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Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I 19.02.2013 Gliederung 1. Wissenschaft Informatik 2. Modularisierung 3. Grundstrukturen 6. Kommunikation.

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1 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Gliederung 1. Wissenschaft Informatik 2. Modularisierung 3. Grundstrukturen 6. Kommunikation in Netzen 4. Datenstrukturen Gliederung 5. iterative & rek. Algorithmen 1

2 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Wissenschaft Informatik 1.1. Informatik, Information, Daten 1.2. Teilgebiete der Informatik 2. Modularisierung 2.1. Grundprinzip 2.2. Parameterfreie Module 2.3. Module mit Parametern 2.4. Zusammenfassung 2.5. Funktionen Gliederung 2

3 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Gliederung 3. Grundstrukturen 6. Kommunikation in NetzenKommunikation in Netzen 4. Datenstrukturen 4.1. Grundlagen 4.2. Array (Feld) 4.3. Record (Verbund) 4.4. Zusammenfassung 5. iterative & rek. Algorithmen 4.5. Höhere Datentypen 3

4 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Informatik – Information - Daten Wissenschaft Informatik | GliederungWissenschaft InformatikGliederung 1. Wissenschaft Informatik 4 "computer science Informatik ist ein Kunstwort aus Information und Automatik. Es ist die wissenschaftliche Lehre von der Informationsverarbeitung mit Hilfe von Computern. …" 1Information Computern 1ITWissen, Das große Online-Lexikon für Informationstechnologie: Informatik. URL: [Stand: ]

5 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Wissenschaft Informatik | GliederungWissenschaft InformatikGliederung Automatische Informationsverarbeitung Information Daten Interpretation Repräsentation Analoge Daten Digitale Daten im Allgemeinen als binär digitale Daten 1. Wissenschaft Informatik 5

6 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Positionssysteme Wissenschaft Informatik | GliederungWissenschaft InformatikGliederung Allgemeine Darstellungz n *b n +…+z 2 *b 2 +z 1 *b 1 +z 0 *b 0 Dezimalsystem:Basis b = Ziffern(0, 1, 2, …, 9) Dualsystem:Basis b = 2 2 Ziffern(0, 1) Hexadezimalsystem:Basis b = Ziffern(0, 1, 2, …, 9, A, B, C, D, E, F) Beispiel: 42 dez = dual = 2A hex 4* *10 0 1*2 5 +0*2 4 +1*2 3 +0*2 2 +1*2 1 +0*2 0 2* * Wissenschaft Informatik 6

7 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Teilgebiete der Informatik 7 1. Wissenschaft Informatik Wissenschaft Informatik | GliederungWissenschaft InformatikGliederung Theoretische Informatik Formale Methoden und mathematische Modelle für Formulierung und Untersuchung von Algorithmen Rechnerkonstruktion Berechenbarkeit (Bsp: Halteproblem) Komplexität und Effizienz (Bsp: Potenzberechnung) QUELLE: [ ]http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Architektur-der-informatik.png

8 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Wissenschaft Informatik Wissenschaft Informatik | GliederungWissenschaft InformatikGliederung Technische Informatik Funktioneller Aufbau von Computern und peripheren Geräten Prozessor (Rechen- und Steuerwerk) Interner Speicher/Arbeitsspeicher (ROM) Ein- und Ausgabegeräte (Tastatur, Maus, Monitor, Drucker, Laufwerke/externe Speicher) Bussysteme Logischer Aufbau von Geräten und Schaltungen (Hardware) Von-Neumann-Rechner Logische Grundschaltungen

9 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Wissenschaft Informatik Wissenschaft Informatik | GliederungWissenschaft InformatikGliederung Logischer Aufbau von Geräten und Schaltungen (Hardware) Von-Neumann-Rechner Logische Grundschaltungen E1E1 E2E2 ErgebnisÜbertrag Binäre Addition DezimalBinär S1S S2S Ü Erg DezimalBinär S1S S2S Ü 11 Erg212

