Klausur Informatik. Es sind keinerlei Hilfsmittel (Literatur, Taschenrechner, usw.) zugelassen.

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1 Technische Akademie Esslingen Prof. Dr. V. Stahl Klausur Informatik Name: Punkte: Matrikelnr.: Note: Die Bearbeitungszeit beträgt 90 Minuten. Es sind keinerlei Hilfsmittel (Literatur, Taschenrechner, usw.) zugelassen. Bitte schreiben Sie Ihre Lösungen auf das Aufgabenblatt. Falls Sie aus Platzgründen ein Zusatzblatt benötigen, müssen Sie dies auf dem Aufgabenblatt vermerken und Namen und Matrikelnummer auf das Zusatzblatt schreiben. Insgesamt gibt es 90 Punkte, d.h. pro Punkt steht Ihnen eine Minute zur Verfügung. Halten Sie sich also nicht zu lang mit einer Aufgabe auf, die Sie nicht sofort lösen können. Viel Erfolg! 1

2 1 Zahlensysteme Aufgabe 1. (3 Punkte) Konvertieren Sie die Zahl (29) 10 vom Dezimalsystem ins Dualsystem. Verwenden Sie die Methode der sukzessiven Division mit Rest. Lösung 1. Ergebnis: (11101) : 2 = 14 Rest 1 14 : 2 = 7 Rest 0 7 : 2 = 3 Rest 1 3 : 2 = 1 Rest 1 1 : 2 = 0 Rest 1 Rechenweg mit sukzessiver Division: 2 Punkte, korrektes Ergebnis: 1 Punkt, pro Rechenfehler ein Punkt Abzug. Aufgabe 2. (3 Punkte) Konvertieren Sie die Zahl (10011) 2 vom Dualsystem ins Dezimalsystem. Verwenden Sie das Horner Schema. Lösung 2. Ergebnis: (19) = = = = 19. Horner Schema: 2 Punkte, korrektes Ergebnis: 1 Punkt, pro Rechenfehler ein Punkt Abzug. Aufgabe 3. (3 Punkte) Konvertieren Sie die Zahl (324D) 16 vom Hexadezimalsystem ins Oktalsystem. Lösung 3. Ergebnis: (31115) D Abzug. Korrektes Ergebnis: 3 Punkte, pro Rechenfehler ein Punkt 2

3 2 Codierung Aufgabe 4. (3 Punkte) Wie viele unterschiedliche Symbole können mit 64 Bit ungefähr codiert werden? Lösung 4. weniger als zwischen und zwischen und zwischen und zwischen und mehr als 10 38? d.h. zwischen und = = 16 (2 10 ) 6 16 (10 3 ) 6 = , Richtige Antwort: 3 Punkte, Rechenweg ist irrelevant. Aufgabe 5. (10 Punkte) Gegeben ist ein Text aus 100 Zeichen, der nur aus den Symbolen A,B,C,D und E besteht. Die einzelnen Symbole kommen dabei mit folgenden Häufigkeiten vor: Lösung 5. Symbol A B C D E Häufigkeit Bestimmen Sie eine Huffman-Codierung, um diesen Text mit möglichst wenigen Bit zu codieren. Wie würde sich die Codierung ändern, wenn noch ein weiteres Zeichen F mit Häufigkeit 150 hinzukäme? Hinweis: F kommt häufiger vor als alle anderen Zeichen zusammen. Symbol A B C D E Häufigkeit Symbol BE A C D Häufigkeit

4 Symbol ABE C D Häufigkeit Symbol ABE CD Häufigkeit ABE BE CD B E A C D Symbol A B C D E Häufigkeit Code Würde noch ein Symbol F mit Häufigkeit 150 dazukommen, wäre die Codierung wie folgt: Symbol A B C D E F Häufigkeit Code Tabellen mit Häufigkeiten: 3 Punkte, Baum: 2 Punkte, Codierungstabelle: 2 Punkte, Berechnung der erweiterten Codierung: 3 Punkte, pro Rechenfehler ein Punkt Abzug. Aufgabe 6. (4 Punkte) In welchen der folgenden Szenarien entstehen Fehler? Geben Sie in beiden Fällen eine kurze Begründung (je 1-2 Sätze). Lösung 6. Ein UTF-8 codiertes Textdokument wird mit einem Editor gelesen, der ASCII Codierung verwendet. Ein ASCII codiertes Textdokument wird mit einem Editor gelesen, der UTF-8 Codierung verwendet. Es entstehen Fehler wenn ein Unicode Zeichen gelesen wird, dessen UTF-8 Code aus mehr als einem Byte besteht, da der ASCII Editor jedes Byte als separates Zeichen interpretiert. Kein Problem, da UTF-8 rückwärtskompatibel zu ASCII ist. Für jedes der 128 ASCII Symbole ist der ASCII Code der Selbe wie der UTF-8 Code. 4

