1 Computersysteme und Informatik

Transkript

1 1 Computersysteme und Informatik 1.1 Motivation Private Nutzung von Computersystemen: aktuell: 60% (U.S.A.) Internet: 40%, schnell wachsend Nutzung von Computersysteme im Beruf: 2/3 aller Jobs Informatik & Wirtschaft: Umsatz: mehrere 100 Milliarden pro Jahr Grundlagen- und Querschnittsdisziplin (Wissenschaft, Technik, Wirtschaft) Integraler Produktbestandteil: Software Informatik & Gesellschaft: Information, Information - Highways Praktische Informatik 1 1 Prof. Dr. C. Schnörr

2 Aufbau und Komponenten eines Computersystems: Praktische Informatik 1 2 Prof. Dr. C. Schnörr

3 1.2 Aufbau und Funktionsweise eines Computersystems Computer sind technische Geräte, die umfangreiche Informationen mit hoher Zuverlässigkeit und grosser Geschwindigkeit automatisch verarbeiten und aufbewahren können.... sind keine Automaten, sondern die Arbeitsvorschrift kann vorgegeben werden: Algorithmus Algorithmen werden mit einem präzisen Formalismus beschrieben, damit Computer sie ausführen können: Programm Die Hauptkomponenten Computersysteme: Technisches Gerät & Programme zur Steuerung Hardware & Software Hohe Speicherungsfähigkeit, Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit Praktische Informatik 1 3 Prof. Dr. C. Schnörr

4 Beispiel: Einsatz von Computersystemen in der industriellen Bildverarbeitung: Praktische Informatik 1 4 Prof. Dr. C. Schnörr

5 Software: Programme & Daten & Dokumentation Systemsoftware: betreibt die Hardware; Betriebssystem (Compiler, Treiber,...) Anwendungssoftware: Software für Anwendungen (Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, Graphik, Bildverarbeitung,...) Computersystem: Hardware & Systemsoftware & Anwendungssoftware Praktische Informatik 1 5 Prof. Dr. C. Schnörr

6 1.2.2 Die Zentraleinheit Arbeitsspeicher (RAM = random access memory): Speicherung (flüchtig) von Programmen und Daten Jede Speicherzelle hat einen Namen (Adresse) Speicherkapazität: Datenmenge, die ein Speicher aufnehmen kann Einheit Byte = 8 Binärzeichen (Bit = binary digit) 1 KB = 1 Kilo-Byte = 2^10 Bytes = 1024 Bytes 1 MB = 1 Mega-Byte = 2^10 KB = Bytes = ca. 10^6 Bytes 1 GB = 1 Giga-Byte = 1024 MB = ca. 10^9 Bytes Diskette: 1.44 MB CD-ROM: 650 MB (ROM = read-only memory) Festplatte (PC): einige 10 GB Praktische Informatik 1 6 Prof. Dr. C. Schnörr

7 Prozessor (CPU = central processing unit): Arbeitet Programme ab Programme werden mit einer Programmiersprache (hier: Maschinensprache) formuliert Aufbau einer Programmiersprache: endlicher Zeichenvorrat Syntax: Endliche Menge von Regeln Semantik: Bedeutung jedes Satzes Sätze (der Programmiersprache) Prinzipielle Arbeitsweise der Zentraleinheit: Prozessor Arbeitsspeicher Daten verknüpfen Prozessor Arbeitsspeicher Praktische Informatik 1 7 Prof. Dr. C. Schnörr

8 Prinzipielle Arbeitsweise der Zentraleinheit (von-neumann Computer): Praktische Informatik 1 8 Prof. Dr. C. Schnörr

9 Arbeitsoberfläche (desktop) Praktische Informatik 1 9 Prof. Dr. C. Schnörr

10 1.2.3 Bildschirm Cursor: Schreibmarke bzw. Mauszeiger Graphische Benutzeroberfläche (GUI = graphical user interface) erleichtert die Interaktion des Benutzers mit dem Betriebssystem und Anwendungsprogrammen Arbeitsoberfläche (desktop): Anwendungsprogramme, Hilfsmittel, Geräte, usw. werden als Piktogramme (icons) dargestellt Praktische Informatik 1 10 Prof. Dr. C. Schnörr

11 1.2.4 Externe Speicher Externe Speicher: Diskettenspeicher (geringe Kapazität, langsam) Plattenspeicher (hohe Kapazität, schnell) CD-ROM-Speicher (mittlere Kapazität, mittlere Zugriffsgeschwindigkeit) Daten werden auf externen Speichermedien in Dateien (files) abgelegt. Der Dateiname wird in einem Inhaltsverzeichnis (directory) vermerkt. Dateien können durch Unterverzeichnisse (subdirectories) strukturiert abgelegt werden. Der Pfad gibt den Weg durch die Verzeichnishierarchie an. Dateinamen-Suffix gibt den Typ der Datei an. Beispiel: Die Datei mit Namen ball.gif enthält ein Bild (vermutlich eines Balls) im GIF- (Bild-)Format. Praktische Informatik 1 11 Prof. Dr. C. Schnörr

12 Beispiel (Pfad): Praktische Informatik 1 12 Prof. Dr. C. Schnörr

13 1.2.5 Betriebssystem Programm zur Steuerung und Verwaltung der Komponenten eines Computersystems. Aufgaben: Voreinstellung der Hardware nach dem Einschalten auf definierte Anfangswerte (bootstrapping) Eröffnen des Dialogs zwischen Benutzer und Computer über Bildschirm, Tastatur und Maus Interpretation und Ausführung der Kommandos des Benutzers (command interpreter) Zuweisung verfügbarer Arbeitsspeicherbereiche an die einzelnen Programme (memory manager) Behandlung der Ein-/Ausgabe-Anforderungen (I/O-manager) Verwaltung der Peripherie (resource manager) Verwaltung der Dateien (file manager) Praktische Informatik 1 13 Prof. Dr. C. Schnörr

