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Agenda für heute, 14. Mai 2008 Interaktion mit Informatikmitteln: BetriebsartenInteraktion mit Informatikmitteln: Betriebsarten Datenformate Grundlagen.

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1 Agenda für heute, 14. Mai 2008 Interaktion mit Informatikmitteln: BetriebsartenInteraktion mit Informatikmitteln: Betriebsarten Datenformate Grundlagen der Programmierung Hilfsmittel für die Programmierung Webprogrammierung

2 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Interaktion mit Informatikmitteln Drei Betriebsarten: Dialog Echtzeit Stapel 2/46 Unzählige Datenformate: ".a" (Archiv bei UNIX) bis ".zvd" (Voice-Datei) Zwei Interaktionstypen: mit Anwendern mit Daten

3 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Betriebsarten im Vergleich DialogbetriebEchtzeitbetriebStapelbetrieb 3/46 Programme

4 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Betriebsarten im Detail Dialogbetrieb 4/46 Interaktive Eingabe von Instruktionen und Daten Ausgabe von Daten in Echtzeit Steuerung eines Programms während seiner Ausführung möglich Programme

5 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Betriebsarten im Detail Echtzeitbetrieb 5/46 Kurze Reaktionszeiten Hohe Zuverlässigkeit Messen, Regeln, Ablauf- steuerungen Programme

6 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Betriebsarten im Detail Stapelbetrieb 6/46 Vollständig spezifizierter Auftrag wird ausgeführt Keine Möglichkeit, auf den Programmablauf einzuwirken Rechenintensive Arbeiten, Routineaufgaben (z.B. autom. Backup) Makros, Batch-Dateien (.BAT) Programmierung

7 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Betriebsarten 7/46 Jedes Informatikmittel unterstützt bestimmte Betriebsarten, oft in Kombination. So können beispielsweise im Dialogbetrieb auch Stapelprogramme gestartet werden. Unabhängig von der Betriebsart verlangt ein Informatikmittel, dass die Daten in einem bestimmten Format gespeichert sind. Viele Informatikmittel unterstützen mehrere Datenformate

8 Interaktion mit Informatikmitteln: Betriebsarten DatenformateDatenformate Grundlagen der Programmierung Hilfsmittel für die Programmierung Webprogrammierung

9 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Standardisierung ermöglicht Datenaustausch 8/46 Traditionelle Standards für Zahlen(Prozessor, arithmetische Operationen) Zeichen(Alphabet, Zeichensätze, Programmsteuerung) Graphik(Bildverarbeitung, Ausgabemedien) Neuere Standards beschreiben Darstellung der Daten (Dokumente, Bilder) Bedeutung der Daten(Beschreibung des Dateiinhalts) und verwenden dazu standardisierte Zeichensätze.

10 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Datenformate: Ganze Zahlen Ganze Zahlen aus dem Wertebereich Dezimal-binäre Darstellung wert ohne Vorzeichen Wert Vorzeichen 9/46 Dezimal-binäre Darstellung wertmit Vorzeichen

11 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Datenformate: Gleitkommazahlen / '331'357 Mantisse x 2 hoch Exponent = 135'

12 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Wie kann ein Komma gleiten? Mantisse = 0.125Exponent = –2 Beispiel Der Wert wird wie folgt umgewandelt: = x 10 0 = x = x Grund: Erlaubt die Darstellung sehr kleiner Zahlen auch wenn für die Mantisse wenig Bits zur Verfügung stehen (kleine Präzision). 11/46

13 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Datenformate: Zeichen Zeichen werden durch Zahlen codiert. ASCII 128 Zeichen (American Standards Association) Charsets Unicode Consortium: Universal Character Set ISO (2 16 Zeichen) ISO 8859 (256 Zeichen) 12/46

14 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Grafik Rastergrafik (aufgereihte Bildpunkte) Vektorgrafik (Linienzüge, Kurven) Skalierbar ohne Qualitätseinbusse Qualitätsverlust bei Skalierung 13/46

15 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Prinzip der Rasterdaten rot blau gelb türkis grün schwarz Farbe des Bild- punktes (Pixel): rotgrünblau rgb-Werte,die als Bilddaten gespeichert werden: 14/46 4 4

