Es wird in vielen verschiedenen Diagrammtypen dargestellt. Unterschieden werden diese in zwei Hauptdiagrammen: "Struckturdiagramme" und "Verhaltensdiagramme"

- eine Vereinfachung der Realität

- stellt Kernpunkte eines Systems dar

- Es soll über ein Modell eine abstrakte Repräsentation eines Systems dargestellt werden

- Grundlage zur Kommunikation des Auftragsgebers

- einfacher struktureller Aufbau des Programmablaufs

- Die meisten Systeme sind für einzelne Programmierer zu groß → Umsetzung erfolgt in Teamarbeit → Kommunikationshilfsmittel

- Nicht nur Programmierer, auch Manager, Vertrieb und Kunden sind in den Entwicklungsprozess involviert →gemeinsame, verständliche Sprache ist notwendig

Öffentlich Privat

Klassen die miteinander in einer Beziehung stehen, werden mit einer Linie verbunden. Die Objekte der Klassen kommunizieren über die Assoziationen miteinander.

Darstellung:

spezielle Assoziation zwischen 2 Klassen, in der eine Klasse Objekte der anderen enthält. Diese wird mit einer ungefüllten Raute in der Assoziation dargestellt.

: Objekt aus Klasse B wird in Klasse A erstellt

spezielle Assoziation, Unterschied zur Aggregation die Verbindung ist als untrennbar definiert. (Klasse B existiert nur wenn Klasse A existiert). Diese wird mit einer gefüllten Raute in der Assoziation dargestellt.

Klasse B kann ohne Klasse A nicht existieren

keine Aussage zur Navigierbarkeit: Das Modell macht keine Aussage zur Navigierbarkeit, beide Klassen haben Kenntnis voneinander.

erlaubte Navigation: Das Modell erlaubt die Navigation über das Assoziationsende. Dieses wird mit einem offenen Pfeil dargestellt.

Nicht erlaubte Navigation: Das Modell verbietet die Navigation über das Assoziationsende. Dieses wird mit einem x dargestellt.

genau 1 Beziehung (Muss)

0, 1 oder mehr Beziehungen (kann) (mehrere)

0 oder 1 Beziehung (kann)

1 0der mehrere Beziehungen (muss) (mindestens..)

• Die Multiplizität einer Beziehung zwischen Klassen legt die möglicheAnzahl der an der Beziehung beteiligten Instanzen fest

• Die Multiplizität einer Klasse wird als Auflistung der möglichen Anzahl vonInstanzen am dem Ende der Beziehung angegeben, an der die betroffeneKlasse steht

• Die Anzahlen können entweder als fester Wert oder als Intervall min..maxangegeben werden

an den Assoziationsenden können die Leserichtung der beteiligten Klassen angegeben werden:

• einer Bestellung können zwei unterschiedliche Instanzen von Adresse gehören

  • Rolle: Rechnungsadresse

  • Rolle: Lieferadresse

Die kleinen Dreiecke zeigen die Leserichtung an => Adresse [ist] Rechnungsadresse für Bestellung

a = 4

b = 2

Lösung 2

Unified Modeling Language (UML) ist allgemein gesagt eine Modellierungssprache.

• großer Temperaturbereich: Platinfühler zwischen –200°C bis +650°C

• Wiederholbarkeit und Beständigkeit: PräzisionsWiderstandsthermometer erreichen eine Beständigkeit von 0,0025°C pro Jahr

• hohe Ausgabeleistung: Der Stromabfall innerhalb des Widerstandsthermometers sorgt für ein stärkeres Signal als der Spannungsausgang eines Thermoelementes.

• Kosten für die Systemverdrahtung: gewöhnlicher Kupferdraht verwendet und keine Kompensation der Kaltverbindungsstelle.

1. Thermoelement

2. Halbleiter

3. Leiter

• Thermoelemente eignen sich bestens bei hohen Temperaturen, extremen Umgebungsbedingungen oder bei Anwendungen, die einen mikroskopisch kleinen Sensor erfordern

• Halbleiter eignen sich bestens für preiswerte Anwendungen mit eingeschränkten Temperaturbereichen

• Leiter eignen sich bestens für industrielle Messungen innerhalb großer Temperaturbereiche, besonders dann, wenn die Fühlerbeständigkeit entscheidend für eine ordnungsgemäße Regelung ist.

