Grundlagen der Informatik 1Ilka Philippow
Grundlagen der Informatik Teil 1
Lesender: Prof. Dr.-Ing. habil Ilka Philippow
Studiengänge:
Fakultät für Informatik und AutomatisierungFG Softwaresysteme/Prozessinformatik
email: [email protected]. 69 2826Sekr. 69 2870, Frau Meusel, Zuse Bau Zi 3044
Medienwirtschaft, Teil I ab 3. Sem. (Kap. 1-8) empfohlenTeil II ab 4. Sem. (Kap. 9-16) empfohlen
login: pw:Vorlesungsmaterial ist auch im Copy-Shop erhältlich
Grundlagen der Informatik 1Ilka Philippow
1. Einführung
Informatik Computer Scienceetwa seit 1960 eigenständige Wissenschaft
Einfluss der Informatik:Computer vernichten Arbeitsplätze (Rationalisierung)Computer schaffen neue Betätigungsfelder und LebensinhalteComputer verändern die Wirtschaftsbeziehungen, z.B. Globalisierungseffekt
Informationen werden zu einem der wichtigsten Wirtschafts-faktoren (BMBF Studie 2002: Softwaretechnik ist die Produktionstechnik des 21. Jh.)
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Definitionen
InformatikWissenschaft, die die automatische Verarbeitung von Informationen mit Hilfe von Computern und die Mensch-Maschine-Kommunikation ermöglicht
Computer, Digitalrechnersind das technische Medium für die elektronische Verarbeitung von DatenDaten sind technisch dargestellte Informationen
sind frei programmierbar für unterschiedliche Aufgabenbestehen aus der Einheit von Hardware und Software
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Hard- und SoftwareHardware:
ist die Gesamtheit aller physischen, d.h. materiellen Ausrüstungen zur Datenverarbeitung
elektronische Geräte und Komponenten
Software:ist die Gesamtheit aller Daten und Programme,
ideelle Ausrüstung zur Datenverarbeitungbestimmt die Funktionalität und den Anwendungsbereich eines Computerswird in Betriebssoftware und Anwendungssoftware unterteilt
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Klassifikation der Software
Software: Programme, Daten
Betriebssystem-Software
Anwendungs-Software
Spezialsoftware Standardsoftware
Datenbanken, Text-, Tabellen-, Graphikverarbeitung u.a.
Branchen- und problemspezifische Speziallösungen
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1.1. Historische EntwicklungDie Menschheit wollte schon sehr frühzeitig beim Rechnen unterstützt werden:
vor unserer Zeitrechnung:um 4000 älteste, auf der Erde bekannte Zahlenzeichen um 1100 Abakus in Ostasien, das erste Rechengerät
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Voraussetzungen (1)
1. Zahlensystem, das maschinell darstellbar istim 7. Jh. Indien, dezimales Stellenwertsystem1518/50 Adam Ries, dezimale Rechenregeln
1641 Blaise Pascal, mechanische Maschine(zur Vereinfachung von Steuereintreibungen)
aufwendig, man musste 10 verschiedene Ziffern mechanisch darstellen können
1679 Leibnitz, duales Stellenwertsystem(40 Maschinen, die auch multiplizieren und dividieren konnten, wurden gebaut)
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Voraussetzungen (2)
2. Mathematische Basis für maschinelle Algorithmen
1847 Boole`sche AlgebraThe Mathematical Analysis of Logic :- Basis für formale Logik: Boolesche Variable
kann den Wert wahr=1 oder falsch =0 annehmen (algorithmische Entscheidungen sind möglich)
- Elektronisch durch hohe und niedrige Spannungswerte nachbildbar
Georg Boole
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Voraussetzungen (3)
3. Technische Basis zum Rechnen und Speichern1833 Charles Babagge, Analytical Machine
(erste größere Produktion, erste Rechenbüros)- erstmals Steuer-, Rechenwerk und Speicher
Science Museum London
1886 Hermann Hollerith, Lochkarte- speicherte Algorithmen, z.B.
für Spielorgel, Webstühle
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Voraussetzungen (4)
3. Technische Basis zur Miniaturisierung (1)elektromechanische Rechner(elektronische Relais, Röhren)
1930-1940 Konrad Zuse, Z1-Z3 (Dualrechner)
1930-1941 Howard Aiken, Marek 1-4 USA, 1946 John von Neumann:
Prinzip von-Neumann-Verarbeitung
Nachbau Z1 Deutsches Technikmuseum Berlin
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Voraussetzungen (5)
3. Technische Basis zur Miniaturisierung (2)elektronische Rechner1947 Transistor (Bardeen, Shockley)1961 erster integrierter Schaltkreis (Fa. Fairchild)1970 erster elektronischer Rechner (Fa. Sunlock)
Elektronenröhre
Transistoren in verschiedener
BauartIntegrierter Schaltkreis mit
Transistorschaltungen
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Schaltkreisintegration
Ein integrierter Schaltkreis (auch integrierte Schaltung, engl. integrated circuit, kurz IC) ist eine auf kleinstem Raum auf einem einzigen Stück (Chip) untergebrachte (integrierte) elektronische Schaltung.