16 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Prinzip der Vektorgrafik Beispiel (PostScript Standard) Die Instruktionsfolge: newpath moveto lineto moveto lineto arc stroke showpage Listen mit Befehlen und Koordinaten geben einem Grafikprogramm an, was wo wie zu zeichnen ist. Zeichnet einen Kreis mit Radius 10 um ein Fadenkreuz am Punkt 50, 60: /46

17 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Datenformate: Grafik BMP-Dateien (Windows Bitmap) speichern für jeden Bildpunkt die intensität der Farben rot, grün und blau. In der Regel wird für jede Farbe 1 Byte (8 Bit) verwendet Speicherintensiv weil unkomprimiert. 16/22 GIF-Dateien (Graphics Interchange Format, US Online-Dienst Compuserve) arbeitet mit "Paletten" von bis zu 256 Farben. Verlustlose Komprimierung erspart Speicher. JPEG-Dateien (Joint Photographic Experts Group, ISO 10980) wurde als Standard für die Komprimierung fotografischer Bilder eingeführt. Führt je nach Komprimierungsgrad zu mehr oder weniger Qualitätsverlust. Verbreitet bei Digitalkameras und Bildern auf dem Web.

18 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Datenformate: Dokumente Rich Text Format (RTF, Microsoft). Inhalt plus Beschreibung, wie dieser dargestellt werden soll. Ein öffentliches Dateiformat für Dokumente, das die meisten Textverarbeitungsprogramme lesen können. Die Datei ist reiner Text, ähnlich wie HTML. 17/46 RTF-Datei: {\rtf1\ansi{\fonttbl\f0\fswiss Helvetica;}\f0\par Dies ist ein {\b bold} Text.\par } Darstellung: Dies ist ein Text.

19 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Datenformate: Dokumente Portable Document Format (PDF, Adobe, versch. ISO-Normen). Vektorbasierte Seitenbeschreibungssprache. Plattformunabhängige, originalgetreue Darstellung von Dokumenten. Seitengrösse nur durch Verarbeitungsprogramm beschränkt. Enthält Schutzmechanismen. Dateigrösse hängt u.a. davon ab, ob Schriften eingebettet sind. Ideal zum Publizieren von Inhalten. Bildkompressionsverfahren. 18/46

20 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Datenformate: Auszeichnungssprachen (markup languages) Hypertext Markup Language (HTML, W3C). Die vorherrschende, textbasierte, Auszeichnungssprache für Webseiten. Verwendet zur Strukturierung von Inhalten wie Texte, Bilder und Hyperlinks in Dokumenten. Enthält zusätzliche Angaben z. B. über die im Text verwendete Sprache, die Autorin oder den Inhalt des Textes. Die Auszeichnungssprache wurde vom World Wide Web Consortium weiterentwickelt und soll durch XHTML ersetzt werden. 19/46

21 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Markups Ein HTML-Dokument besteht aus einer Folge von Markups, die durch einen Browser der Reihe nach abgearbeitet werden Beispiel Diese Markups codieren eine 400 x 300 Pixel grosseTabelle, die sichtbar gemacht wird (Border=1) 20/46

22 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Markups Markups sind z.B.:... (Table Row) oder... (Table Data) Die Symbole:,, werden als Tags oder Marken bezeichnet, wobei eine Startmarke und eine Endmarke ist Tags werden mit Attributen ergänzt, welche die Details der Darstellung angeben: 21/46

23 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Datenformate: Auszeichnungssprachen (markup languages) Extensible Markup Language (XML, W3C). Textbasierte (im einfachsten Fall ASCII) Auszeichnungs- sprache zur Darstellung von hierarchisch strukturierten Daten. XML-Dokument können in andere Dokumente transformiert werden, beispielsweise nach XHTML, um das Dokument in einem Webbrowser anzuzeigen. XML wird auch für den Austausch von Daten zwischen unterschiedlichen IT-Systemen eingesetzt. Um die Struktur von XML-Sprachen zu beschreiben, bedient man sich so genannter Schemasprachen wie DTD (Document Type Definition) oder XML Schema. 22/46

24 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Datenformate: Auszeichnungssprachen (markup languages) 23/46 DTD für Visulab-Daten XML-Datei für Visulab-Daten

