1. Digitale Medien. 2. Webtechnologien. 3. Web 2.0, Semantic Web. 4. Wissensmanagement. 1. Methoden des Wissensmanagements 2.

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1 Überblick GRUNDKURS INFORMATIK 1 EINFÜHRUNG 1. Informatik Grundlagen: Informationsdarstellung, Information und Daten, Algorithmen, Problemlösung. 1. Digitale Medien 2. Webtechnologien 3. Web 2.0, Semantic Web 4. Wissensmanagement 1. Methoden des Wissensmanagements 2. Software 5. Wissensrepräsentation 1. XML, HTML, Ontologien, Topic Maps, Knowledge Maps 6. Datenbanken 7. Content- und Lernmanagement Marcel Götze Organisatorisches Marcel Götze Dekanat FGSE marcel.goetze@ovgu.de Büro: Gebäude 40/Raum 004 Tel.: (0391) Fax: (0391) Abschluss Vorraussetzung für Abschluss 4CP Regelmäßige Teilnahme (2/3) Lösen der Übungsaufgaben (2/3) Übungen/Tutorien sind freiwillig Bestehen eines MC-Tests am Ende des WiSe Tutorien/Übung Mittwoch Uhr Raum 324, Gebäude 40 Übungen im Netz, ca. eine Woche vorher e2010/grundkurs_informatik/home Wiki Wiki ist zum Mitmachen gedacht Kommunikationsplattform über die Lehre Austausch über Themen, Literatur Diskussion Terminankündigungen, -absprachen, etc. Rückmeldungen über die Lehre, Themen, Probleme, Zusammenarbeit an einem Problem Erarbeiten und Klären von Fragen Wikis machen Spaß! 1

2 Informatik Kunstwort aus den 60ern Informatik = Information + Technik oder Informatik = Information + Mathematik beabsichtigt: Gegensatz zur amerikanischen Computer Science: nicht nur auf Computer beschränkt Theoretische / Praktische / Angewandte / Technische Informatik; Bindestrich-Informatiken Informatik hat zentral zu tun mit systematischer Verarbeitung von Informationen Maschinen, die diese Verarbeitung automatisch leisten (=Computer) Informatik Algorithmische Verarbeitung von Information Methoden Werkzeuge Anwendungen Computertechnik Entwurf von Algorithmen Theorie der Algorithmen Anwendungen Informatik Technische Informatik: Erforschung, Entwurf und Untersuchung von Computersystemen Praktische Informatik: Effiziente Algorithmen, komplexe Probleme Theoretische Informatik: theoretische Grundlagen der algorithmischen Informationsverarbeitung. Angewandte Informatik: Anwendungen von Wirtschaft bis Mathematik 10 Geschichte I Rechenmaschinen Adam Riese, , Buch über Rechenarten mit dezimalen Zahlen John Napier, , Logarithmen (Multiplikation durch Addition) 1617, Rechenstäbe zur Multiplikation Wilhelm Schickard, , Maschine für alle vier Grundrechenarten Blaise Pascal, , Additionsmaschine für sechsstellige Zahlen Gottfried Wilhelm Leibnitz, , Maschine für alle vier Grundrechenarten, Dualsystem 11 Geschichte II Algorithmen Rechenvorschriften existieren seit über 2000 Jahren (z.b. ggt, ca. 300 v.chr.) Programmsteuerung Automatenbauer (seit 14. Jh.) Ada Lovelace , Charles Babbage, Softwaretheorie, Lochkarten als Programmspeicher, Zahnradtechnik Herman Hollerith, Lochkarten als Datenspeicher, elektromechanische Auswertung (Volkszählung, 1890) 12 Geschichte III Z3, Konrad Zuse 1941, erster betriebsfähiger, programmgesteuerter, mit 2500 Relais (Schaltungen) ausgestatteter Rechner Erster Rechner mit Binärsystem 1943 bei Bombenangriff zerstört 2

3 13 Geschichte IV 14 Geschichte V Colossus, Alan Turing 1943, Rechenmaschine zur Dechiffrierung verschlüsselter deutscher Funksprüche ENIAC, Eckert & Mauchly 1946, erster amerikanischer elektronischer Rechner (18000 Röhren) Der ENIAC konnte addieren, subtrahieren, multiplizieren, dividieren und Quadratwurzeln ziehen. Mathematicians/Eckert_John.html Eine Addition/Subtraktion brauchte 0,2 Millisekunden, eine Multiplikation bis zu 2,8 ms, eine Division bis zu 24 ms und eine Quadratwurzel mehr als 300 ms Geschichte VI Anwendung (ca ): Rechenmaschine für numerische Operationen Militärische Problemstellungen (Flugbahnberechnungen, Entschlüsselung, ) Jh John von Neumann ( ) 1957) Architektur für programmierbaren Rechner Entwicklung des ersten Rechners mit gespeichertem Programm (EDSAC) (programmiert in Binärcode!) 16 Geschichte VII Groß rechner 1953, IBM 701, erste EDV von IBM (Nachfolger hat 1958 den ersten FORTRAN Compiler) 1960, DEC PDP-1, erster Computer mit Bildschirm 1964, IBM 360, erster Computer mit integrierten Schaltkreisen 1970/71, VM 370, erster IBM Computer mit interaktivem time-sharing und Betriebssystem für virtuellem Speicher 17 Geschichte VIII 18 Geschichte IX historiqueweb.html Intel 4004 Ted Hoff et al. 1971, erster Mikroprozessor 4-bit-Prozessor, 60 khz (Pioneer I + II Sonden) Apple II 1977, erster erfolgreicher PC (neben Commodore), 16-bit- Prozessor, 16 kb PM-Magazin, 12/1985 (von: 3

