Was ist Informatik?
lässt sich kennzeichnen durch die drei Begriffe:
Intelligenz
Formalismen
Technik
oder als Intelligenzformalisierungstechnik.
Definition Informatik
Wissenschaft von der systematischen Darstellung, Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Informationen in Form von Daten
Was für eine Wissenschaft ist die Informatik?
Warum keine Naturwissenschaft?
Warum keine Ingenieurwissenschaft?
Warum keine Geisteswissenschaft?
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
Informatik als Ingenieurwissenschaft
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
Informatik als Strukturwissenschaft
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
Daten
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 und Algorithmen
strukturierte Darstellung von Informationen
für Speicherung, Verarbeitung und Übertragung
Beispiele: Binärdaten im Hauptspeicher
Algorithmen
strukturierte Verarbeitung von Daten
Beispiele: Programme, abstrakte Rechenvorschriften
Computer
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
Programm
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
Computersysteme - 3 wesentliche Vorteile gegenüber Menschen
hohe Speicherungsfähigkeit
hohe Geschwindigkeit
hohe Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit
Hardware und Software
Hardware
Alle materiellen Teile eines Computersystems
Software
Alle Programme eines Computersystems
Analogien:
Hardware: Musikinstrument – Schienennetz
Software: Komposition – Zugfahrplan
Unterscheide zwischen HW und SW
Programme, zugehörige Daten und notwendige Dokumentation, die es mit Hilfe eines Computers erlauben Aufgaben zu erledigen
Auch Software-System / Software-Produkt
Anwendungssoftware
Systemsoftware
Schichtenaufbau eines Rechensystems
Software wird eigenständiges Wirtschaftgut
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
Eigenschaften von Software
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
Was macht die Software-Entwicklung so kompliziert?
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
Geschichte
Algorithmus
Mechanisch ausführbares Rechenverfahren
Kern der praktischen Informatik
Schritte werden nacheinander ausgeführt und evtl wiederholt
Algorithmus - Computer, Informatik
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
Geburtsstunde elektronische Rechner
Konrad Zuse 1934:
Idee duales Zahlensystem zum maschinellern Rechnen zu verwenden
erhielt Bundesverdienstkreuz
Zuses Idee
Programmierung Computer
3 Hauptunterschiede zu früheren Rechnergenerationen
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
Lochstreifen
Steckbretter
von-Neumann-Rechner: Programm wird im Speicher des Rechners abgelegt
zweiwertige Zustände statt zehnwertig
Elektronik statt Mechanik
gespeichertes Programm
Geschichtliche Entwicklung
Informatik ist nicht nur Technik sondern Wissenschaft
Teilgebiete der Informatik
technische Informatik
Praktische Informatik
Theoretische Informatik
Angewandte Informatik
Technische 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 …
Informatiker
kennt nicht alle Bereiche der Informatik
muss sich schnell einarbeiten können
Schwerpunkte und gesuchte Bereiche ändern sich schnell
nach dem Studium “lernen statt arbeiten”
Die Struktur des mit Computer-Programmen Ausdrückbaren ähnelt der Struktur der Welt, wie sie sich in unseren Köpfen darstellt, so weitgehend, dass man mit Computern große Teile der Welt modellieren kann.
Daten sind allgegenwärtig.
Früher EDV statt IT.
Symbole und Alphabete
Symbol: ein Zeichen
Alphabet: Menge aller Symbole
binäres Alphabet
kleinstes Alphabet
Symbole heißen Binärzeichen oder Bits
Codierungen - Code
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.
Codes
Universalität binärcodierter Daten
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, ....
Problem: stetiger Wertebereich
Unendliche viele Werte abbilden auf endlich viele
nur mit Verlust möglich
Digitalisierung
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).
Vorteile digitaler Datendarstellung
Genauigkeit
Geringe Störempfindlichkeit
Verlustlose Speicherbarkeit
Elementare Datentypen
Zeichen
Zahlen
ASCII
häufigster Code für einfache Text-Zeichen
jedes Zeichen ein Byte
ASCII = American National Standard Code for Information Interchange
ASCII Features
7-bit Code
8tes Bit unbenutzt - parity bit
128 Zeichen = 2^7
Zwei Typen von Zeichen:
95 graphische Zeichen - darstellbar
33 Control-Codes
Spezielle Kontrollcodes
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
Andere Buchstaben-Codes
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
Zeichenkette
Abfolge von Zeichen
Speicherung:
Länge + Sequenz der Zeichencodes
spezielles Ende Zeichen
<NULL> 00 bei Unix/Linux
Last changed2 years ago