1 / 30

Kapitel 1 Informatik

Kapitel 1 Informatik.

gaurav
Download Presentation

Kapitel 1 Informatik

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Kapitel 1 Informatik • 1962 wurde der Begriff „Informatique“(als Kombination der Begriffe „Information“ und „automatique“) von Philippe Dreyfus, einem französischen Ingenieur eingeführt und als „Informatik“ ins Deutsche übernommen. Als junge Wissenschaft ist die Informatik mittlerweile in viele Bereiche der älteren Wissenschaften eingezogen und hat viele eigene Bereiche neu erschlossen. Die Informatik ist damit mittlerweile wesentlich mehr, als der anglo-amerikanische Begriff „Computer-Science“ vermuten lässt.Dieses Kapitel möchte einen (kurzen) Überblick über exemplarische Inhalte, Struktur und Geschichte der Informatik geben • Inhalt • Motivation • Definition • Die Teilgebiete der Informatik • Die Geschichte der Informatik • Zusammenfassung des Kapitels

  2. 1.1 Motivation • Die Beherrschung eines Computers macht Spaß und gibt der informationssüchtigen Gesellschaft das Gefühl persönlicher Freiheit (so wie vor Jahren ein roter Sportwagen) • Die Beherrschung gibt Macht. Für das Funktionieren einer demokratischen Gesellschaft ist es wichtig, daß viele Menschen Computer verstehen und beherrschen. • Der Computer schafft und vernichtet Arbeitsplätze und ist eine Herausforderung für die Gesellschaft • Das Verstehen der Gesetzmäßigkeiten bei der Entwicklung von Computerprogrammen ist eine intellektuelle Herausforderung • Das Umsetzen dieses Verständnisses ist eine intellektuelle Genugtuung. • Der Computer schafft neue Betätigungsfelder und Lebensinhalte • Der professionelle Umgang mit Computer ist im Beruftsleben eine nackte Notwendigkeit !

  3. 1.2 Was ist Informatik • Jedes Lehrbuch der Informatik gibt seine Definition der „Informatik“. Auch der Duden beschreibt die Informatik als „Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen, besonders der automatischen Verarbeitung mit Hilfe von Digitalrechnern“.Durch die Beschränkung auf den Aspekt der „Verarbeitung“ geht diese Definition meines Erachtens nicht weit genug. Ich werde daher in diesem Unterkapitel eine eigene Definition wagen. Die dabei verwendeten Aspekte werden exemplarisch verdeutlicht, wobei bewusst in Grenzbereiche der Informatik gegangen wird . • Was die Informatik wirklich ist, kann kein Lehrbuch erfassen.Sie werden - hoffentlich - am Ende Ihres Studiums eine sehr weitreichende Idee davon haben. • Inhalt • Definition • Beispiele

  4. Erfassen Transportieren Speichern Verarbeiten Umsetzen 1.2.1 Definition Informatik Die Wissenschaft, die sich mit dem (automatisierten) von Information befasst

  5. 1.2.2 Wissenschaft • Informatik ist nicht die Wissenschaft vom Computer(sowenig, wie Astronomie die Wissenschaft vom Teleskop ist) • Informatik ist eine Wissenschaft… und keine Bastelecke für Software-Spieler • Aspekte der Informatik als • „reine Lehre“ (verwandt mit der Mathematik) • Naturwissenschaft: entdecken und beschreiben von „natürlichen“ Phänomenen • Ingenieurwissenschaft - mit der typischen Vorgehensweise • Problemstellung • Analyse • Teillösungen • Synthese • Lösung

  6. 1.2.3 Information • Information ist die Bedeutung, die durch eine Nachricht übermittelt wird (nachrichtentechnische Definition) •  Kapitel 2 • Information ist eine elementare Kategorie • Chemie: Stoffumwandlung • Physik: Energieumwandlung • Informatik: Informationsumwandlung

  7. Datenmenge (Byte) 300000 60000 3000 (52,204,248) (33,75,125,190,251) 100 1.2.4 Erfassen Sensorik • Bildverarbeitung

  8. ~5-25000 Hz 300 - 3400 Hz 1.2.5 Transportieren Telekommunikation • Telephonie

  9. Einfache Typen Strukturierte Typen Abstrakte Typen Aufzählungstypen Integer Real Boolean Char ... Array Record Varianten Record Menge ... Listen Binäre Bäume Vielweg Bäume Graphen ... array [n..m] of Type record Type 1: element 1 Type n: element n end set of Type {rot, gelb, grün} [0,1,..,65535] [3,4e-038,..3,4e038] {TRUE, FALSE} {ASC(0),..,ASC(255)} 1.2.6 Speichern Datenrepräsentation • Abstrakte Datentypen (N. Wirth: Algorithmen und Datenstrukturen)

  10. Assoziation Vererbung Aggregation Verwendung Instantiierung Klassenname Attribute Operationen Einschränkungen Mitarbeiter Projekt Buchhaltung n Controlling 1 Personalwesen Teil projekt Projektleiter 1.2.6 Speichern Datenrepräsentation • Objektrepräsentation (G. Booch: Objektorientierte Analyse und Design)

