1. Was ist Informatik?

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1 Gliederung der Vorlesung Grundlagen der Programmierung Teil I: Grundlagen Teil II: Konzepte imperativer Sprachen Wintersemester 2015 / 2016 Prof. Klaus Bothe K. Bothe, Institut für Informatik, HU Berlin, GdP, WS 2015/16 Teil III: Objektorientierung und SW-Entwicklung Version: 14. Okt Teil I: Grundlagen Was ist Informatik? Arbeitsmarktsituation, Gegenstand, Teilgebiete, Anwendungen, Berufsbild, Aufgabenfelder Was ist Informatik? Computer (Hardware) Grundlagen der Rechnernutzung Algorithmen Daten Programmiersprachen Syntax Softwareentwicklung Warum wollen Sie Informatik studieren? - mit dem Computer arbeiten macht Spaß - Interesse wurde in der Schule geweckt - keinen Studienplatz in der Medizin bekommen - Berufschancen / Arbeitsmarktsituation 3 4

2 Arbeitsmarktsituation

3 Auch SAP kämpft mit Finanzkrise - Aktie im freien Fall Montag, 6. Oktober 2008, 19:49 Uhr Stuttgart (Reuters) - Der Softwarekonzern SAP hat die Auswirkungen der weltweiten Finanzkrise zu spüren bekommen und einen deutlichen Nachfragerückgang verbucht. Die Entwicklung an den Finanzmärkten habe unmittelbar vor Ende des dritten Quartals zu einem "abrupten und unerwarteten Abschwung unseres Geschäfts" geführt, teilte SAP am Montag überraschend mit. Daher seien die Zuwächse bei Software-Lizenzen und Wartung schwächer ausgefallen als erwartet, räumte SAP- Co-Chef Henning Kagermann ein. Die SAP-Aktie verlor daraufhin zeitweise knapp 20 Prozent an Wert. Quelle: Computerzeitung, , , 9 10 Prognosen "Meines Erachtens gibt es einen Weltmarkt für vielleicht fünf Computer" (IBM Präsident T. Watson, 1943). "Computer der Zukunft werden vielleicht einmal nicht mehr als 1,5 Tonnen wiegen" (Popular Mechanics, 1949). "Es gibt keinen Grund, warum Menschen zu Hause einen Computer haben sollten" (K. Olson, Gründer von DEC, 1977). " Bytes Speicherkapazität sollten jedem genügen" (Bill Gates, Microsoft, 1981). Quelle:

4 Krisenjahr Akademikeranteil ca. 1/3 (mit Studium) 13 Quelle: Der Arbeitsmarkt für IT-Fachleute in Deutschland, Bundesagentur für Arbeit, Mai Was ist Informatik? Begriffsbestimmung (Gegenstand): Gegenstand der Informatik "Informatik ist die Wissenschaft der maschinellen Verarbeitung, Speicherung und Übertragung von Information." (Broy, Informatik, Teil I, Springer 1992). Information verarbeiten (Algorithmen) Information repräsentieren (Daten Datenbanken) Informationen übertragen (Internet Kontoauszugsdrucker) Programme = Daten + Algorithmen 15 16

5 Anwendungsgebiete RoboCup Weltmeisterschaft Medizin: OP-Roboter, Patientenverwaltung Ökonomie: Börse (Kursberechnung) Handel: Electronic Commerce Telekommunikation: Telefonnetze Dokumentenerstellung: Textverarbeitung Arbeitsabläufe: Produktionssteuerung Technik: Airbag-Steuerung, Raketen / Flugzeuge Naturwissenschaften: physikalische Anlagen Schach: Computer siegt gegen Weltmeister Fußball: - Roboterfußball: jährliche Weltmeisterschaften - Roboter sollen 2050 ein menschliches Team besiegen Steuerung einer physikalischen Anlage Messplatz Teilgebiete der Informatik und ihr Verhältnis Röngtentopografie- Kamera 19 20

