Grundlagen der EDV. Prof. Dr.-Ing. Klaus-Dieter Thoben Dipl.-Inform. Carl Hans VA EDV/ Informatik Grundlagen

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1 Grundlagen der EDV Prof. Dr.-Ing. Klaus-Dieter Thoben Dipl.-Inform. Carl Hans

2 Administratives (1) Übungstermine: Insgesamt 4 Übungsgruppen Jeweils Donnerstags von 13:00 17:00 im Biba Zwei Gruppen von 13:00 15:00 und zwei weitere von 15:00 17:00 Betreuung erfolgt durch Tutoren Veranstaltungsort sind die Labore IPS1 und IPS2 im Biba Die Kapazität der Räume ist begrenzt, daher müssen sich alle Teilnehmer der VA für eine Übungsgruppe entscheiden Bitte im Anschluss an die heutige Vorlesung die ausgelegten Listen eintragen Bei Bedarf könnte noch eine weitere Übungsgruppe von 17:00 19:00 im Biba eingerichtet werden

3 Administratives (2) Arbeitsgruppen: Bis zur kommenden Woche Donnerstag ( ) Bildung von Arbeitsgruppen mit max. 6 Studenten Ein Sprecher schickt die Namen, Matrikelnummern und -adressen aller Teilnehmer der Arbeitsgruppe an: dik@biba.uni-bremen.de Betreff der Mail sollte lauten: [EDV-Grundlagen WS2006/2007] Arbeitsgruppen Der Sprecher gibt bitte zusätzlich seine - Adresse an Die Arbeitsgruppen werden anschließend auf dem SharePoint-Server eingerichtet Die Gruppenmitglieder bekommen die Zugangsdaten anschließend per Mail

4 Administratives (3) Termine: Vorlesung nächste Woche ( ) durch Prof. Thoben Erste Übung am Ausgabe des ersten Aufgabenblattes. Abgabe jedoch erst zum !

5 Termine und Inhalte Donnerstag, 26. Oktober 2006 Donnerstag, 02. November 2006 Donnerstag, 9. November 2006 Donnerstag, 16. November 2006 Donnerstag, 23. November 2006 Donnerstag, 30. November 2006 Donnerstag, 7.Dezember 2006 Donnerstag, 14. Dezember 2006 Donnerstag, 21. Dezember 2006 Donnerstag, 11. Januar 2007 Donnerstag, 18. Januar 2007 Donnerstag, 25. Januar Einführungsveranstaltung 1. Grundlagen der Programmierung 2. Einführung in den Hamster-Simulator 3. Anweisungen und Programmstruktur 4. Aussagenlogik und Kontrollstrukturen 5. Prozeduren, Funktionen und Parameter 6. Einstieg in die Objektorientierung und Java mit BlueJ 7. Komplexere Datenstrukturen (Arrays, Vektoren, ) 8. Erweiterte Konzepte (Kapselung, Overloading) 9. Variablen und Sichtbarkeiten, statische Elemente 10. Fehlerbehandlung 11. Dateizugriff AB1 AB2 AB3 AB4 AB5 Donnerstag, 01. Februar Musterbeispiele für Prüfung, offene Punkte AB6

6 Grundlagen der Programmierung Warum braucht man überhaupt Programme? Was ist ein Programm? Was ist eine Programmiersprache? Verschiedene Arten von Programmiersprachen Der Übersetzungsprozess Was brauche ich, um ein Programm zu schreiben? Warum der Hamstersimulator? Download und Installation des Hamstersimulators Einführung in den Hamstersimulator Befehle zur Steuerung des Hamsters Erste Programme im Simulator

7 Wozu brauche ich ein Programm? Um dem Computer mitzuteilen, was er zu tun hat, um ein bestimmtes Ziel zu erreichen Der Begriff des des Programms wird dabei in der Regel zweideutig verwendet: Für den Programmcode (Quellcode) Für die ausführbare Datei (das so genannte Executable )