  11. Projekt Buchhaltung Assoziation Vererbung Aggregation Verwendung Instantiierung Mitarbeiter Controlling n Teilprojekt Personalwesen Projektleiter 1 1 n 1.2.6 Speichern Datenrepräsentation • Objektrepräsentation (B.Stroustrup: The C++ Programming Language) Class Teilprojekt: public Projekt { Projektleiter projektleiter; Mitarbeiter mitarbeiter[MAX_MITARBEITER]; public: Teilprojekt (Projektleiter); ~Teilprojekt (); } Teilprojekt::Teilprojekt(Projektleiter pl) { // some method-calls of Buchhaltung, Controlling, Personalwesen } main { Teilprojekt1 = new Teilprojekt(Projektleiter1) // See Budget1 for buget details on Teilprojekt1 }

  12. 1.2.7 Verarbeiten Prozessmodelle • Petri-Netze (C.A.Petri: Kommunikation und Automaten))

  13. R1 R2 R3 R4 R5 N2 N1 1.2.7 Verarbeiten Prozessmodelle • Interaktionsdiagramme (G. Booch: Objektorientierte Analyse und Design)

  14. a Aktivierungszustand W Verbindungsgewichtung O Ausgangswert F Aktivierungsfunktion f Ausgabefunktion Oj Axon Wij Oi=f(ai) ai=F(Wij*Oj ,ai) Synapsen Dendrite 1.2.7 Verarbeiten KI-Ansätze • Neuronale Netze

  15. Anzahl Freiheitsgrade 25 9 2 (1) 1.2.8 Umsetzen Aktorik • Manipulatoren

  16. 1.2.9 Zusammenfassung • Reduktion von Redundanz • Strukturierung von Information • Abbildung realer Prozesse auf Rechnerprozesse • Abbildung von Rechnerprozessen auf reale Prozesse • Abbildung von Datenstrukturen auf reale Strukturen

  17. 1.3 Die Teilgebiete der Informatik • Wie viele Wissenschaften, ist die Informatik kein homogenes Gebilde, sondern lässt sich anhand unterschiedlicher Kriterien in Teilgebiete strukturieren.Dieses Kapitel beschreibt die wohl geläufigste Einteilung der Informatik in drei, bzw. vier Teilbereiche. • Inhalte • Technische Informatik • Praktische Informatik • Theoretische Informatik • ( Angewandte Informatik )

  18. 1.3.1 Technische Informatik • Konstruktion von Verarbeitungselementen • Prozessoren, ... • Konstruktion von Speicherelementen • Hauptspeicher, ... • Konstruktion von Kommunikationselementen • Bussysteme • Lokale Rechnernetze (LAN: Local Area Networks), Weitverkehrsnetze (WAN: Wide Area Networks), ... • Mobilfunknetze, Satellitenkommunikation, ... • Konstruktion von Peripherie • Drucker, Scanner, .... • Festplatten, Optische Platten, Diskettenlaufwerke, ... • ...

  19. 1.3.2 Praktische Informatik • Umgang mit Programmiersprachen • Compilerbau • ... • Entwicklung von Software • Analysemethoden • Designmethoden • Realisierungsmethoden • Testverfahren • ... • Unterstützung der Softwareentwicklung • Projektmanagement von DV-Projekten • Qualitätsmanagement in DV-Projekten • ... • ...

  20. 1.3.3 Theoretische Informatik • Sprachen und Automaten • Formale Sprachen • Grammatiken • Sprachdefinitionen • Berechenbarkeitstheorie • Komplexitätstheorie • ...

  21. 1.3.4 Angewandte Informatik • Anwendung in verwandten Wissenschaften • Numerische oder stochastischer Verfahren in der Mathematik • Simulationen in der Physik und der Chemie • Bildverarbeitung in der Medizin • Genanalyse in der Biologie • Lehrprogramme für Natur-, Sozial- und Geisteswissenschaften • ... • Anwendungen im täglichen Leben. • Computerspiele, Multimediaanwendungen, • Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, Datenbanken, ... • Steuerung von technischen Prozessen • Web-Anwendungen • ... • ...

  22. 1.4 Die Geschichte der Informatik • Die Informatik ist eine junge Wissenschaft, hat aber, ähnlich wie andere Natur- und Ingenieurwissenschaften Wurzeln, die weit in die Menschheitsgeschichte hineinragen, Wie keine andere Wissenschaft wurde die Informatik jedoch von der Erfindung eines Gerätes, dem programmgesteuerten Rechner (später „Computer“) beeinflusst. Dieses Unterkapitel wird die Wurzel in der Menschheitsgeschichte und auch die Entwicklung des Rechners vorstellen. • Inhalt • Information in der Geschichte • Automaten und Steuerungen • Erleichterung der Rechenarbeit • Pioniere der Informatik - Praktiker • Pioniere der Informatik - Theoretiker • Die Generationen