10 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Logische Grundschaltungen Wissenschaft Informatik Wissenschaft Informatik | GliederungWissenschaft InformatikGliederung & E1E1 E2E2 A E1E2A Transistoren NAND - Glied & E1E1 E2E2 A E1E2A (6) Transistoren AND - Glied 1 E1E1 E2E2 A E1E2A (6) Transistoren OR - Glied 1 E1E1 E2E2 A E1E2A Transistoren NOR - Glied & E A 1 E A EA Transistoren NOT - Glied E1E1 E2E2 ErgÜ

11 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Wissenschaft Informatik Wissenschaft Informatik | GliederungWissenschaft InformatikGliederung & E1E1 E2E2 A E1E2A (6) Transistoren AND - Glied E1E1 E2E2 ErgÜ E1E1 E2E2 ANDNANDORNOR…??? … … … …0 Bei zwei Eingängen sind insgesamt 16 logische Schaltungen möglich! Additions- ergebnis: XOR

12 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Binäre Addition Wissenschaft Informatik Wissenschaft Informatik | GliederungWissenschaft InformatikGliederung E1E1 E2E2 ErgebnisÜbertrag =1 E1E1 & E2E2 A 2 (Übertrag) AND XOR A 1 (Ergebnis) Umsetzung über logische Grundschaltungen (Halbadder) Volladder Addition zwei einstelliger (…!) Binärzahlen mit einlaufendem Übertrag WIKIPEDIA, Die freie Enzyklopädie: Volladdierer,2010. URL: [Stand: ]http://de.wikipedia.org/wiki/Volladder Die Abbildung wurde an der angegebenen Stelle unter der Lizenz Creative Commons Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen Deutschland in Version 2.0 (abgekürzt CC-by-sa 2.0/de) veröffentlicht. (siehe Seite Lizenzbedingungen dieser Präsentation)Lizenzbedingungen

13 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Wissenschaft Informatik Wissenschaft Informatik | GliederungWissenschaft InformatikGliederung Praktische Informatik Lösung von konkreten Problemen der Informatik, wie Entwicklung von Betriebssystemen Treibern für periphere Geräte Programmiersprachen und entsprechenden Compilern Software inclusive der Implementierung (Programmierung) Angewandte Informatik beschäftigt sich mit Anwendungen von Methoden der Kerninformatik in anderen Wissenschafts- und Gesellschafts- bereichen wie Wirtschafts-, Bio-, Chemo-, Medien- oder Geoinformatik sowie Computerlinguistik

14 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Grundprinzip Modularisierung Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungModularisierungWissenschaft InformatikGliederung "Modularisierung ist ein allgemeines Prinzip aus den Ingenieurwissenschaften und dient insbesondere der Erzeugung überschaubarer Systeme, deren Komponen- ten unter Umständen auch in anderen Systemen wieder verwendet werden können." 1 1)Hartmut Härtl:SoftwareEngineering,2006. URL: [Stand: ]http://oszhdl.be.schule.de/gymnasium/faecher/informatik/softwareprojekte/prinzipien.htm Problem / Aufgabenstellung Teilproblem 1Teilproblem 2Teilproblem n…

15 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Modularisierung Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungModularisierungWissenschaft InformatikGliederung "Auf die Softwareentwicklung angewandt fordert dieses Prinzip die Aufteilung des Systems in überschaubare Teile, mit klar definierten Schnittstellen." 1 1)Hartmut Härtl:SoftwareEngineering,2006. URL: [Stand: ]http://oszhdl.be.schule.de/gymnasium/faecher/informatik/softwareprojekte/prinzipien.htm Modul 1 INTERFACE IMPLEMEN- TATION Modul 2 INTERFACE IMPLEMEN- TATION Modul 3 INTERFACE IMPLEMEN- TATION Schnittstelle Interface