14 Gängige Betriebssysteme: Windows 95/98, Microsoft (für Clients) Windows NT, Microsoft (für Server und Clients) UNIX (für Server und Clients) Linux (äquivalent zu UNIX, kostenlos!) Praktische Informatik 1 14 Prof. Dr. C. Schnörr

15 1.2.6 Vernetzung Computersysteme kommunizieren elektronisch über ein Netz: Hardware (Sendestation, Kabel, Empfangsstation) & (Netz-) Software Intranet verbindet Computersysteme eines Unternehmens oder einer Organisation Internet verknüpft weltweit Intranets und Computersysteme miteinander Übertragungsmedien: Telefon- und ISDN-Leitungen: KBit/sec Zweidrahtleitungen, Koaxialkabel: MBit/sec Lichtwellenleiter (Glasfaser): bis 500 MBit/sec Übertragungsprotokolle regeln den Zugang eines Computersystems zum Übertragungsmedium. Entsprechende Netzanschluss-Systeme: Modem (Modulator/Demodulator): analoges Telefonnetz ISDN-Karte: digitales Telefonnetz Netzwerkkarte: lokales Netzwerk (LAN, local area network) Praktische Informatik 1 15 Prof. Dr. C. Schnörr

16 Server: Gerät / Computersystem, das festgelegte Dienstleistungen auf Anforderung für die Teilnehmer im Netz erbringt (Beispiel: Druck-Server) Clients: Computersysteme, die Dienstleistungen von Servern in Anspruch nehmen (Beispiel: Computer am Arbeitsplatz) Internet (nicht Gegenstand der Vorlesung; hier nur das absolut notwendige) Editor: Anwendungsprogramm zur Eingabe von Text über die Tastatur WWW-Browser: Anwendungsprogramm zur Nutzung von Diensten des WWW (World Wide Web; Internet) Praktische Informatik 1 16 Prof. Dr. C. Schnörr

17 WWW-Browser der Fa. Netscape Praktische Informatik 1 17 Prof. Dr. C. Schnörr

18 URL (uniform resource locator): Internetadresse protokoll://dns/verzeichnis/.../dateiname Beispiel: http: hypertext transfer protocol dns (domain name system): Kodiert die Rufnummer (IP-Adresse) eines Computersystems. Ein WWW-Browser verarbeitet Dokumente (Dateien) im HTML-Format (Hyper Text Markup Language). Praktische Informatik 1 18 Prof. Dr. C. Schnörr

19 1.3 Die Informatik (Computer Science) Gesellschaft für Informatik (1985): Informatik ist die Wissenschaft von der systematischen und automatisierten Verarbeitung von Information. Sie erforscht grundsätzliche Verfahrensweisen der Informationsverarbeitung und allgemeine Methoden ihrer Anwendung in den verschiedensten Bereichen. Für diese Aufgabe wendet die Informatik vorwiegend formale und ingenieursmässig orientierte Techniken an. Durch Verfahren der Modellbildung sieht sie beispielsweise von den Besonderheiten spezieller Datenverarbeitungssysteme ab; sie entwickelt Standardlösungen für die Aufgaben der Praxis. Gesellschaft für Informatik (1987): Informatik ist die Wissenschaft, Technik und Anwendung der maschinellen Verarbeitung und Übermittlung von Informationen. ACM (Association for Computing Machinery): Computer Science and engineering is the systematic study of algorithmic processes - their theory, analysis, design, efficiency, implementation and application - that describe and transform information. The fundamental question underlying all of computing is: What can be (efficiently) automated? Praktische Informatik 1 19 Prof. Dr. C. Schnörr

20 Gegenstandsbereich der Informatik: Hardware Software Organisationsstrukturen Benutzer und Anwender Die Informatik befasst sich: mit den Strukturen, den Eigenschaften und den Beschreibungsmöglichkeiten von Information und Informationsverarbeitung, mit dem Aufbau, der Arbeitsweise und den Konstruktionsprinzipien von Rechnersystemen, mit der Entwicklung sowohl experimenteller als auch produktorientierter informationsverarbeitender Systeme moderner Konzeption, mit den Möglichkeiten der Strukturierung, der Formalisierung und der Mathematisierung von Anwendungsgebieten in Form spezieller Modelle und Simulationen, und mit der ingenieursmässigen Entwicklung von Softwaresystemen für verschiedenste Praktische Informatik 1 20 Prof. Dr. C. Schnörr

21 Anwendungsbereiche unter besonderer Berücksichtigung der hohen Anpassungsfähigkeit und der Mensch-Computer-Interaktion solcher Systeme. Teilbereiche der Informatik: Kerninformatik: Theoretische Informatik Praktische Informatik Technische Informatik Angewandte Informatik: Anwendungen von Methoden der Kerninformatik in anderen Fachwissenschaften Rahmenverordnung für die Diplomprüfung im Studiengang Informatik an Universitäten und gleichgestellten Hochschulen: Die Informatik ist zentral mit der Entwicklung und Beherrschung komplexer Informatik-Systeme befasst. Sie hat sich unbeschadet ihrer strukturwissenschaftlichen Grundlagen zu einer ingenieurmässigen Disziplin im Sinne konstruierender Tätigkeiten entwickelt. Diese Entwicklung wird sich verstärkt fortsetzen. Praktische Informatik 1 21 Prof. Dr. C. Schnörr

22 Das Wissenschaftsgebiet Informatik Praktische Informatik 1 22 Prof. Dr. C. Schnörr