Informatik

Wissenschaft von der systematischen Darstellung, Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Informationen in Form von Daten

• Strukturwissenschaft, befasst mit Systematiken zum Umgang mit Daten und Informationen

• beeinflusst von den Natur-, Ingenieur- und Geisteswissenschaften

Unterschied Naturwissenschaften

• Forschungsgegenstand sind von Menschen geschaffene Strukturen und Systeme

Unterschied Ingenieurwissenschaften

• Betrachtungsgegenstände meist immatiriell

Unterschied Geisteswissenschaften

• nicht beschränkt auf Erkentnissgewinn und Beschreibung von Sachverhalten, sondern erzielt praktisch anwendbare Ergebnisse

• Ingenieur wissenschaft beschäftigt sich in erster Linie mit technisch-konstruktiven Aspekten

• Informatik: Entwurf, Realisierung und Steuerung von technischen Geräten

Geräte:

• Computer: speichern und verarbeiten Daten lokal

  • heutzutage Digitalrechner: PC, PDAs, Spielekonsolen

• Kommunikationssysteme: Übertragung binärer Daten zwischen Computern, zum Aufbau von Netzwerken

  • Datenübertragung erfolgt in der Regel digital

Ziel Strukturwissenschaft:

• Thematik formal Durchdringen

• grundlegende Ordnungsprinzipien finden und auf deren Basis Modelle und Methoden ableiten

Informatik:

• befasst sich mit Regeln und Verfahren zur Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Daten

• verwendet Ansätze der Mathematik, Logik und diverser anderen Wissenschaften

• zentrale Rolle:

  • Datenstrukturen und Vorschriften zu deren Bearbeitung (Algorithmen)

Information:

• hat für Nutzer Bedeutung

• vermehrt Wissen, kann Verhalten beeinflussen

  • Beispiel: aktueller Kontostand

Daten:

• dienen formaler Darstellung von Informationen

• deren Repräsentation bzw Kodierung

  • Beispiel: Kontostand als Folgee von Ziffern

Daten

• strukturierte Darstellung von Informationen

• für Speicherung, Verarbeitung und Übertragung

  • Beispiele: Binärdaten im Hauptspeicher

Algorithmen

• strukturierte Verarbeitung von Daten

  • Beispiele: Programme, abstrakte Rechenvorschriften

Technische Geräte, die umfangreiche Informationen mit hoher Zuverlässigkeit und großer Geschwindigkeit automatisch verarbeiten und aufbewahren können

Computer vs. Automaten

• Vorschrift nach der gearbeitet wird kann verändert werden

• Vorschriften, Arbeitsanweisungen, Handlungsanleitungen: Algorithmen

• Algorithmus in eindutigem und präzisen Formalismus

• Programme teilen Computer mit welche Aufgaben ausgeführt werden sollen

• Computer kann ohne Programm nicht arbeiten

Computersysteme: wenn technisches Gerät (Computer) und Programme zur Steuerung des Computers gemeint

• hohe Speicherungsfähigkeit

• hohe Geschwindigkeit

• hohe Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit

Hardware

Alle materiellen Teile eines Computersystems

Software

Alle Programme eines Computersystems

Analogien:

Hardware: Musikinstrument – Schienennetz

Software: Komposition – Zugfahrplan

• Programme, zugehörige Daten und notwendige Dokumentation, die es mit Hilfe eines Computers erlauben Aufgaben zu erledigen

• Auch Software-System / Software-Produkt

  • Anwendungssoftware

  • Systemsoftware

• Bestandteil der meisten hochwertigen technischen Produkte & Dienstleistungen

• Bereiche in denen fast alle Diensteleistungen durch Software erbracht werden

  • Banken & Versicherungen

• Software-Anteil als integraler Produktbestandteil nimmt ständig zu

  • Telekommunikationsindustrie

  • Automobilbau

  • Maschinen und Anlagebau

  • Medizintechnik

  • Haushaltselektronik

• immatriell

• unterliegt keinem Verschleiß

• schwer zu vermessen

• als Text gespeichert und leicht veränderbar

• ermöglicht Funktionalität eines Systems einfach unf flexibel zu erweitern

• stöndiger Anpassungsdruck

• altert in dem Sinne, dass Umgebungen und tragende Technologien sich verändern

• spezifische EIgenschaften von Software

• zunehmende Qualitätsanforderungen

• wachsende Komplexität von Softwareysytemen

• unklare/uneindeutige Spezifikationen

• Semantik ist sehr komplex, es gibt keine mathematische Unterstützung

• Anwender spezifizieren Problem

• Programmierer interpretierien Spezifikationen und programmieren danch

• Mechanisch ausführbares Rechenverfahren

• Kern der praktischen Informatik

• Schritte werden nacheinander ausgeführt und evtl wiederholt

• Durch Computer wurde es möglich komplizierte Algorithmen mit Milionen Schritten tatsächlich auszuführen