8 Was ist ein Programm? Ein Programm ist eine in einer Programmiersprache formulierte Arbeitsanleitung für den Computer, um damit eine bestimmte Funktionalität (Textverarbeitung, Präsentationen, ) zur Verfügung zustellen Eine Arbeitsanleitung steht für eine Folge von Befehlen Ein Befehl stellt die atomare Einheit von Programmen dar Je nach Programmiersprache gibt es verschiedenste Formen von Befehlen und entsprechender Ausdrücke (Funktionsaufrufe, Zuweisungen, Einführung von Platzhaltern, )

9 Was ist eine Programmiersprache? Eine Programmiersprache ist eine künstlich geschaffene formale Sprache, zur Darstellung von Befehlsfolgen. Sie dient dabei als ein Mittel zur Formulierung von Zielstellungen, die einerseits vom Menschen verstanden werden kann und sich ferner in eine vom Computer ausführbare Form transformieren lässt.

10 Formulierung von Funktionalität Beispiel: Addiere zwei Ganzzahlen und gebe das Ergebnis aus. Quellcode erzeugen Gib je einen Wert für die beiden Operanden ein und zähle sie zusammen. Schreibe das Ergebnis anschließend auf den Bildschirm. a + c b REM Ein Additionsprogramm INPUT Gib Wert 1 ein: ; a INPUT Gib Wert 2 ein: ; b c = a + b PRINT Ergebnis: ; c Übersetzbarkeit? Entscheidbarkeit? Eindeutigkeit? Abstraktionsniveau

11 Wie kann ich ein Programm erstellen? Option 1: Maschinencode direkt schreiben (sehr kompliziert) Option 2: Programmcode in einer Programmiersprache schreiben Von einem Compiler in Maschinencode übersetzen lassen

12 Maschinensprache Direkt ausführbar durch den Prozessor Zahlencode (meist hexadezimal) Sehr maschinennah / maschinenabhängig Beispiel: Berechne Dualzahlen: 0100 (4) und 0101 (5) Prozessorcode für Addition: Codefolge:

13 Programmiersprache Reflektiert Konzepte, wie Variablen, Konstanten, Datentypen usw. Beinhaltet Gestaltungsmittel wie Zuweisungen, Anweisungen, Funktionen, Schleifen usw. Ist prinzipiell anwendungs- und maschinenunabhängig Beispiel: Berechne Einführung einer Variablen: int ergebnis Code: int ergebnis; ergebnis = 4 + 5;

14 Arten von Programmiersprachen (Paradigmen) imperativ funktional deklarativ regelbasiert objektorientiert

15 Imperative Sprachen Anweisungen werden kettenartig zusammengesetzt Anweisungen werden sequentiell abgearbeitet Beispiele: BASIC, C 10 INPUT "Geben Sie bitte Ihren Namen ein"; A$ 20 PRINT "Guten Tag, "; A$

16 Funktionale Sprachen Anweisungen in Form von (mathematischen) Funktionen Beispiel: Haskell

17 Deklarative Sprachen Anweisungen definieren eher was zu tun ist, anstatt wie es zu tun ist Beispiel: SQL SELECT feldname1, feldname2 FROM meinetabelle ORDER BY feldname2, feldname1 DESC;

18 Regelbasierte Sprachen Programm besteht nicht aus Anweisungen, sondern aus Axiomen (Fakten, Annahmen) Rechner leitet Lösung aus den Axiomen her Beispiel: Prolog, XSLT <xsl:template <xsl:copy> <xsl:apply-templates <xsl:apply-templates/> </xsl:copy> </xsl:template>

19 Objektorientierte Sprachen Daten und Befehle werden in Objekte gekapselt, um die Komplexität zu verringern Kombination von imperativen Konzepten mit OO-Methoden Beispiel: Java, C++ public class Person { private String name; private int alter; }

20 Was brauche ich, um ein Programm zu schreiben? Rechner Zur Ausführung der erforderlichen Werkzeuge Editor Zum Schreiben des Programmcodes Compiler Zum Übersetzen des Programmcodes in Maschinencode In der Regel werden leistungsfähige Umgebungen so genannte IDEs zur Programmierung genutzt IDE steht für Integrated Development Environments Unser Hamstersimulator kann als eine solche DIE verstanden werden