25 Interaktion mit Informatikmitteln: Betriebsarten Datenformate Grundlagen der ProgrammierungGrundlagen der Programmierung Hilfsmittel für die Programmierung Webprogrammierung

26 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Was ist ein Programm? Eine Folge von Instruktionen, mit denen ein Computer(programm) den Inhalt von Speicherzellen verändert Datenstrukturen Algorithmus Sequenz Verzweigung Wiederholung Variable Datei Objekt 24/46

27 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Instruktionen sind durch die Programmierumgebung vorgegeben 25/46 Anwendungs- Befehle der Anwendung + ev. Anweisungen programme:einer Programmiersprache Betriebssystem:Anweisungen einer Kommandosprache Webseite:Anweisungen einer Skriptsprache

28 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Zwei Arten der Programmausführung (vereinfacht) 1) Programm wird kompiliert (übersetzt) 2) Programm wird interpretiert Prozessor- Instruktionen Compiler Quellcode Interpreter Quellcode Prozessor- Instruktionen Prozessor Compiler Prozessor Müssen nicht auf dem ausführenden Computer sein 26/46 Muss auf dem ausführenden Computer sein

29 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Nobody's perfect: Fehlerquellen Falsche Programmlogik: diese Fehler müssen wir selber finden Nichtbeachten der Regeln der Programmiersprache: Hier kann uns ein "Debugger" helfen Falsche Daten: Verantwortung der Programmiererin, Programmiersprache kann helfen (Datentypen) 27/46

30 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Debugger (Entstörer) 11/34 Sucht formale Fehler Prüft während der Ausführung Kann ein- oder ausgeschaltet werden 28/46

31 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Die wichtigsten Programmierparadigmen 29/46 (Paradigma: Denkmuster) Imperative Programmierung Befehls- oder Anweisungsorientiert (z.B. Pascal, C) Objektorientierte Programmierung Objekte mit Eigenschaften und Operationen (z.B. Java, Eiffel) Deklarative Programmierung Fakten & logische Aussagen (z.B. LISP, Prolog)

32 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Imperative Programmierung 30/46 Ein Befehl in der Eingabeaufforderung löst eine Folge von Anweisungen aus Bildschirm Programmcode Pascal-AnweisungsfolgeBefehlszeile

33 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Objektorientierte Programmierung 31/46 Konkretes oder imaginäres Objekt hat Eigenschaften kann Aktionen auslösen

34 Interaktion mit Informatikmitteln: Betriebsarten Datenformate Grundlagen der Programmierung Hilfsmittel für die ProgrammierungHilfsmittel für die Programmierung Webprogrammierung

35 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Hilfsmittel für den Programmentwurf Pseudocode Natürlichsprachliche, knappe Beschreibung unter Einbezug der Notation einer Programmier- sprache Flussdiagramme Gerichtete Liniendiagramme zur Illustration von Abläufen (Programmablaufplan) Struktogramme Darstellung von Aktionen durch Blöcke, die aneinander gereiht oder ineinander geschachtelt werden (Nassi-Shneiderman- Diagramm) 32/46

36 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Pseudocode Beispiel: Temperaturwerte sollen von Grad Fahrenheit in Grad Celsius umgerechnet werden read(F) subtrahiere 32 multipliziere mit 5/9 write(C) 33/46

37 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Flussdiagramme Drei elementare Konstruktionselemente für Algorithmen: Sequenz, Fallunterscheidung und Wiederholung Diese Elemente lassen sich durch geeignetes Aneinanderreihen der folgenden drei Symbole grafisch darstellen: OperationFallunterscheidung 34/46 Eingabe/Ausgabe

38 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Flussdiagramme: Fallunterscheidung read(F) T = F - 32 C = T x 5 / 9 write(C) F 32 Warnung wahrfalsch Pseudocode: read(F) if F >= 32 then begin subtrahiere 32 multipliziere mit 5/9 write(C) end else gebe warnung aus 35/46 Angenommen, wir rechnen die Temperaturen nur um, falls sie über dem Gefrierpunkt sind, andernfalls geben wir eine Warnung aus.