• Computer initiierte auf Basis von Algorithmen das Entstehen der Informatik als eihgende Wissenschaft

• Konrad Zuse 1934:

  • Idee duales Zahlensystem zum maschinellern Rechnen zu verwenden

  • erhielt Bundesverdienstkreuz

Zuses Idee

• duales Zahlensystem wesentlich einfacher, da nur 2 Ziffern

• Übertragung auf elektromagnetische Schalter: offfen/ geschlossen

Zuses entwickelt anfang der vierziger Jahre Rechner, mit Lochstreifen zur Programmierung

Programmierung Computer

• Lochstreifen

• Steckbretter

• von-Neumann-Rechner: Programm wird im Speicher des Rechners abgelegt

3 Hauptunterschiede zu früheren Rechnergenerationen

• zweiwertige Zustände statt zehnwertig

• Elektronik statt Mechanik

• gespeichertes Programm

• Lochstreifen

• Steckbretter

• von-Neumann-Rechner: Programm wird im Speicher des Rechners abgelegt

• zweiwertige Zustände statt zehnwertig

• Elektronik statt Mechanik

• gespeichertes Programm

• technische Informatik

• Praktische Informatik

• Theoretische Informatik

• Angewandte Informatik

“Hardware”

• Bau von Rechern

• elektronische Schaltungen

• Rechnerarchitektur

“Programmierung“

• Software-Entwicklung

• Compiler

• Betriebssysteme

• Datenbanksysteme

“Bleistift und Papier / Mathematik“

• Automatentheorie

• Berechenbarkeitstheorie

• Komplexitätstheorie

• Formale Sprachen

“Anwendungen, Bindestrich-Informatiken“

• Wie weden ich Kerninformatik an

  • technische, praktische und theoretische Informatik

• In der Regel: Frage nach Software für spezielle Themen/Probleme

Wirtschaft-Informatik

Medien-Informatik

Geo-Informatik

Rechts-Informatik …

• kennt nicht alle Bereiche der Informatik

• muss sich schnell einarbeiten können

• Schwerpunkte und gesuchte Bereiche ändern sich schnell

• nach dem Studium “lernen statt arbeiten”

Symbol: ein Zeichen

Alphabet: Menge aller Symbole

• kleinstes Alphabet

• Symbole heißen Binärzeichen oder Bits

Symbole eines beliebigen Alphabets lassen sich durch Gruppen von Binärzeichen darstellen

• mit n Binärzeichen lassen sich 2^n Kombinationen von Binärzeichen bilden

Code:

• Abbildung (Zuordnungsvorschrift) zwischen zwei Alphabeten

• Zuordnung einer Menge von Zeichenfolgen zu einer andern Menge von Zeichenfolgen

Da sich alle denkbaren Alphabete durch Folgen von Binärzeichen ausdrücken lassen, kann ein Rechner mit den Binärzeichen 0 und 1 alle Alphabete codieren.

• Nicht nur Alphabete sondern alles, was zähl- oder messbar ist, kann binärcodiert werden.

• Auch physikalische Größen und ihre zeitlichen Verläufe.

• Also auch: Bilder, Sprache, Musik, Video, ....

Unendliche viele Werte abbilden auf endlich viele

nur mit Verlust möglich

Codierung der endlichen vielen Werte eines diskreten Wertebereichs durch Symbolfolgen

Im Rechner sind alle Daten durch Binärcodierungen digital dargestellt.

Merke:

• Alles, was zählbar oder messbar ist, kann codiert werden.

• Alles, was codiert werden kann, kann ein Rechner verarbeiten.

• Die Codierung im Rechner ist immer binär (nur 0 und 1).

• Genauigkeit

• Geringe Störempfindlichkeit

• Verlustlose Speicherbarkeit

• Zeichen

• Zahlen

• häufigster Code für einfache Text-Zeichen

• jedes Zeichen ein Byte

ASCII = American National Standard Code for Information Interchange

• 7-bit Code

• 8tes Bit unbenutzt - parity bit

• 128 Zeichen = 2^7

• Zwei Typen von Zeichen:

  • 95 graphische Zeichen - darstellbar

  • 33 Control-Codes

• CR 0D carriage return \r

• LF 0A line feed \n

• HT 09 horizontal tab \t

• DEL 7F delete

• NULL 00 null

Alte Schreibmaschine: Wagenrücklauf, Walze hoch

NeuereSchreibmaschine: Ein Hebel

Windows: CR,LF 0d,0a

Unix: LF 0a

MacOS: CR 0d

• Unicode: 16bit

  • Codierung von Unicode: UTF-8

    • ASCII-Zeichen als 1 Byte andere bis zu 3 Bytes

• ISO-Latin1, Latin-15: 8 bit, Umlaute

• Windows Codes

• EBCDIC: IBM Großrechner

Abfolge von Zeichen

Speicherung:

• Länge + Sequenz der Zeichencodes

• spezielles Ende Zeichen

  • <NULL> 00 bei Unix/Linux