Agenda für heute, 5. Januar 2007 Interaktion mit InformatikmittelnInteraktion mit Informatikmitteln Grundlagen der Programmierung Hilfsmittel für die Programmierung.

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1 Agenda für heute, 5. Januar 2007 Interaktion mit InformatikmittelnInteraktion mit Informatikmitteln Grundlagen der Programmierung Hilfsmittel für die Programmierung Webprogrammierung

2 © Institut für Computational Science, ETHZ Interaktion mit Informatikmitteln DialogbetriebEchtzeitbetriebStapelbetrieb 2/37

3 © Institut für Computational Science, ETHZ Interaktion mit Informatikmitteln Dialogbetrieb 3/37 Interaktive Eingabe von Instruktionen und Daten Ausgabe von Daten in Echtzeit Steuerung eines Programms während seiner Ausführung möglich

4 © Institut für Computational Science, ETHZ Interaktion mit Informatikmitteln Echtzeitbetrieb 4/37 Kurze Reaktionszeiten Hohe Zuverlässigkeit Messen, Regeln, Ablauf- steuerungen

5 © Institut für Computational Science, ETHZ Interaktion mit Informatikmitteln Stapelbetrieb 5/37 Vollständig spezifizierter Auftrag wird ausgeführt Keine Möglichkeit, auf den Programmablauf einzuwirken Rechenintensive Arbeiten, Routineaufgaben (z.B. autom. Backup) Batch-Dateien (.BAT), Makros

6 Interaktion mit Informatikmitteln Grundlagen der ProgrammierungGrundlagen der Programmierung Hilfsmittel für die Programmierung Webprogrammierung

7 © Institut für Computational Science, ETHZ 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 6/37

8 © Institut für Computational Science, ETHZ Instruktionen sind durch die Programmierumgebung vorgegeben Anwendungs- Befehle der Anwendung + ev. Anweisungen programme:einer Programmiersprache Betriebssystem:Anweisungen einer Kommandosprache Webseite:Anweisungen einer Skriptsprache Aber was führt der Prozessor schlussendlich aus? 7/37

9 © Institut für Computational Science, ETHZ Hierarchische Gliederung von Programmierumgebungen 14000016 010200 15000020060102 16000022010001 Anwendungsspezifische Programme Höhere Programmiersprache Assemblierer Maschinensprache 011101000100101 Prozessor Befehlssatz INCR2; MOVR2,R0; CALCULATE ADDR1,R2; F(3) while not finished do begin if temp >= 32 then Sub Makro1 () Range("B6").Select 8/37

10 © Institut für Computational Science, ETHZ Zwei Arten der Programmausführung (vereinfacht) 1) Programm wird kompiliert (übersetzt) 2) Programm wird interpretiert Maschinen- code Compiler Quellcode Interpreter Quellcode Maschinen- code Prozessor Compiler Prozessor (Wird das Programm verändert, muss es neu kompiliert werden) 9/37

11 © Institut für Computational Science, ETHZ 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) 10/37

12 © Institut für Computational Science, ETHZ Debugger (Entstörer) Sucht formale Fehler Prüft während der Ausführung Kann ein- oder ausgeschaltet werden 11/37

13 © Institut für Computational Science, ETHZ Höhere Programmiersprachen: Historische Entwicklung (Bsp.) 1999 DELPHI 5 JINI 1998 Active Oberon 1997 1996 JAVA 1995FORTRAN 95 DELPHI 1994 1992Object-Pascal VBA 1991 1989 1988 Oberon 1986 Eiffel 1985Turbo-PascalC++ 1980FORTRAN 77 PASCALMODULA-2SMALLTALK 80 CBASIC 12/37

14 © Institut für Computational Science, ETHZ Die wichtigsten Programmierparadigmen 13/37 (Paradigma: Denkmuster) Imperative Programmierung Befehls- oder Anweisungsorientiert Objektorientierte Programmierung Objekte mit Eigenschaften und Operationen Deklarative Programmierung Fakten & logische Aussagen (Regeln)

15 © Institut für Computational Science, ETHZ Imperative Programmierung 14/37 Ein Befehl in der Eingabeaufforderung löst eine Folge von Anweisungen aus Bildschirm Programmcode Pascal-AnweisungsfolgeBefehlszeile

