Informatik&Modellierung

MIPS, million instructions per second

kommerzielle Rechner 

Verwaltung grosser Datenmengen 

aber auch für eher einfache Berechnungen  

wissenschaftliche Rechner 

komplexe, langwierige Berechnungen/Simulationen  

(mit häufig kleinen Datenmengen)  

Prozess-/Echtzeit-Rechner 

Steuerung und Überwachung von Prozessen 

logische + «zeitliche» Korrektheit 

Angewandte Informatik

Technische Informatik

Praktische Informatik

Theoretische Informatik

Teilgebiete: künstliche Intelligenz, Wirtschaftsinformatk

Der Computer für den Anwender. Die Resultate der drei anderen Kerngebieten finden Verwendung in der angewandten Informatik. Diesem Bereich sind Hardware- und Software Realisierungen zuzurechnen wobei zwei grosse Anwendungsgebiete unterscheiden kann: 

wirtschaftliche, kommerzielle Anwendungen

z.b. Programme für uchhaltung (Word Excel usw.)

technisch-wissenschaftliche Anwendungen

z.b. Programme zur Flugüberwachung

Grundlagen der Hardware, Mikroprozessortechnik, Rechnerarchitektur, Rechnerkommunikation

Grundlagen der Systemsoftware.

Programmiersprachen, Compiler und Interpreter, Algorithmen und Datenstrukturen, Betriebssysteme und Datenstrukturen.

Basis für die technische und praktische Informatik unterteilt in Teilgebiete: 

Automatentheorie und formale Sprachen

Berechenbarkeitstheorie

Komplexitätstheorie

I= 1 

V=5 

X=10 

L=50 

C=100 

D=500 

M=1000

Bsp.: 756=DCCLVI

B=2 Dualsystem 

B=8 Oktalsystem 

B=10 Dezimalsystem 

B=12 Zwölfersystem (In Informatik nicht gebräuchlich) 

B=16 Hexadezimalsystem

Mit 1 Schalter können wie viele Zustände gekennzeichnet werden? 2! 

Mit 2 Schaltern? 4! 

Mit 3 Schaltern? 8! 

Formel: immer mit zwei anfangen und dann hoch anzahl schalter

ASCII-Code (American Standard for Coded Information Interchange)

Ist eine festgelegte Abbildungsvorschrift (Norm) zur binären Kodierung von Zeichen. Er umfasst Klein-/Grossbuchstaben des Alphabets, Ziffern und viele Sonderzeichen. 

Die Kodierung erfolgt in einem Byte (8 Bits), so dass mit dem Code 256 versch. Zeichen dargestellt werden können. 

Da allerdings das erste Bit nicht vom Standard-ASCII Code genutzt wird, können nur 128 Zeichen dargestellt werden. Andere ASCII-Codes nutzen erstes Bit um zusätzlich 128 Zeichen mehr zu erhalten.

Ein Informationsträger, der sich in genau einem von zwei Zuständen (entweder „0“ oder „1“ im Binärcode) befindet, kann die Datenmenge 1 Bit darstellen. Ein Bit ist somit die kleinste Informationseinheit eines Rechners und entspricht den Zuständen „1“ oder „0“.In der Regel werden acht Bits zu einem Byte zusammengefasst. Ein Byte kann damit 2 hoch 8, also 256 Zustände wiedergeben.

Bei „Byte“ geht es um die Speichergröße, bei „Bit“ um Geschwindigkeit.

Wenn ein Internetanbieter 16 Mbit/s Leitung anbietet, dann bedeutet es 2 Megabyte pro Sekunde werden maximal heruntergeladen (weil 16:8 = 2)

OR-Operator

geschrieben als '+' oder 'v‘  
a + b, a v b  

Ergebnis einer OR-Operation ist 1, wenn mindestens eine der Variablen  
in a v b den Wert 1 hat 

AND-Operator

geschrieben als '*' oder '^' oder 'leer‚  
a * b, a ^ b, ab  

Ergebnis einer AND-Operation ist 1, wenn beide Variablen in a ^ b  
den Wert 1 haben 

NOT-Operator

geschrieben als −a, ¬a, a‘ oder a (mit oben strich)  

Ergebnis einer NOT-Operation ist 1, wenn die Variable den Wert 0 hat

wirken wie Schalter mit drei Anschlüssen  

Source, Drain, Gate  

Spannung im Gate kontrolliert Strom zwischen Source und Drain

And

OR

NOT

Buffer

NAND

NOR

XOR

XNOR

Negative AND

Negative OR

Integrierte Schaltkreise / Schaltungen (integrated circuit = IC)  

bestehen aus Transistoren, Kondensatoren, Widerständen und Induktivitäten  

wichtigstes elektronisches Bauteil: Transistoren  

vollständig in/auf einem Stück Halbleitersubstrat  
(Silizium-Scheibchen) integriert  

heute > 1 Mia. Transistoren auf einem Chip (Prozessoren, Speicherchips)  

• Notebook & Personal Computer (PC)

privat und office bereich

• Smartphone / Tablet

mobile Kommunikation, elektronische Agenda, Apps

• Workstations

wissenschaftlicher Bereich und High-End Grafik

• Server

Web-Portale, Online-Systeme

• Mainframes / Grossrechner

Zentralrechner, viele Nutzer, Programme, Daten

• Super-Computer

High-End Computing, z.b. für Wettervorhersagen

CPU = Central Processing unit

Mikroprozessor -> Ausführung Software + Steuerung Hardware

RAM= Random Access Memory.

enthält ausgeführte Programme und verwendete Daten

ROM = Read-Only Memory.