Beispiel einer Temperaturmessung mit einem Widerstandsthermometer PT100:

• PT = Material des Widerstandsthermometers (Platin)

• 100 entspricht dem Widerstand in Ohm bei 0°C

• Eigenschaften des Platin-Widerstandsthermometers sind in der europäische Norm EN 60751 (ITS-90) festgelegt

• Aufgeteilt in zwei Temperaturbereiche

  • Temperaturbereich (-200°C bis 0°C)

  • Temperaturbereich (0°C bis 850°C)

• Widerstand in Metallen nimmt mit der Temperatur zu

• Effekt wird zur Temperaturmessung verwende

• ideal: großer Temperaturkoeffizient => große Änderung des Widerstandes

• kaum Änderungen der charakteristischen Eigenschaften des Metalls

• Temperaturkoeffizient ist möglichst temperatur- und druckunabhängig

• niedrige Sensorkosten

• hoher Widerstand, dadurch sind Widerstände im Verbindungskabel vernachlässigbar

• Punkterfassung, Größe eines Stecknadelkopfes reicht aus

• sind Feststoffe, deren Leitfähigkeit zwischen der von Leitern und Nichtleitern liegt.

• mit steigender Temperatur sinkt ihr elektrischer Widerstand (Heißleiter -> NTC)

• Halbleiter: Widerstand nicht linear.

• Temperatur kann rechnerisch ermittelt werden.

• Temperatursensoren sind kostengünstig

• kleiner Messbereich (meistens zwischen -50°C – 120°C)

• Angaben vom Hersteller unerlässlich

• bei extrem hohen Temperaturen einsetzbar: EdelmetallThermoelemente bis 1700°C

• Unempfindlichkeit: gegenüber Stoß- und Vibrationsbelastungen.

• kleine Größe / schnelle Ansprechrate: sprechen auf Temperaturveränderungen nahezu sofort an.

• einfache Herstellung

• zwei Drähte aus unterschiedlichen Metallen verbunden Messspitze

• Messspitze erhitzt oder abgekühlt entsteht eine Spannung (thermoelektrische Spannung)

• erzeugte Spannung steht im Verhältnis zur Temperatur

• erzeugte Spannung muss mit einer Vergleichsspannung in Relation (Seebeck-Koeffizient) gesetzt werden, um die gemessene Temperatur zu ermitteln

Im Jahr 1821 entdeckte Thomas Seebeck den Stromfluss in einem thermoelektrischen Kreis, wenn zwei Leiter aus unterschiedlichen Metallen an beiden Enden verbunden werden und die Temperatur an einer Seite geändert wird.

• Leitungsfehler

• Eigenerwärmung

• Isolationsfehler

• parasitäre Thermospannung

In zwei Schritten:

• Abtastung (einem zeitkontinuierlichen Signal wird ein Wert entommen, bei gleichmäßigem Zeitabstand = äquidistante Abtastung

• Quantisierung (ein wertekontinuierliches Signal in einem wertdiskretes Signal umwandeln)

Zeit und Wertediskretes Signal = Digitalsignal

• Parallelverfahren

• Zählverfahren (einfaches Zählverfahren, Single-/Dual Slope)

• Sukzessive Approximation ( Wägeverfahren)

• ∆Σ-Verfahren (Delta-Sigma-Verfahren)

• einfach- und Mehrrampenverfahren

Alle möglichen Spannung werden mit Komparatoren (Spannungsvergleicher) verglichen, benötigte Anzahl 2^n-1

• sehr schnell, Digitalwert wird in nur einem Schritt ermittelt

• Schaltung sehr aufwendig bei hohen Auflösungen •

  
  

  • Beispiel:

    • 3-bit Wandler: 7 Referenzspannung

    • 8-bit Wandler: 255 Referenzspannungen

• Ermittlung der Dualzahl in einem Schritt

• Bei einem 3 bit Wandler werden 7 Vergleichsspannungen benötigt

• Anzahl der Referenzspannungen bei einem 16 bit-Wandler

2^16-1 = 65535 Komperatoren

• einfachste Möglichkeit eine proportionale Dualzahl zu wandeln:

  • Geringer Schaltungsaufwand

  • Langsames Umsetzverfahren

  • Aufsummierung oder Ermittlung des Zeitverhalten eines Zählers zur Darstellung einer Dualzahl