4 19 Geschichte X Erste Programmiersprachen Assembler, um 1952 FORTRAN (FORmula TRANslator), 1953/4 COBOL (Common Business Oriented Language, 1960 Wichtige Entwicklungen PASCAL, strukturierte Programmierung SIMULA67, erste objektorientierte Programmiersprache C, erste höhere Programmiersprache zur Programmierung von Betriebssystemen C++, objektorientierte Sprache, abwärtskompatibel zu C JAVA, plattformunabhängige, objektorientierte Programmiersprache Programmieren Programmieren bedeutet Problemlösen Probleme formulieren Probleme in Teilprobleme unterteilen Lösungen suchen In einer Programmiersprache umsetzen Programm Programmiersprachen Folge von Anweisungen Grundlegende Funktionen in jeder Programmiersprache: Ein und Ausgabe Berechnungen Bedingte Ausführung Wiederholung Allgemein vertraut: natürliche Sprachen nicht von Menschen geschaffen Formale Sprachen: von Menschen entworfen Beispiele: Mathematik, Chemie, Programmiersprachen Gemeinsamkeiten: Regeln, Syntax, Semantik Unterschiede: Mehrdeutigkeit, Redundanz, Bedeutung Informationen und Daten Informationen und Daten 23 Informationstechnologie hat zentral zu tun mit systematischer Verarbeitung von Informationen Um Informationen verarbeiten zu können, müssen sie geeignet repräsentiert werden: Daten. Daten sind also eine Repräsentation von Informationen. Semantische Komponente, Syntaktische Komponente, trägt bestimmte Bedeutung per se bedeutungslos Repräsentation Informationen Daten Abstraktion 24 Information: Gehalt einer Nachricht, die aus Zeichen eines Kodes zusammengesetzt ist. Duden Fremdwörterbuch Information: Information ist ein Unterschied, der einen Unterschied macht. Gregory Bateson Daten werden zu Informationen durch Interpretation durch den Menschen Daten können (entsprechend aufbereitet) maschinell verarbeitet werden Datenverarbeitung beinhaltet: Umformen (Rechnen, Zählen, Übersetzen,...) Transportieren Speichern Ein-/Ausgabe Verarbeitung 4

5 25 Informationsdarstellung Übersicht Logische Werte (wahr/falsch) Einzelzeichen (Buchstaben, Ziffern, Steuerzeichen,...) Texte (Folgen aus Einzelzeichen) Zahlen (natürliche, ganze, reelle Zahlen) Programme (Maschinenanweisungen) Bilder Töne Bits kleinste mögliche Informationseinheit Wortschöpfung aus binary und digit zwei Zustände ja / nein wahr / falsch hell / dunkel Männlein / Weiblein links / rechts technisch einfache Realisierung möglich geladen / ungeladen Strom fließt / Strom fließt nicht 5V Spannung / 0V Spannung magnetisiert / nicht magnetisiert ultimativ: 1 oder 0 Bytes Kodierung 27 komplexe Informationen werden durch Folgen von Bits dargestellt Die kleinste adressierbare Speichereinheit im Rechner ist das Byte (engl.: byte; Kunstwort, ausgesprochen: Bait) Folge von acht Bits können gemeinsam in einem Rechner verarbeitet werden 28 Informationen müssen in Folgen von Nullen und Einsen (Bits) umgewandelt werden allgemeiner Begriff Kodierung: Übertragung von Symbolen in einer Darstellung in eine andere Darstellung Kodierung: hier - Festlegung der Abbildungsvorschrift zwischen Informationen und Bitfolgen Darstellung: Zahlen Zahlensysteme 29 Zahlen werden nicht als Texte (aus den Zeichen ihrer Ziffern) dargestellt sondern: Kodierung der Zahlenwerte in Bitfolgen im folgenden: Zahlensysteme Zahlendarstellung im Binärsystem 30 Was macht ein Zahlensystem aus? Künstlich geschaffenes System eindeutige Abbildung Objekt/Symbol Element einer Menge Symbole in Beziehung setzten Rechnen Sollte möglichst allgemein verständlich sein Konkrete Zahlzeichen Gegenstände aller Art Kerben in Knochen oder Holz Geknotete Schnüre Gesten mit Fingern, Zehen und anderen Körperteilen spezielle Schriftzeichen 5

6 Positions- oder Stellenwertsysteme 32 heute gebräuchlichste Art der Zahlensysteme kompakte Darstellung beliebig großer Zahlen mit wenigen Symbolen (Ziffern oder Zahlzeichen) Anzahl der Symbole: Basis des Zahlensystems Beispiele: Binärsystem: {0,1} Oktalsystem: {0,1,2,3,4,5,6,7} Dezimalsystem: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} Hexadezimalsystem: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F} allgemeine Darstellung: Basis des Zahlensystems: B Ziffer: a i {0, 1, 2,, B-1} Zahl: <a 0, a 1, a 2,, a n> geschrieben: a n a n-1 a 2 a 1 a 0 Wert: a 0 *B 0 + a 1 *B a n *B n = a i *B i 34 Dezimalsystem heute meist verwendetes System Basis: 10 Ziffern: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} Beispiel: 4361 = 4* * * *10 0 = 4* * *10 + 1*1 = Dual- oder Binärsystem Basis für Computer Basis: 2 Ziffern: {0,1} Beispiel: = 1* * * * *2 0 = 1*16 + 0*8 + 0*4 + 1*2 + 1*1 = = 19 6