Programm zum Booten des PC (BIOS bei IBM-PCs)

Kommunikation auf Mainboard und mit Peripheriegeräten

spezielle Schaltkreise, Peripherie der CPU

Von oben nach unten:

Anwendungsprogramme (Word, Photoshop etc.)

Grafisches Bediensystem (Verwaltung von Fenster, Menüs, Maus)

Betriebssystem (Dateisystem, Speicherverwaltung, Prozesssystem)

Hardware (Prozessor, Speicher, Laufwerke, Bildschirm)

von oben nach unten sind es anforderungen

von unten nach oben Bereitstellung von Diensten

Unterstützt, verstehen, veranschaulichen, begreifen

erlaubt besseres planen, organisieren

schafft gemeinsame basis für zusammenarbeit

macht dinge explizit, zeigt fehler/unstimmigkeiten

erlaubt muster zu erkennen

unterstützt das bilden von einheiten

führt zur wiederverwendung und nicht neu erfinden

Computer arbeiten nach EVA-Prinzip (Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe)

Über Eingabe gelangen Daten in PC

Verarbeitung der Daten findet im Zentralspeicher statt

Ausgabe über Ausgabegerät wie Bildschirm, Drucker usw.

Zentraleinheit -> Prozessor (CPU) besteht aus Rechen-und Steuerwerk. Steuerwerk liest Befehle und deren Operanden nacheinander ein und interpretiert diese anhand seiner Befehlstabelle. Das Rechenwerk führt die arithmetischen und logischen Operationen durch. 

Mikroprozessor (CPU)

RAM-Arbeitsspeicher

ROM-Speicher

Busse und Schnittstellen

Chipsatz

ALU (Arithemtic Logical Unit): Rechenwerk, das mathematische Operationen und logische Verknüpfungen durchführt. 

Register: spezielle Speicherplätze innerhalb von Prozessorkerns. ALU rechnet mit Werten von Arbeitsregistern. Typische Prozessoren verfügen nur über wenige Register wie z.b. 2, 4, 6, 8 usw. 

Steuerwerk: übernimmt mit zwei speziellen Register (Befehlszählerregister, Befehlsregister) Kontrolle über Ausführung des Programmcodes und initiiert andere Steuerungsfunktionen. Weiteres Register das vom Steuerwerk verwaltet wird ist Stack-Register. 

• Inhalte solcher Speicher können gelesen + verarbeitet (beschrieben) werden, Gegenstück -> ROM (Read-only-Memory), die nur gelesen aber nicht beschrieben werden können. 

• Jedes Byte von Speicher kann man direkt zugreifen, Gegenstück -> Speicher mit sequenziellem Zugriff, wie Magnetbänder, wo kein Zugriff auf bestimmtes Byte ist, sondern Band auf entsprechende Stelle spulen muss. 

Inhalt von RAM-Bausteine ist flüchtig, Speicherung nur solange Strom vorhanden, bei Abschaltung PC Daten verloren.

DRAM (Dynamic RAM) - langsamer, kostengünstiger Speicherbaustein für Arbeitsspeicher (niedriger Stromverbrauch) 

SRAM (Static RAM) - schneller und teurer Speicherbaustein für Register-/ Cache-Speicher (hohen Stromverbrauch)

62 : 2 = 31 Rest: 0

31 : 2 = 15 Rest: 1

15 : 2 = 7 Rest: 1

7 : 2 = 3 Rest: 1

3 : 2 = 1 Rest 1

1 : 2 = 0 Rest: 1

Resultat: 111110

393 : 8 = 49 Rest 1

49 : 8 = 6 Rest 1

6 : 8 = 0 Rest 6

Resultat : 611

1 * 1 = 1

0 * 2 = 0

1 * 4 = 4

1 * 8 = 8

0 * 16 = 0

1 * 32 = 32

gibt zusammengezählt 45 (rechte seite!)

• Pooling von Daten: Prozessor fragt (in Zeitabständen) bei Gerät ab, ob Daten zur Übertragung anstehen.
• Interrupt Requests: Kommunikation wird durch senden von Signalen von Gerät aus angefordert. Jedes Gerät benutzt ein eindeutiges Signal

1. Problemanalyse/Anforderunsanalyse/Systemanalyse
   • In Zusammenarbeit mit Auftraggeber
   • Ergebnis = Anforderungskatalog (Pflichtenheft)
2. Systementwurf
   • Aufgaben in Module einteilen (dient Übersicht, Korrektheit, Zuverlässigkeit)
   • Ergebnis = Systemspezifikation = Grundlage für Implementierung
3. Programmentwurf
   • Verfeinern der Module (Datenstruktur, Algorithmen)
   • Ergebnis = Programmspezifikationen
4. Implementierung und Test
   • Module programmieren und anhand Spezifikationen testen
   • Zusammensetzen der Module = fertiges Programm
5. Betrieb und Wartung
   • Pflege der Software,
   • Erweiterungen und Änderungen
   • U.U. wiederholen der Problemanalyse

• Char: Zeichen
• Boolean: true/false
• Int, long: ganze Zahlen
• Float, double: Gleitpunktzahlen

Compiler:

Übersetzung VOR Ablauf des Programmes

Das Übersetzte Programm wird als eigene Datei gespeichert. Dieses wird dann ausgeführt. 

Programm zur Übersetzung heisst Compiler                

Es gibt zwei Versionen vom Programm (Sourcecode und Maschinencode)

Interpreter:

Übersetzung WÄHREND des Programmes

Befehle werden bei Ausführung nacheinander übersetzt

Code wird interpretiert.

Programm zur Übersetzung heisst Interpreter

Es existiert immer nur eine Version des Programmes