  • hierzu gehören: Zählverfahren, Einfach- und Mehrfachrampenverfahren

Topologie eines Computernetzes =>

• Aufbau der Verbindung von Kommunikationspartner miteinander

• physikalische Topologie=> Aufbau der Netzverkabelung

• logische Topologie => Datenfluss zwischen Endgeräten

• Struktur großer Netze setzen sich häufig aus mehreren unterschiedlichen Topologien zusammen

• Auswahl der Topologie ist entscheidend für die Ausfallsicherheit

• einzelne Teilnehmer, gemeinsames Übertragunsmedium

• keine weiteren aktiven Kopplungselemente zwischen den Teilnehmern notwendig

Vorteil:

• einfache Erweitbarkeit

• Ausfall einer Komponente -> keine Unterbrechung der Kommunikation

Nachteil

• Unterbrechung des Bus führt zum Gesamtausfall der Kommunikation

• nur ein Teilnehmer kann Daten senden

Teilnehmer sind “baumartig” miteinander verbunden.

Vorteil:

• Der Ausfall eines Endgeräts (Blatt) hat keine Konsequenzen

Nachteil:

• Ausfall eines Verteilers => nachfolgende Teilnehmer nicht mehr erreichbar

Teilnehmer verwenden eine gemeinsame Übertragungsleitung => Unterbrechung des Ringes => kann Kommunikation umgeschaltet werden

Vorteil:

• alle Teilnehmer Signal-Verstärker => große Ringlängen möglich

Nachteil:

• viele Endgeräte => langsame Datenübertragung

Anordnung der Teilnehmer sternförmig => jeder Teilnehmer ist mit einem zentralen Verteiler verbunden

Vorteil:

• Ausfall eines Endgerätes => keine Auswirkung das Netz

Nachteil:

• bei Ausfall des zentralen Verteilers => Ausfall des Netzwerks; hoher Verkabelungsaufwand

Jeder Teilnehmer mehreren anderen Teilnehmern direkt verbunden

Vorteil:

• bei vollständiger Vermaschung nur Ausfall des entsprechenden Teilnehmers

Nachteil:

• hoher Verkabelungsaufwand

Simplex, unidirektionale Übertragung

• Alarmsysteme, Feuermeldenetze

• Radio

Halbduplex, zeitversetzte Übertragung

• Informationsfluss nach Absprache

• Modems, Sprechfunk

Vollduplex, bidirektionale Übertragung

• Übertragung in beide Richtungen

• Internet-Standard

parallele Datenübertragung:

• digitale Daten über mehrere (physische) Leitungen gleichzeitig versendet

• gemeinsames Taktregime => empfindlich auf Laufzeitunterschiede der Kanäle

• nur kurze Übertragungswege

Serielle Datenübertragung:

• digitale Daten auf einer Leitung

• keine Laufzeitunterschiede verschiedener Leitungen berücksichtigen => höhere Taktfrequenzen

• große Entfernungen

• geringer Installationsaufwand

die drei bekanntesten Schichtenmodelle sind das

• TCP/IP-Referenzmodell,

• das hybride Referenzmodell und das

• OSI-Referenzmodell

ISO: International Organization for Standardization

OSI: Open System Interconnection

Nr 7

• bildet Schnittstelle zwischen Kommunikationsprotokollen und den Anwendungsprotokoll (Webbrowser, etc)

Nr 6

• stellt Methoden zur Dateneingabe und –ausgabe bereit

• Anweisungen, Fehlermeldungen, etc.

Nr 5

• Verbindungsaufbau, Abfangen und Auswertung von Fehlern bei der Übertragung

• Wiederaufbau von Sitzungen nach Ausfall in den unteren vier Schichten

Nr 4

• finden Fluss- und die Fehlerkontrolle statt

• Datenstrom wird in Datenpakete aufgeteilt, bzw. zusammengeführt

• Datenverluste werden festgestellt

Nr 3

• Adressierung der Datenpakete

• Routing durch das Netz verantwortlich

• stellt sicher, dass die Datenpakete beim richtigen Empfänger ankommt

Nr 2

• Fehlererkennung und Synchronisation der Datenübertragung

• Zugriff auf unterschiedliche Medien, wie Kupfer, Funk, Lichtwellenleiter, etc. realisiert