39 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Flussdiagramme: Wiederholung F = 0 Stopp F < 101 Berechne C write(F,C) erhöhe F wahr falsch Pseudocode: F = 0 solange F < 101 begin subtrahiere 32 multipliziere mit 5/9 write(F,C) F = F + 1 end 36/46 Nun möchten wir eine Umrechnungstabelle erstellen, die für jedes ganze Grad Fahrenheit zwischen 0 und 100 die entsprechende Temperatur in Celcius angibt.

40 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Struktogramme: Sequenz, Fallunterscheidung Sequenz Anweisung 1 Anweisung Anweisung n Fallunterscheidung Anweisung 1Anweisung 2 janein Bedingung b 37/46

41 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Struktogramme: Wiederholung Schleife 0 bis n mal Solange Bedingung b tueAnweisungen Schleife genau n mal Schleife 1 bis n mal WiederholeAnweisungen bis Bedingung b Für i = Anfangswert bis Endwert tueAnweisungen 38/46

42 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Struktogramme: Beispiele Für F = 0 bis 100, Schrittw. 1 F = F -32 tueC = F 5/9 Ausgabe C Eingabe: p, q a = p : 2 d = a 2 - q ja d < 0 nein Ausgabe: "nicht lösbar" h = d X1 = a + h X2 = a -h X1, X2 39/46 Lösung einer quadratischen Gleichung. Mitteilung falls nicht lösbar (Diskriminante < 0). Umrechnungstabelle, die für jedes ganze Grad Fahrenheit zwischen 0 und 100 die entsprechende Temperatur in Celcius angibt.

43 Interaktion mit Informatikmitteln: Betriebsarten Datenformate Grundlagen der Programmierung Hilfsmittel für die Programmierung WebprogrammierungWebprogrammierung

44 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Statische Webauftritte Kommunikationsschema für Webseiten Client Server 1. Anforderung 3. Antwort 2. Bearbeitung HTML-Seite an Client zur Interpretation senden Interaktion zwischen Web und Nutzer auf Mausklicks beschränkt "Plakatcharakter" der Kommunikation 40/46 Internet

45 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Dynamische Webauftritte Serverseitig Server beantwortet Anfragen qualifiziert Webdokumente werden durch Programme des Servers für den Client bedarfsgerecht aufbereitet Jede Anfrage erhält eine individuelle Antwort Clientseitig Client erhält HTML-Dokumente, die Programme enthalten, zur Steuerung des Erscheinungsbildes im Browser Z.B. in Abhängigkeit von Mausaktionen oder von Zeitgebern (Animationen) 41/46

46 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Clientseitige dynamische Webauftritte ClientServer 1. Anforderung 3. Antwort Dynamische Effekte für komfortable Benutzerschnittstellen (z.B. Erscheinen von neuen Fenstern mit Zusatz-informationen) Bereichs- und Gültigkeitsüberprüfung von Zahlen und Texten in Formularen Hervorheben von Dokumentteilen bei Erhalt des Mausfokus 2. Bearbeitung HTML-Seite an Client zur Interpretation senden sorgfältig einsetzen! 4. Bearbeitung 42/46

47 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Beispiel für interaktive Webseiten: Formulare Durch Drücken des "Bestellen!"-Knopfes (Submit-Knopf) wird das Formular zum Ziel gesandt (gegeben durch den URL der Webseite des Formulars) 43/46

48 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Formulare "Abschicken" eines Formulars Das Method -Attribut bestimmt, in welcher Form dies geschieht Bei GET werden die Daten als "Query-String" an die Action -URL geheftet Die Daten schliessen sich dem Fragezeichen der URL an: Ziel-URL/formular.html?Anzahl=6&Item=Birnen Der Query-String wird vom Webserver an dort ablaufende Programme weitergegeben (z.B. über CGI), kann aber auch HTML-Dokumenten auf der Client-Seite verfügbar gemacht werden Datenelement Trennzeichen Hinweis: Kein Schutz gegen Missbrauch!! 44/46

49 Programmieren kann in allen Bereichen des Informatik- Arbeitsplatzes eingesetzt werden! Datenverwaltung InformationserzeugungDatenverarbeitung Kommunikation 45/46

50 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Institut für Computational Science, ETH Zürich Programmiervorlesungen für die Naturwissenschaften (FS) Anwendungsnahes Programmieren (Java) Programmieren und Problemlösen (Delphi) 46/46

51 Danke für Ihre Aufmerksamkeit


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