6 Teilgebiete der Informatik Module (Monobachelor Informatik, ab 2015) Praktische Informatik: - Datenbanken - Software Engineering - Programmiersprachen - Compilerbau - Betriebssysteme - Systemanalyse - Digitale Medien Technische Informatik: - Rechnerarchitektur - Rechnernetze - Signalverarbeitung Theoretische Informatik: - Algorithmentheorie - Automatentheorie - Berechnungstheorie - formale Sprachen - Codierungstheorie - Komplexitätstheorie - Logik - Programmverifikation - Graphentheorie Angewandte Informatik: - Wirtschaftsinformatik - Medizinische Informatik - Bioinformatik 1. Semester 2. Semester Einführung in die Theoretische Informatik Algorithmen und Datenstrukturen Logik in der Informatik Grundlagen von Datenbanksystemen *) Grundlagen der Programmierung (12 SP) Software Engineering 4. Semester Betriebssysteme *) Digitale Systeme 3. Semester Kommunikationssysteme Compilerbau *) (26 LP) 5. Semester Semesterprojekt (12 SP) (21 LP) 6. Semester Bachelorarbeit und -verteidigung ( SP) (10 LP) Lineare Algebra Analysis SQ Schlüsselqualifikation Angewandte Mathematik für Informatiker (6 SP) 21 *) 2 aus 3-Regelung 22 Praktische - Theoretische - Technische Informatik 1. Semester Einführung in die Theoretische Informatik Praktische Informatik Grundlagen der Programmierung (12 SP) Lineare Algebra 1. Semester Module der Praktischen Informatik Einführung in die Theoretische Informatik Grundlagen der Programmierung (12 SP) Lineare Algebra 2. Semester Algorithmen und Datenstrukturen Digitale Systeme Analysis 2. Semester Algorithmen und Datenstrukturen Digitale Systeme Analysis Logik in der Informatik Software Engineering 3. Semester Kommunikationssysteme SQ Schlüsselqualifikation Logik in der Informatik Software Engineering 3. Semester Kommunikationssysteme SQ Schlüsselqualifikation Grundlagen von Datenbanksystemen *) 4. Semester Betriebssysteme *) Compilerbau *) (26 LP) Angewandte Mathematik für Informatiker (6 SP) Grundlagen von Datenbanksystemen *) 4. Semester Betriebssysteme *) Compilerbau *) (26 LP) Angewandte Mathematik für Informatiker (6 SP) 5. Semester Semesterprojekt (12 SP) (21 LP) 5. Semester Semesterprojekt (12 SP) (21 LP) 6. Semester Bachelorarbeit und -verteidigung ( SP) (10 LP) 6. Semester Bachelorarbeit und -verteidigung ( SP) (10 LP) 23 24

7 Was ist Praktische Informatik? Verhältnis: Praktische - Theoretische - Technische Informatik P Programmierung (imperative, objektorientierte u.a.) Compilerbau C Betriebssysteme B Gibt es eine klare Abgrenzung? Software-Entwicklung ohne Theorie? Datenbanken D Praktische Informatik Beispiel: Compiler ist ein Programm Software Engineering SE Weitere: - Künstliche Intelligenz, KI - Eingebettete Systeme usw. - Bioinformatik B E Quellsprache z. B. Java, C++, Pascal Compiler Maschinen- Sprache Entwicklung von Softwaresystemen: - Grundlagen / Handwerkszeug P - spezielle Klassen von Software CD E B KI - Entwicklungsmethodik SE Software / Programm = 'reine' PI? Java C++ Pascal Compiler Maschinen- Sprache Schlussfolgerungen: Software / Programm = 'reine' PI? Trennung in der Ausbildung aus methodischen Gründen Aufbau der Quellsprache: Syntax (Grammatiken) Compilerkomponenten: Scanner: endliche deterministische Automaten Parser: LL/LR-Grammatiken semantische Analyse: attributierte Grammatiken Codegenerierung, Codeoptimierung: Graphentheorie Rechnerarchitektur: Speicheraufbau Maschinenbefehle Praktische Informatik bedeutet immer: Kenntnisse der theoretischen und technischen Grundlagen als Voraussetzung der Software- Entwicklung 27 28