16 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Parameterfreie Module Modularisierung Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungModularisierungWissenschaft InformatikGliederung procedure TFStart.Bu… begin eingabe; … ausgabe end. procedure TFStart.eingabe; begin z1 := StrToInt ( EdZahl1.Text ); z2 := StrToInt ( EdZahl2.Text ) end. … procedure TFStart.ausgabe begin EdErgebnis.Text := IntToStr ( erg ) end. Implementation var z1, z2, erg : integer; Globale Variable (bezüglich dieser Unit!) Aufruf der Module

17 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Module mit Parametern Modularisierung Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungModularisierungWissenschaft InformatikGliederung procedure TFStart.Bu… Var z1, z2 : integer; begin … eingabe(z1, EDZahl1); eingabe(z2, EDZahl2) … end. procedure eingabe ( var was:integer ; woher:TEdit ) begin was := StrToInt ( woher.Text ); end. Aufruf der Module Umsetzung der Module Um eine Kommunikation der Module untereinander zu ermöglichen, müssen diese Schnittstellen besitzen, damit sie Daten austauschen können. Dies wird über Parameter realisiert! Damit können die Module gleichzeitig vom Programm unabhängig werden.

18 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Modularisierung Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungModularisierungWissenschaft InformatikGliederung

19 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Zusammenfassung Modularisierung Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungModularisierungWissenschaft InformatikGliederung Module bieten eine Kapselung (encapsulation) durch die Trennung von Schnittstelle (Interface) und Implementierung:KapselungInterfaceImplementierung Die Schnittstelle eines Moduls definiert die Datenelemente, die als Eingabe und Ergebnis der Verarbeitung durch das Modul benötigt werden. Die Implementierung enthält den tatsächlichen Programmcode. ParameterlisteINTERFACE IMPLEMEN- TIERUNG lokale Variable Programmcode (Quelltext) des Moduls Variablen- parameter Wert- parameter

20 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Modularisierung Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungModularisierungWissenschaft InformatikGliederung Keine Wiederverwendbarkeit! Wiederverwendbarkeit möglich! Modularisierung ohne Parametermit Parameter programmabhängige Module reine Programm- strukturierung programmunabhängige Module Programm- strukturierung und Kapselung

21 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Funktionen Modularisierung Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungModularisierungWissenschaft InformatikGliederung function name ( … ) : Ergebnistyp … result := Ergebniswert INTERFACE IMPLEMENTATION Umsetzung als Funktion Häufig liefern Module genau einen Ergebniswert zurück und entsprechen somit dem aus der Mathematik bekannten Funktionsbegriff y = f ( a, b, … ). Derartige Module lassen sich in DELPHI als Prozedur mit einem Variablenparameter oder auch als Funktion mit reiner Wertparameterliste umsetzen. Aufruf: ergebnisvariable := name ( … );

22 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Modularisierung Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungModularisierungWissenschaft InformatikGliederung function eingabe (woher:TEdit) : integer; var wert : integer; begin wert := StrToInt ( woher.Text ); result := wert end. function summe(wert1,wert2 : integer) : integer; var summe : integer; begin summe := wert1 + wert2; result := summe end. procedure ausgabe(wert:integer ; wohin:TEdit); begin wohin.Text := IntToStr ( wert ) end. Aufruf der Module: Beispiel für den Einsatz von Funktionen procedure TFStart.Bu… var z1,z2,erg : integer; begin z1 := eingabe(EdZahl1); z2 := eingabe(EdZahl2); erg := summe(z1,z2); ausgabe(erg,EdErgebnis) end.

23 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Grundstrukturen Grundstrukturen GrundstrukturenGrundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungModularisierungWissenschaft Informatik Gliederung SEQUENZ ALTERNATIVE (BEDINGUNG) zweiseitige Alternative einseitige Alternative mehrseitige Alternative ZYKLUS (SCHLEIFE) Wiederholzyklus Solangezyklus Zählzyklus Genaueres in Grundstrukturen.pptxGrundstrukturen.pptx (Dateien müssen sich im selben Ordner befinden!)