Nr 1

• Art und Weise der Datenübertragung (Bitfolgen) auf dem Übertragungsmedien

• Signalkodierung

• Kodierung muss sicherstellen, dass auf dem Übertragungsmedium keine Bits durch Störungen verfälscht werden

• Empfänger benötigt einen Signalschritt-Takt, der dem Empfänger eine Bitsynchronisierung ermöglicht

• innerhalb eines Rechners erfolgt die Bitsynchronisierung durch eine getrennte Taktleitung

• im Netzwerkbereich werden selbsttaktende Codes verwendet

• Non-Return-to-Zero (NRZ) -Kodierung

• Manchestercode

• differenzieller Manchestercode

• einfachste digitale Signalkodierung

• zwei unterschiedliche Signalpegel (High oder Low BitZustände)

• Taktsignal wird aus Start- und Stopp-Bit ermittelt

• jedes Datenpaket wird mit Start- und Stoppkennung gesendet

• teilt jedes Datenbit in zwei Hälften => Taktsignal

• Ethernet-Standard (IEEE 802.3)

• ansteigende Flanke im Manchestercode = High-Zustand (1= )

• fallende Flanke im Manchestercode = Low-Zustand (0= )

• Codedefinition nach G.E. Thomas invertiert IEEE 802.3

• teilt jedes Datenbit in zwei Hälften => Taktsignal

• Polaritätswechsel zum Taktbeginn => logische Null

• Kein Polaritätswechsel zum Taktbeginn => logische Eins

0 = Seitenwechsel

1 = Auf der Gleichen Seite rauskommen

Unterscheidung von Zugriffsverfahren

• Kontrolliert/deterministisch

  • Zentrale Kontrolle: Master/Slave

  • Dezentral: Token-Passing

  • Echtzeitfähig

• Zufällig/stochastisch

  • CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

  • CSMA/CD (Collision detection), CSMA/CA (Collision avoidance)

• eine Zeichenkodierung erlaubt die eindeutige Zuordnung von Schriftzeichen (Buchstaben oder Ziffern) und Symbolen innerhalb eines Zeichensatzes

• Vorteil von Kodierung => Übertragungsfehler zu erkennen und sogar zu korrigieren Standardzeichensätze(-kodierung) sind unter anderem:

  • ASCII

  • Unicode

  • UTF

  • ISO-Latin-1

• Induktion von Störsignalen bei nicht abgeschirmten Leitungen

• Widerstände, Kapazitäten, Induktivitäten beinträchtigen Signalform, Amplitude (z. Bsp. Alterung Komponenten)

• Reflexionen bei hohen Frequenzen

• Leitungslängen

• EVEN- Parity: Anzahl der Einsen eines Zeichens

  • inklusive des Paritätsbits

  • stets gerade Anzahl

• ODD-Parity: Anzahl der Einsen eines Zeichens

  • inklusive des Paritätsbits

  • stets ungerade Anzahl

0110100 1 => Paritätsbit = 1 gerade (even)

0110100 0 => Paritätsbit = 0 ungerade (odd)

Vorteile:

• einfach zu implementierendes Verfahren

• einfache Kontrolle => Datenübertragung fehlerbehaftet

• eignet sich gut für kurze bit-Folgen

Nachteile:

• keine Fehlerkorrektur möglich

• es werden immer nur ungerade Anzahl von Fehlern erkannt

Verwendung mehrerer Paritätsbits

• Fehlererkennung, sowie Fehlerkorrektur der übertragenen Datenbits möglich

• erweiterte Hamming-Code kann durch ein zusätzliches Paritätsbit bis zu drei Bitfehler in einem Datenblock erkennen, aber nur einen Bitfehler korrigieren

• zwei Bitfehler werden bei dem erweiterten Hamming-Code als fehlerhaftes (ungültiges) Codewort erkannt, welches nicht korrigierbar ist

Numerische Datentypen:

• für ganze Zahlen -> int

• für Gleitkommazahlen -> float

• für komplexe Zahlen -> complex

• für boolsche Werte -> bool (Wahr oder nicht wahr)

Sequenzielle Datentypen:

• für Zeichenketten -> str, unicode

• für beliebige Instanzen -> list, tuple, dictionary