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Moore´s Law
1000
10.000
100.000
1.000.000
10.000.000
100.000.000
1.000.000.000
10.000.000.000
100.000.000.000
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Verdopplung Transistoren/Chip alle zwei Jahre
40048086
80486Pentium
Pentium 3 Pentium 4
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Aktuelle Situation
1. ständig steigende HardwareleistungFolge: hoher moralischer Verschleiß „alter“ Systeme
2. ständig neue Anforderungen an ProgrammeFolge: Softwarekrise
3. Innovationen sind zu über 90% durch Software bestimmtFolge: Software wird zum Wirtschaftsfaktor
Basiskenntnisse zu Softwaretechnologien sind unumgänglich
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1.2. Computerklassen
a) Supercomputerzum Zeitpunkt der Einführung höchstes realisierbares Leistungsniveauviele Prozessoren (Parallelrechner) greifen auf gemeinsame Ein- Ausgabegeräte und Speicher zu
wissenschaftliche Rechner für komplexe Berechnungen
Columbia-Supercomputer der NASA mit 20x 512 Intel-Itanium-2-Prozessoren
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Computerklassen (2)
b) Main FramesGroßrechner, besonderer Wert auf Zuverlässigkeit und hohe Ein-Ausgabe-Leistung, weniger auf Speicher und Zeit gelegt
Online-Betrieb (Time Sharing) über Terminals Batch-Betrieb auch komplizierte Berechnungen
IBM System Z
Anwendung in Versicherungen, Banken, großen Unternehmen und in der öffentlichen Verwaltung
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Computerklassen (3)
c) WorkstationsWorkstations (WS) sind Arbeitsplatzrechner, die sich von einem Personalcomputer dadurch unterscheiden, dass Speicherkapazität, Geschwindigkeit und der Datendurchsatz deutlich über dem eines Personal Computers (PC) liegen
komplexe Berechnungen, CAD-Systemekann im Cluster (Grid-System) Leistung eines Supercomputers erreichen
primeLine CAD-Workstation mit Intel® Core 2TM Quad Prozesso
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Computerklassen (4)
d) Personal Computerpersönlicher Computer; kurz PC, ist ein Einzelplatz-rechner der im Gegensatz zu einer Workstation in der Regel von einer einzelnen Person (persönlich) genutzt wird
die Konfiguration ist auf die Bedürfnisse eines Nutzers zugeschnittenbesondere Dienste können von einem Server geholt werdender Anwendungsbereich ist nutzerspezifisch
Acer Extensa E464
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Computerklassen (5)
e) Integrierte Computer (Embedded Systems)eingebaut (integriert) in Maschinen, Geräte und Anlagenmit Sensoren und Aktoren ausgestattet zur Beobachtung, Steuerung und Regelung technischer Prozessehöchste Einsatzbreite in der Praxis
spezialisierter Rechner für konkrete Aufgabe, keine Universalrechner
höchste Zuverlässigkeits-anforderungen
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1.3. Internet, Intranet und CSCW
Internet:ist ein weltweites ComputernetzDatenaustausch zwischen den einzelnen Computern ist über gemeinsame Standards (Netzwerkprotokolle) geregelt
Prinzip des Datenaustausch: ein Client schickt Anfragen an einen Serverein Server sendet Antworten in einer für den Menschen verständlichen Weise auf den Bildschirm zurück zwischen beiden muss eine Verbindung hergestellt werden, die von einem Provider (Schnittstelle zwischen Nutzer und Netz) realisiert wird
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Meistgenutzte Internet-Dienste
World Wide Web:ist nichts anderes als eine multimediale Anwenderoberfläche, die verteilte Dokumente miteinander vernetzt (Links) mit Links kann man von Begriff zu Begriff, von Dokument zu Dokument springen (Texte, Bilder, Grafiken, Klänge, Videos)jede Webseite hat eine Adresse, die so genannte URL, und kann über einen Browser aufgerufen werden.
Standards: Dokumentensprache Hyper Text Markup Language (HTML) HTTP (Hypertext Transfer Protocol) zwischen dem Web-Server und Ihrem Browser übertragen
E-Mail:electronic mail" ("elektronische Post")
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Nichtöffentliche Netze
IntranetIm Unterschied zu Begriffen wie Local Area Network und Global Area Network bezeichnet dieser Begriff nicht die räumliche Ausdehnung eines Rechnernetzes, sondern die (begrenzte) Ausdehnung seines Benutzerkreises.Schnittstellen zum Internet werden von Firewalls kontrolliert
Extranetist ein Teil eines Intranets, zu dem ein weiterer Benutzer-kreis Zugang hat.
