines Booleschen Ausdrucks p r f Schleife, Iteration: Ausführung eines Unterprogramms solange ein Boolescher Ausdruck wahr ist r r p f 16 p f

17 Generationen der Programmiersprachen 1GL: Maschinensprache 2GL: Assemblersprache 3GL: Prozedurale Sprachen FORTRAN, PASCAL, C 4GL: problemorientierte funktionale Programmiersprachen : LISP (LISt Processing, Haskell), logische Programmiersprachen: PROLOG (PROgraming LOGics), Datenbanken: SQL, Objektorientierte Sprachen: C++, JAVA. C#, HTML Komponenten basierte Entwicklung Desig Patterns SOAP Open Source 17

18 Grundelemente der C Sprache Variablen Deklaration, Definition Funktionen Deklaration Definition Argumente, Argumentübergabe Zeichenketten, Zeichenvektoren Lokale, globale Variablen, Heap Zeiger (pointer) 18

19 Grundelemente der C Sprache Variablen Ganzzahlen: short, ushort 2 Byte int, uint 4 Byte long, ulong 2, 0x2, 8 Byte Gleitkommazahlen: float 4 Byte double 1.3, 2.1e6 8 Byte Zeichen: char A, \n, \t 1 Bytes Aufzählung: enum enum Zahl {Ein, Zwei, Drei //0,1,2 19

20 Streuerelemente Sequenze int i = 3; int j = 4; int k = i + j; i Verzweigung Iteration if (i > j) { k = i - j; else { k = j - i; i = 0; k = 0; while (i < 10) { k += i++; p h p i/h h/i 20

21 Funktionsdefinition Funktionstyp Funktionsname (Parameterdeklarationen) { // Funktionsrumpf Vereinbarungen und Anweisungen Funktion ([param1, param2, ]); i = Funktion([param1, param2, ]); int main () { Funktiondefinitionen sind global. Parameterübergabe lokale Variablen, automatische Variablen 21

22 Objektorientierte Programmierung Objekt: Bausteine des Programms, realisiert auf die folgenden Paradigmen: Klasse: Attribute (Eigenschaften) definieren die Datenstrukturen des Objektes Methode definiert das Verhalten des Objektes Datenkapselung: Verbergen von Implementierungsdetails Polymorphie: ein Bezeichner kann, abhängig von seiner Verwendung, unterschiedliche Datentypen anzunehmen. Vererbung: eine abgeleitete Klasse besitzt die Methoden und Attribute der Basisklasse 22

23 C++ class Fläche { // die Klasse // Attribute private: double kx; // die X Koordinate des Mittelpunkt double ky; // die Y Koordinate des Mittelpunkt // Private, nicht öffentliche Attribute // Methode public: Fläche() { // Konstruktor kx = 0; // Attribute ky = 0; // Attribute // Zugriff auf die Daten double get_ox() { // Lesen kx return kx; void set_ox(double value){ // Setzen kx kx=value; 23

24 double get_oy() { // Lesen oy return ky; void set_oy(double value) { // Schreiben oy ky=value; // Kapselung: private, public, protected // Polimorphie // virtuelle Funktionen, dynamische Bindung virtual double Umkreis() { // Umkreisberechnung return 0; virtual double Flache() { // Féächenberechnung return 0; ; // Klasse Fläche 24

25 class Fläche { private: double kx; double ky; public: Fläche() { // Konstruktor kx = 0; ky = 0; double get_ox() { return kx; void set_ox(double value){ kx=value; double get_oy() { return ky; void set_oy(double value) { ky=value; virtual double Umkreis() { return 0; virtual double Flache() { return 0; ; 25

26 // Kreisfläche C++ class Kreisfläche : public Fläche { // Kreisfläche abgeleitete Klasse von Fläche private: double r; // Radius public: double get_radius() { // Lesen return r; void set_radius (double value) { // Setzen r = value; // dynamische Bindung double Umfang() { // Umfang der Kreisfläche return 2*r*PI; double Flächeinhalt() { // Grösse der Kreisfläche return PI*r*r; ; ; // 26

27 // Rechteck C++ class Recheck : public Fläche { private: double a; double b; public: double get_a_seite() { // Seite a lesen return a; void set_a_seite(double value) { // Seite a setzen a = value; double get_b_seite() { return b; void set_b_seite(double value) { b = value; double Umfang() { return 2 * (a + b); double Flächeinhalt() { return a*b; ; 27

28 Kreisfläche k = new Kreisfläche(); double x; k.set_ox(10); k.set_oy(10); printf("radius der Kreisfläche="); scanf("%lf",&x); k.set_radius(x); printf("umfang der Kreisfläche=%f",k.Umfang()); printf("flacheinhalt der Kreisfläche=%f",k.Flächeinhalt()); Rechteck t = Rechteck(); t.set_ox(0); t.set_oy(0); printf("seite a ="); scanf("%lf",&x); t.set_a_seite(x); printf("seite b ="); t.set_b_oldal(x); printf("umfang des Rechteckes =%f", t.umfang()); printf("flächeinhalt des Rechteckes=%0", t.flächeinhalt()); 28