24 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Grundlagen Datenstrukturen DatenstrukturenDatenstrukturen | Grundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungGrundstrukturenModularisierung Wissenschaft InformatikGliederung Zur Umsetzung gefundener Algorithmen benötigt man neben der Algorithmenstruktur auch eine dem Problem entsprechende Datenstruktur (Von uns bisher als Variablentyp bezeichnet!). "In der Informatik ist eine Datenstruktur ein mathematisches Objekt zur Speicherung von Daten. Es handelt sich um eine Struktur, weil die Daten in einer bestimmten Art und Weise angeordnet und verknüpft werden." 1 1)WIKIPEDIA,Die freie Enzyklopädie:Datenstruktur,2007. URL: [Stand: ] Dabei lassen sich viele Probleme mit den elementaren Datentypen (integer, real, char, boolean, …) nicht bzw. nicht effektiv lösen. PROBLEM DATENSTRUKTUR ALGORITHMENSTRUKTUR

25 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Array/ Feld Datenstrukturen DatenstrukturenDatenstrukturen | Grundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungGrundstrukturenModularisierung Wissenschaft InformatikGliederung In einem Array lassen sich mehrere Werte identischer Typen (Zahlen, Zeichen, logische Werte,…) speichern. Der Zugriff auf die einzelnen Werte wird über Indizes realisiert. Beispiel: mehrmaliges Würfeln, bei dem die Anzahlen der gewürfelten Augenzahlen gezählt werden über elementare Datentypen sechs Variablen eins.. sechs über Array eine Variable feld einszweidreivierfuenfsechs feld feld[3]feld[1]feld[2]feld[6]feld[4]feld[5] TYPE TWuerfel = ARRAY [1..6] OF integer; VAR feld = TWuerfel;

26 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Datenstrukturen DatenstrukturenDatenstrukturen | Grundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungGrundstrukturenModularisierung Wissenschaft InformatikGliederung Arrays lassen sich auch über mehrere Dimensionen vereinbaren. "Im eindimensionalen Fall wird das Array häufig als Vektor und im zweidimensionalen Fall als Tabelle oder Matrix bezeichnet. Arrays sind aber keinesfalls nur auf zwei Dimensionen beschränkt, sondern werden beliebig mehrdimensional verwendet. " 1 1)WIKIPEDIA,Die freie Enzyklopädie:Datenstruktur,2007. URL: [Stand: ] Beispiel: zweidimensionales Array für Texte TYPE TTabelle = ARRAY [1..3,1..10] OF string; VAR feld = TTabelle; feld feld[3,2] ……… feld[2,1]

27 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Strukturierte Komponente StringGrid Datenstrukturen DatenstrukturenDatenstrukturen | Grundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungGrundstrukturenModularisierung Wissenschaft InformatikGliederung Um eine effektive Ausgabe der in strukturierten Variablen abgelegten Daten zu ermöglichen, bietet DELPHI die strukturierte Komponente StringGrid in der Komponentenpalette Zusätzlich an. Ausgewählte Attribute: ColCount Spaltenzahl (gesamt) DefaultColWidth Spaltenbreite (Standard) DefaultRowHeigth Zeilenhöhe (Standard) FixedCols Anzahl der "Kopfspalten" FixedRows Anzahl der "Kopfzeilen" RowCount Zeilenzahl (gesamt)

28 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Record (Verbund) Datenstrukturen DatenstrukturenDatenstrukturen | Grundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungGrundstrukturenModularisierung Wissenschaft InformatikGliederung In einem Record lassen sich im Unterschied zum Array mehrere Werte verschiedener Typen (Zahlen, Zeichen, logische Werte,…) speichern. Der Zugriff auf die einzelnen Werte wird über die Komponentennamen des Records realisiert. Beispiel: Personendaten NachnameVornameGroesseverheiratet… Komponenten- name MüllerMax1,78nein… Inhalt (Beispiel) string realboolean… Komponenten- typ