  23. Erfassung durch Sinnesorgane Transport durch akustische, optische, chemische Signale Speicherung durch Gene oder neuronale Elemente Verarbeitung über neuronale Elemente Umsetzung direkt oder indirekt über Gliedmaße Entwicklung von Wort,- Silben- und Buchstaben-schriften 1.4.1 Information in der Geschichte

  24. 1.4.2 Automaten und Steuerungen • ca. 100 n. Chr. Automatische Tempeltore in Anhängigkeit von Opferfeuer (Heron von Alexandria) • MittelalterMechanische Uhren mit Sonnen-, Mond- und Planetenbewegungen und Figurenumläufe an Kirchen und Rathäusern • 17./18. Jhdt.Spieluhren, Schreib- und Schachspielautomaten • 18./19. Jhdt.Fliehkraftregler für Dampfmaschinen, mechanischer Webstuhl mit Lochkartenbebändert (Jacquart, 1805)

  25. 1.4.3 Erleichterung der Rechenarbeit • Rechenbretter • Seit dem Altertum • China, Japan, Russland • Addition/Subtraktion ähnlich schnell wie Taschenrechner • Lehre der Grundrechenarten • Durch Zahlensystem schematisierbar • Lehre an mittelalterlichen Universitäten • Durch Rechenbücher weitere Verbreitung des Wissens (z.B. Adam Riese 1492-1559) • Rückführung der Multiplikation/Division auf Addition/Subtraktion durch logarithmisches Rechnen mit Hilfe von Tabellen.

  26. 1.4.4 Mechanische Rechenmaschinen • Wilhelm Schickart (1592-1635) • Maschine für die Grundrechenarten (1623) • Blaise Pascal (1623-1662) • Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716) • Arithmetik des Dualsystems • Philipp Matthäus Hahn (1749-1790) • Feinmechanische Rechenmaschinen • 19./20. Jhdt: Sprossenradmaschine • Hermann Hollerith • Lochkartenstanzer/Sortierer/Tabellierer

  27. 1.4.5 Pioniere der Informatik - Praktiker • Charles Babbage (1791-1871) • Difference Engine (1812). Überprüfung von Logarithmentafeln. Alle Merkmale eines programmierbaren Computers. • Entwurf einer Analytical Engine (1836).Wurde nie gebaut • Konrad Zuse (geb. 1910) • Z1: mechanischer Rechner • Z2 / Z3: Elektromechanischer Relaisrechner im Dualsystem mit Lochkartensteuerung.Erster voll funktionstüchtiger Computer (1941) • Grundlegende Arbeiten zur Programmierung und algorithmischer Sprachen • Howard Eiken • Mark I, II, III, IV (1944)Dezimalrechnender Relaisrechner

  28. 1.4.6 Pioniere der Informatik - Theoretiker • Kurt Gödel • Theoretische Aussagen zum Algorithmenbegriff:Es gibt Aussagen die algorithmisch nicht entscheidbar sind (1931) • Alan M. Turing (1911-1954) • Definition des Algorithmenbegriffes über eine hypothetische Maschine(Turing-Maschine) • John von Neumann (1903-1957) • Grundlegende Arbeiten über Computerarchitektur: • Speicherung der Daten und Programme auf dem gleichen Medium • Definition von Registern insb. Indexregister

  29. 1.4.7 Die Generationen Generation Beispiel Technologie Speich./Geschw. Software Vorgenerat. Z3 Elektro- 0,0002 MIPS Verdrahtet 1941-1944 Mark1 mechanik 1.Generation ENIAC, Z22 Elektro- 0,02 MIPS Maschinen- 1946 - 1958 UNIVAC, IBM650 röhren 1-2 KByte sprache SIEMENS704 2. Generation IBM1400, AEG TR Transistoren 0,1 MIPS Assembler 1959 - 1964 CDC6600 Kernspeicher 32 KByte FORTRAN Siemens2002 Stapelbetrieb 3. Generation IBM370, PDP11 ICs 5 MIPS Hochsprachen 1965 - 1980 Siemens7000, Halbleiter- 1-2 MBytes C, Pascal Cray 1 speicher 4. Generation PC, Gray XMP Mikro- 50 MIPS Sprachen der 1981-1999 Sperry1100, VAX prozessoren 8-32 MByte 4. Generation IBM309x Optische Sp. Parallelisierung Gegenwart Workstations Pentium, 100 MIPS Netzsoftware Hochleistungs- Power PC 1 GByte OO-Sprachen PCs Netze C++. JAVA 5. Generation supraleitende 1000 MIPS Keramiken viele GBytes

  30. 1.5 Zusammenfassung des Kapitels • Die Informatik befasst sich mit der (automatisierten) Erfassung, dem Transport, der Speicherung, Verarbeitung und dem Umsetzen von Information • Die Informatik ist eine „naturwissenschaftliche Ingenieurswissenschaft“ • Die Informatik gliedert sich in Technische, Praktische, Theoretische und Angewandte Informatik • Die Geschichte der Informatik beginnt im Altertum, besteht in Ihrer heutigen Form aber erst seit ca. 1945. Zur Zeit befinden wir uns in der 4. Generation.

More Related