21 Übersetzungsprozess

22 Wie funktioniert es bei Java? Javacode wird in sog. Bytecode übersetzt. Anschließend Ausführung des Bytecodes auf einer virtuellen Maschine (VM) Java- Code / Libs javac Übersetzung Byte- Code Ausführung java Garbage Collector Vorteile: Hohe Systemperformance durch optimierte VMs Plattformunabhängigkeit

23 Warum der Hamstersimulator? Spielerisches Erlernen wichtiger Programmierkonzepte Steuerung eines virtuellen Hamsters durch eine virtuelle Landschaft Erlernen imperativer aber auch objektorientierter Sprachkonzepte inkrementelle Erweiterung des "Sprachschatzes" Syntax: an Java angelehnt Vorbilder: LOGO, Karel the Robot "Learning-by-Doing" Viele Übungsaufgaben Der Hamstersimulator ist eine Java-Anwendung

24 Download und Installation Installation erfolgt zweistufig: 1. Hamster Simulator ( Hamster-Simulator und Programmeditor 2. Java Development Kit ( Grundlegende Tools zur Programmierung in Java (für spätere Aufgaben)

25 Installation: Java Development Kit

28 Installation: Hamster-Simulator

29 Installation: Hamster-Simulator

30 Installation Weitere Tipps und Hilfestellungen zur Installation gibt es auf Mögliche Probleme: Hamster-Version muss mit JRE-Version übereinstimmen: D.h. für JRE 1.5 muss eine andere Hamster- Version verwendet werden, als für 1.4

31 Programmstart Start des Hamstersimulators über Doppelklick auf hamstersimulator.bat

32 Hamster-Modell / Hamster-Simulator Komponenten: (Programm) Editor Compiler Landschaftseditor Ausführkomponente Debugger

33 Editor Symbolleiste Programme Programmcode Probieren Sie einmal die zahlreichen Beispielprogramme aus!

34 Editor

35 Simulator Symbolleiste Ausgabefenster Territorium

36 Simulator

37 Hamster-Modell / Grundlagen (1) Symbol Bedeutung Hamster (Blickrichtung ost) Hamster (Blickrichtung süd) Hamster (Blickrichtung west) Hamster (Blickrichtung nord) Kachel mit Mauer Kachel mit Körnern

38 Hamster-Modell / Grundlagen (2) Hamster wird mit Befehlen gesteuert Hamster bewegt sich anschließend innerhalb einer Matrix des Territoriums Es können verschiedene Territorien definiert werden Java-ähnliche Programmiersprache Wahlweise imperativ oder objektorientiert

39 Hamster-Modell / Grundlagen (3) Hamsteraufgabe: Gegeben sei die folgende Landschaft. Der Hamster soll zwei Körner fressen. Landschaft: Lösung: Ein Hamsterprogramm

40 Hamster-Modell / Befehle (1) 4 Grundbefehle: vor(); linksum(); nimm(); gib(); ein Feld nach vorne springen 90 Grad nach links drehen ein Korn von der aktuellen Kachel aufnehmen ein Korn aus dem Maul auf der akt. Kachel ablegen

41 Hamster-Modell / Befehle (2) Laufzeitfehler ( undefinierte Situationen): vor(); nimm(); gib(); und der Hamster steht vor einer Mauer und auf der aktuellen Kachel liegt kein Korn und der Hamster hat kein Korn im Maul Diese Situationen lassen sich über so genannte Ausnahmen lassen sich über Java behandeln. Das lernen wir später

42 Hamster-Modell / Beispiel Hamster-Aufgabe Hamster-Programm void main() { vor(); vor(); nimm(); linksum(); Der Hamster soll zwei Körner fressen. } vor(); vor(); nimm();

43 Vorgehen bei der Hamsterprogrammierung 1. Territorium erzeugen oder laden 2. Hamsterprogramm schreiben oder laden 3. Programm übersetzen ist nur direkt nach der Programmerstellung oder bei Programmänderungen erforderlich 4. Programm ausführen 5. Bei Fehlern Programm ggf. debuggen (schrittweise Ausführung)

44 Debugger Hilfsmittel zur Fehlersuche Ermöglicht Schrittweise Ausführung des Programms