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CSCW-Systeme
Computer Supported Cooperative Workverteilte Systeme zur Unterstützung von Personen, die zeitlich und räumlich getrennt, an einem Problem arbeiten
Group Ware – System:Überwiegend nur kommunikative Unterstützung
Work Flow – System:auch der Arbeitsablauf wird beeinflusst
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Group Ware
3-C-Modell für Group Ware:In welchem Ausmaß kommunizieren die Teilnehmer miteinander? (Communication) In welchem Ausmaß wird auf das Erreichen eines gemeinsamen Zieles hin gearbeitet? (Collaboration) In welchem Ausmaß werden Termine gemeinsam geplant? (Coordination)
gemeinsame Dokumentenserver, Diskussionsforen, TerminverwaltungNachrichtenverteiler und Schutzrechtvergabe
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Work Flow - System
Ziel:Optimierung der Arbeitsabläufe und der Kommunikation
Work Flow :Arbeitsablauf aus einzelnen seriellen bzw. parallelen Aktivitäten zusammengesetztTeil eines Geschäftsprozesses mit IT-Unterstützung
Work Flow Management-System:unterstützt strukturierte Aufgaben und Prozesse (Group Ware unterstützt unstrukturierte Prozesse)dient der Steuerung und der Implementierung von work flow-Anwendungen
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1.4. Lernziel und Inhalt der GDI
Rolle der Software in der WirtschaftInnovation von Produktionsgütern und Dienstleistungen sind zu mehr als 90% von neuen Softwarelösungen abgängig (Realisierung neuer Ideen und Konzepte).
Die Optimierung von Produktions- und Geschäftsprozes-sen erfolgt in hohem Maße durch den Einsatz geeigneter Software.
Der „intelligente, spezifische“ Zugriff auf entscheidende Informationen ist für eine strategische und operative Planung unumgänglich.
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Betriebswirtschaftliche Aspekte (1)
es soll eine Software in Auftrag gegeben werden, die im Ergebnis- ein innovatives Produkt oder eine Dienstleistung- oder eine Prozessoptimierungerzeugt
Auftraggeberaspekt
Problem:Korrekte Formulierung von Anforderungenwissen, ob der Auftragnehmer angemessen den Aufwand berechnet
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Betriebswirtschaftliche Aspekte (2)
man will den Auftrag für eine Software erhalten und das Projekt erfolgreich durchführen
Auftragnehmeraspekt
Problem:ist der Auftrag überhaupt informationstechnologisch machbarwie werden Arbeitspakete ermittelt und wie wird der Aufwand geschätzt
Notwendig sind Kenntnisse über den Prozess der Softwareentwicklung
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Lernziel der Vorlesung
Befähigung von Betriebswirtschaftlern, die Probleme der Softwareentwicklung zu verstehen
im Umfeld von Softwareprojekten Kompetenz und Kommunikationsfähigkeit zu besitzen
Zwei Schwerpunkte:1. Alle Phasen bis zu einer Softwareentwicklung sind
letztendlich auf die technische Implementierung ausgerichtet (GDI 1: Technische Grundlagen)
2. Die Methoden und Probleme bei der Entwicklung von Software und Datenbanken zu kennen (GDI 2)
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Inhalt GDI 1
Technische Grundlagen2. Informationsdarstellung in Computern
Zahlensysteme, ZahlendarstellungText- und BilddarstellungBefehlsdarstellung
3. Aufbau von ComputernGrundprinzip und Konfiguration, Prozessoreinheit und BefehlsabarbeitungInterne und externe SpeicherNutzerschnittstellen, Systemschnittstellen, Multimedia
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Inhalt GDI 1
4. Algorithmen und ihre BeschreibungEinführung des Algorithmenbegriffs und Beschreibung durch Kontrollflusselemente
5. DatentypenElementare, Strukturierte und Abstrakte Datentypen
6. Programmstrukturierungprozedurales und objektorientiertes Paradigma
7. ProgrammiersprachenMerkmale von ProgrammiersprachenProgrammerzeugung im „Kleinen“, Werkzeuge
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Literatur
Nikolaus Meier; Dieter Tremel; Manfred Precht :EDV-Grundwissen. 7. Auflage Addison Wesley 2004
Helmut Herold; Bruno Lurz; Jürgen Wohlrab:Grundlagen der Informatik Pearson Studium 2006
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Fragen
1. Was ist die Aufgabe eines Computers?
2. Warum bezeichnet man einen Computer als Digital? Was sind die Aufgaben der Hard- und Software? Wie wird Software grob klassifiziert?
3. Welche Computerklassen kennen Sie? Erläutern Sie diese!
4. Was für Computer würden Sie für Groupware-Systeme bzw. Work Flow-Systeme einsetzen?