5 Korrekte Antwort je 1 Punkt, Begründung je 1 Punkte Aufgabe 7. (2 Punkte) Nennen Sie ein Pixelgrafik-Format, das verlustbehaftete Kompression unterstützt. Lösung 7. Zum Beispiel Jpeg. Aufgabe 8. (3 Punkte) Erklären Sie kurz weshalb beim Bildschirm Farben aus Rot, Grün und Blau zusammengemischt werden während der Drucker Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz verwendet (3-4 Sätze). Lösung 8. Der Bildschirm ist eine Lichtquelle, d.h. es kommt zu additiver Farbmischung. Tinte auf Papier kann nur Licht absorbieren bzw. selektiv reflektieren. Daher liegt subtraktive Farmischung vor. Jede der drei RGB Farben ist für die Aktivierung eines Stäbchen Typs im Auge verantwortlich. Entsprechend führt jede der drei CMY Farben zur Reiz- Unterdrückung des jeweiligen Stäbchen Typs. Die schwarze Tinte wird einerseits aus Kostengründen verwendet und andererseits weil die Mischung von CMY aus technischen Gründen keinen idealen Schwarz Ton erzeugt. Additive/subtraktive Farbmischung bei Lichtquellen/Stoffen: 2 Punkte, Begründung der zusätzlichen Farbe Schwarz: 1 Punkt 3 Kryptographie Aufgabe 9. (2 Punkte) Person A verwendet ein public key Verfahren um B eine geheime, verschlüsselte Nachricht zu schicken. Welchen Schlüssel muss B zum Entschlüsseln benutzen? Den privaten Schlüssel von B Den öffentlichen Schlüssel von B Den privaten Schlüssel von A. Den öffentlichen Schlüssel von A. Einen zufällig gewählten Schlüssel. Lösung 9. Den privaten Schlüssel von B. Aufgabe 10. (3 Punkte) Welchem Zweck dienen digitale Signaturen? (2 Sätze). Lösung 10. Wenn eine Person ein Dokument digital signiert, ist später für jeden nachweisbar, dass der Person genau dieses Dokument vorgelegen hat. Eine digitale Signatur dient somit dem gleichen Zweck wie eine Unterschrift. Ein Anwendungsbeispiel sind Zertifikate. Aufgabe 11. (2 Punkte) Sie möchten ein Dokument digital signieren. Welchen Schlüssel müssen Sie hierfür verwenden? 5

6 Ihren private key. Ihren public key. Einen anderen Schlüssel. Einen zufällig gewählten Schlüssel. Eine Kombination aus ihrem private und public key. Lösung 11. Man muss seinen private key verwenden. 4 Rechnernetze Aufgabe 12. (4 Punkte) Nennen Sie die vier Schichten des TCP/IP Modells und nennen Sie zu jeder Schicht ein Protokoll. Lösung 12. Anwendungs-Schicht: HTTP, SMTP Transport-Schicht: TCP, UDP Internet-Schicht: IP, ICMP Netzzugangs-Schicht: Ethernet Für jede Schicht 1/2 Punkt, für jedes richtig zugeordnete Protokoll 1/2 Punkt. Aufgabe 13. (4 Punkte) Erklären Sie kurz zwei wichtige Aufgaben der Transport- Schicht im TCP/IP Modell (jeweils 1 Satz). Lösung 13. Herstellung einer zuverlässigen Verbindung durch Quittierung (TCP). Zustellung von Nachrichten an Prozesse über Ports. Jede Aufgabe 2 Punkte. Aufgabe 14. (4 Punkte) Was versteht man bei Ethernet unter einer Kollision? Wie kann die Anzahl Kollisionen in einem Rechnernetz verringert werden? (Jeweils 1-2 Sätze.) Lösung 14. In einem Netz kann aus physikalischen Gründen immer nur ein Rechner Daten senden. Wenn zwei Rechner gleichzeitig Daten senden wollen, entsteht eine Kollision und der Vorgang muss abgebrochen werden. Die Anzahl Kollisionen kann reduziert werden in dem das Netz in Segmente aufgeteilt wird, die über einen Switch verbunden werden. Erklärung des Begriffs Kollision: 2 Punkte. Aufspaltung in Segmente: 1 Punkt, Einsatz von Switch oder Bridge: 1 Punkt. 6

7 5 HTML / XML Aufgabe 15. (6 Punkte) Nennen Sie drei HTML Tags und beschreiben Sie kurz wie diese im Browser dargestellt werden. Lösung 15. h1: Überschrift ul: Liste ohne Numerierung p: Absatz Pro Tag 1 Punkt, pro korrekte Beschreibung 1 Punkt. Aufgabe 16. (2 Punkte) Nennen Sie einen wichtigen Unterschied zwischen HTML und XML (1 Satz). Lösung 16. HTML Tags sind vordefiniert und haben eine festgelegte Darstellung im Browser. XML Tags können willkürlich vergeben werden und haben kein vordefiniertes Layout. Auch andere Antworten geben volle Puktzahl, z.b. Übersetzung mit XSLT, XML ist im Gegensatz zu HTML eine Meta Sprache, usw. 6 Datenbanken Aufgabe 17. (4 Punkte) Jede Hochschule kennzeichnet ihre Studenten durch eine eindeutige Matrikelnummer. Nun kann es aber durchaus passieren, dass zwei Hochschulen die selben Matrikelnummern vergeben, d.h. ein Student an der FHT Esslingen kann die selbe Matrikelnummer haben wie ein anderer Student an der FH Heilbronn. Das Deutsche Studentenwerk möchte nun eine Datenbank aufsetzen, in der die Namen alle Studenten an Deutschen Hochschulen abgelegt sind. Eine Tabelle könnte wie folgt aussehen: Name Hochschule Matrikelnummer Hans Lang FH Heilbronn Dieter Maier FH Heilbronn Silke Hinz FHT Esslingen Bestimmen Sie einen Schlüssel für diese Tabelle. 7