8 Teilgebiete der Informatik - und ihre Beziehungen (Beispiel: Compilerbau) Praktische Informatik: - Datenbanken - Software Engineering - Programmiersprachen - Compilerbau - Betriebssysteme - Systemanalyse - Digitale Medien Technische Informatik: - Rechnerarchitektur - Rechnernetze - Signalverarbeitung Theoretische Informatik: (Teilbereiche:) - Algorithmentheorie - Automatentheorie - Berechnungstheorie - formale Sprachen - Codierungstheorie - Komplexitätstheorie - Logik - Programmverifikation - Graphentheorie Angewandte Informatik: - Wirtschaftsinformatik - Medizinische Informatik - Bioinformatik Berufsbild: Aufgabenfelder von Informatikern Wo arbeitet man? Was macht man dort? Tätigkeiten eines Informatikers In Berlin: PSI Capgemini Berner & Mattner In D / weltweit: SAP, IBM, Google? Haupttätigkeit: Programmieren? Zeitlicher Anteil der Programmierung an der Entwicklung eines Systems? In IT-Abteilungen der Unternehmen Kapitel

9 Kostenverteilung im Software Life-Cycle Anforderungsanalyse; 3% Spezifikation; 3% Design; 5% Kodierung; Programmierung 7% 7% Modultest; 8% Integrationstest; 7% Wartung; 67% Quelle: Klösch, Gall, 1995, S BOSCH, Stuttgart 19. Mai 2011 Organisationen GI: Gesellschaft für Informatik ( Mitglieder) IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers ( Mitglieder aus 160 Ländern) ACM: Association for Computing Machinery ( Mitglieder) IFIP: International Federation for Information Processing ( Dachorganisaton nationaler GIs u.a. mit GI) 35 36

10 GI Gesellschaft für Informatik GI: informaticup für Studierende Die Berufsorganisation der Informatik/ Quelle: Stand 11. Okt Quelle: Stand 11. Okt Vorkenntnisse Grundlagen der Programmierung: Anmerkungen zum Inhalt Schule: unterschiedliche Informatik-Kurse "Private" Weiterbildung: Programmiersprachen, eigene Rechner Die "richtige" Vorlesung für alle unmöglich! Vorlesungsinhalt: (internationaler) Standard Fragebögen zu Vorkenntnissen (in Ü) 39 40

11 Ziele der Vorlesung Vorhandenes Wissen ergänzen und systematisieren Unterschiede in den Vorkenntnissen ausgleichen (betreute Rechnereinführung in den Praktikumsräumen) Unterschiedliche Voraussetzungen unvermeidlich! (Eigeninitiative: Literatur ) GdP: angesprochene Bereiche Grundlagen Grammatiken, Datendarstellung, von-neumann-rechner, Programmiersprachen: Klassifikation Datenstrukturen und Algorithmen Listen, Bäume, Sortieren und Suchen Komplexität O(n) v. Alg. Softwareentwicklung SW-Qualitätsmerkmale Phasen und Dokumente Abstraktion + Dekomposition SW-Architektur: UML Komponentenarten Programmierfertigkeiten Sammlung von typischen Programmbeispielen ( Muster + bekannte Beispiele: Hanoi, Stack, Quicksort, ) Praktikum, Übungen Konzepte von (imperativen) Programmiersprachen Variablen: Sichtbarkeit, Lebensdauer Datentypen (einfach, strukturiert) Ausdrücke: Prioritäten, cast Anweisungen (einfach, strukturiert) Methoden als Abstraktion Parameter: value ref Rekursion Iteration Sprachvergleiche + Kritik Konzepte der OO ADT - Objekte - Klassen, Vererbung, Sichtbarkeit, Klassenvariablen, ~methoden abstrakte Klassen, Überladung, Polymorphie, dynamisches Binden, Ausnahmebehandlung Ereignisse, API (ausgewählte Klassen) Applets, Parallelität (Threads) Informationen im Internet zu GdP Zu allen Teilen von GdP Vorlesung: Folien Praktikum Übungen Literatur Java-Beispielprogramme Prüfungen Organisatorisches Eine Bitte: Erst auf unserer Webseite bzw. des Instituts nachsehen, dann Übungsleiter / studentische Tutoren fragen! 43