29 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Datenstrukturen DatenstrukturenDatenstrukturen | Grundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungGrundstrukturenModularisierung Wissenschaft InformatikGliederung Die Typ- und Variablenvereinbarung hätte im genannten Beispiel folgendes Aussehen: TYPETPerson = RECORD nachname : string; vorname : string; groesse : real; verheiratet : boolean; END; DELPHI (Personendaten): VARperson : TPerson; Der Zugriff auf die Komponenten erfolgt durch Punktnotation: Beispiel:person.vorname := 'Max';

30 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Zusammenfassung Datenstrukturen DatenstrukturenDatenstrukturen | Grundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungGrundstrukturenModularisierung Wissenschaft InformatikGliederung Datentypen Dynamische Typen müssen nicht vor der Laufzeit festliegen Statische Typen müssen vor der Laufzeit festliegen Einfache TypenStrukturierte Typen Kontinuier- liche Typen (REAL) Diskrete Typen (BYTE, INTEGER, CHAR, BOOLEAN) Feldtyp (ARRAY) Identische Komponenten- typen Verbundtyp (RECORD) Verschiedene Komponenten- typen DIESE ÜBERSICHT IST NICHT VOLLSTÄNDIG!

31 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Höhere Datentypen Datenstrukturen DatenstrukturenDatenstrukturen | Grundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungGrundstrukturenModularisierung Wissenschaft InformatikGliederung Dynamische Typen DatenteilAdressteil (Zeigerteil) R E C O R D Listen Beispiel: Datenlisten, Aufbau ganzer Zahlen Bäume Beispiel: Stammbäume, Hierachien Anker NIL

32 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Datenstrukturen DatenstrukturenDatenstrukturen | Grundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungGrundstrukturenModularisierung Wissenschaft InformatikGliederung Schlangen enqueue Prinzip: FiFo (first in - first out) dequeue Beispiel: Warteschlangen Stapel pushpop Prinzip: LiFo (last in - first out) Beispiel: Kellerspeicher (Stack)

33 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I Grundstrukturen GrundstrukturenGrundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungModularisierungWissenschaft Informatik Gliederung ENDE

34 Grundkurs Informatik 11 (D.Wolff) Kurshalbjahr 11/I ENDE DatenstrukturenDatenstrukturen | Grundstrukturen | Modularisierung | Wissenschaft Informatik | GliederungGrundstrukturenModularisierung Wissenschaft InformatikGliederung 34 Lizenzbedingungen Creative Commons Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen Deutschland Den rechtsverbindlichen Lizenzvertrag finden Sie unter Zusammenfassung des Vertrags in allgemeinverständlicher Sprache ohne juristische Wirkung. Es ist gestattet: das Werk zu vervielfältigen, zu verbreiten und öffentlich zugänglich zu machen sowie Abwandlungen und Bearbeitungen des Werkes anzufertigen, Namensnennung: Sie müssen den Urheber bzw. den Rechteinhaber in der von ihm festgelegten Weise, die URI (z. B. die Internetadresse dieser Seite) sowie den Titel des Werkes und bei einer Abwandlung einen Hinweis darauf angeben. Weitergabe unter gleichen Bedingungen: Wenn Sie das lizenzierte Werk bearbeiten, abwandeln oder als Vorlage für ein neues Werk verwenden, dürfen Sie die neu entstandenen Werke nur unter dieser oder einer zu dieser kompatiblen Lizenz nutzen und weiterverbreiten. Lizenzangabe: Sie müssen anderen alle Lizenzbedingungen mitteilen, die für dieses Werk gelten. Am einfachsten ist es, wenn Sie dazu einen Link auf den Lizenzvertrag (siehe oben) einbinden. 1) 1)WIKIPEDIA, Die freie Enzyklopädie: Datei:Volladdierer Aufbau DIN40900.svg, URL: [Stand: ] Zurück zum Volladder


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