8 Lösung 17. Zusammengesetzter Schlüssel (Hochschule,Matrikelnummer). Alternativ kann man auch eine hochschulweite, eindeutige Nummer vergeben, die als zusätzliches Attribut in die Tabelle aufgenommen werden muss und als Schlüssel verwendet werden kann. Aufgabe 18. (14 Punkte) Zusätzlich zur Liste aller Studenten möchte das Studentenwerk auch noch die Anzahl Studenten an jeder Hochschule speichern. Naheliegenderweise wird die bereits vorhandene Tabelle einfach noch um eine Spalte StudZahl ergänzt: Lösung 18. Name Hochschule Matrikelnummer StudZahl Hans Lang FH Heilbronn Dieter Maier FH Heilbronn Silke Hinz FHT Esslingen An welcher Stelle werden in diesem Schema Daten redundant gespeichert? Erklären Sie in welcher Situation dies im laufenden Betrieb der Datenbank Probleme bereiten könnte. Entwickeln Sie ein Datenbankschema, in dem man die selben Informationen ablegen kann und das alle in der Vorlesung vorgestellten Normalformen (d.h. erste, zweite und Boyce-Codd Normalform) erfüllt. Geben Sie auch an, welche Attribute in Ihrem neuen Schema Primärbzw. Fremdschlüssel sind. Die Anzahl der Studenten an einer Hochschule wird redundant gespeichert. Im genannten Beispiel wird in zwei Zeilen gespeichert, dass Heilbronn 7135 Studenten hat. 2 Punkte. Wenn sich die Zahl der Studenten an einer Hochschule ändert, müssen sehr viele Zeilen in der Datenbank geändert werden. Wenn man dabei eine Zeile vergisst, entstehen inkonsistente Daten. 2 Punkte. Die Tabelle muss aufgespalten werden: Name Hochschule Matrikelnummer Hans Lang FH Heilbronn Dieter Maier FH Heilbronn Silke Hinz FHT Esslingen

9 Hochschule StudZahl FH Heilbronn 7135 FHT Esslingen Je 3 Punkte pro Tabelle. In der ersten Tabelle ist Hochschule und Matrikelnummer zusammengesetzer Primärschlüssel, in der zweiten ist Hochschule Primärschlüssel. Weiterhin ist in der ersten Tabelle Hochschule Fremdschlüssel für die zweite Tabelle. Primärschlüssel je 1 Punkt, Fremdschlüssel 2 Punkte. Aufgabe 19. (6 Punkte) In einer Datenbank soll für jedes Land gespeichert werden, zu welchem Kontinent es gehört. Dabei ist festgelegt, dass jedes Land zu genau einem Kontinent gehört. Weiterhin gehört zu jedem Kontinent mindestens ein Land. Stellen Sie diesen Sachverhalt in einem Entity-Relationship-Modell dar. Verwenden Sie für die darin auftretenden Kardinalitäten die Min-Max-Notation. Lösung 19. Land 1.. GehoertZu 1..1 Kontinent Namen der Entitäten: 1 Punkt, Name der Relation: 1 Punkt, Symbol für Entität: 1 Punkt, Symbol für Relation: 1 Punkt, pro Kardinalitätsbedingung je 1 Punkt. Aufgabe 20. (8 Punkte) Gegeben seien folgende Tabellen: Land Name Deutschland England China Hauptstadt Berlin London Peking GehoertZu Land Deutschland England China Kontinent Name Flaeche Asien 44.4 Afrika 30.3 Europa 10.2 Kontinent Europa Europa Asien Geben Sie die Ausgabetabellen folgender SQL Abfragen an: 9

10 SELECT Land FROM GehoertZu WHERE Kontinent = Europa ; Deutschland England 2 Punkte, jeder Fehler gibt einen Punkt Abzug. SELECT Haupstadt FROM Land,GehoertZu WHERE Land.Name = GehoertZu.Land AND GehoertZu.Kontinent = Europa ; Berlin London 2 Punkte, jeder Fehler gibt einen Punkt Abzug. SELECT Hauptstadt,Flaeche FROM Land,GehoertZu,Kontinent WHERE Land.Name = GehoertZu.Land AND GehoertZu.Kontinent = Kontinent.Name; Berlin 10.2 London 10.2 Peking Punkte, jeder Fehler gibt einen Punkt Abzug. SELECT COUNT(Land) FROM GehoertZu WHERE Kontinent = "Europa"; COUNT(Land) 2 2 Punkte, jeder Fehler gibt einen Punkt Abzug. 10