16 © Institut für Computational Science, ETHZ Objektorientierte Programmierung 15/37 Click auf Fakultät löst Nachricht aus: "wende Methode M1 an" Bildschirm Programmcode Ganzzahl-Objekt Grafisches Objekt

17 Interaktion mit Informatikmitteln Grundlagen der Programmierung Hilfsmittel für die ProgrammierungHilfsmittel für die Programmierung Webprogrammierung

18 © Institut für Computational Science, ETHZ 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). 16/37

19 © Institut für Computational Science, ETHZ Pseudocode Beispiel: Temperaturwerte sollen von Grad Fahrenheit in Grad Celsius umgerechnet werden. read(F) subtrahiere 32 multipliziere mit 5/9 write(C) 17/37

20 © Institut für Computational Science, ETHZ Flussdiagramme Drei elementare Konstruktionselemente für Algorithmen: Sequenz, Fallunterscheidung und Wiederholung Diese Elemente lassen sich durch geeignetes Aneinanderreihen der folgenden zwei Symbole grafisch darstellen: 18/37 OperationFallunterscheidungEingabe/Ausgabe

21 © Institut für Computational Science, ETHZ Flussdiagramme: Sequenz read(F) T = F - 32 C = T x 5 / 9 write(C) Am Beispiel der Temperaturumrechnung: 19/37

22 © Institut für Computational Science, ETHZ Flussdiagramme: Fallunterscheidung read(F) T = F - 32 C = T x 5 / 9 write(C) Angenommen, wir rechnen die Temperaturen nur um, falls sie über dem Gefrierpunkt sind, andernfalls geben wir eine Warnung aus. 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 20/37

23 © Institut für Computational Science, ETHZ Flussdiagramme: Wiederholung F = 0 Stopp Nun möchten wir eine Umrechnungstabelle erstellen, die für jedes ganze Grad Fahrenheit zwischen 0 und 100 die entsprechende Temperatur in Celcius angibt. 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 21/37

24 © Institut für Computational Science, ETHZ Beispielaus dem Labor Automatische Titration 22/37

25 © Institut für Computational Science, ETHZ Struktogramme: Sequenz, Fallunterscheidung Sequenz Anweisung 1 Anweisung 2.... Anweisung n Fallunterscheidung Anweisung 1Anweisung 2 janein Bedingung b 23/37

26 © Institut für Computational Science, ETHZ 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 In Struktogrammen sind unbedingte Sprünge (goto) nicht möglich. 24/37

27 © Institut für Computational Science, ETHZ Struktogramme: Beispiele Für F = 0 bis 100, Schrittw. 1 F = F -32 tueC = F 5/9 Ausgabe C Umrechnungstabelle, die für jedes ganze Grad Fahrenheit zwischen 0 und 100 die entsprechende Temperatur in Celcius angibt. Lösung einer quadratischen Gleichung. Mitteilung falls nicht lösbar (Diskriminante < 0). 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 25/37

28 Interaktion mit Informatikmitteln Grundlagen der Programmierung Hilfsmittel für die Programmierung WebprogrammierungWebprogrammierung

29 © Institut für Computational Science, ETHZ 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 26/37 Internet

30 © Institut für Computational Science, ETHZ 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) 27/37

31 © Institut für Computational Science, ETHZ Clientseitige dynamische Webauftritte ClientServer 1. Anforderung 3. Antwort Dynamische Effekte um den Komfort der Benutzerschnittstelle zu verbessern (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 28/37

32 © Institut für Computational Science, ETHZ Serverseitige dynamische Webauftritte ClientServer 1. Anforderung 3. Antwort 2. Bearbeitung Programmaufruf (*.pl) CGI (Common Gateway Interface) Am meisten verbreitete Technik um Programme in Webservern aufzurufen. Für die Programmierung selbst werden sog. Script- sprachen verwendet. 29/37

33 © Institut für Computational Science, ETHZ Was sind Scriptsprachen? ScriptingD as Zusammenfassen von Programmaufrufen zu einem "Drehbuch" (script), das nach belieben auf- gerufen werden kann ScriptspracheEr weiterung des Scripting um Programmier- sprachliche Elemente (Übergabe von Resultaten an Folgeprogramm, Überspringen von Programmen, Wiederholungen) 30/37

34 © Institut für Computational Science, ETHZ Clientseitige Dynamik: Beispiel Grundlage des Webs sind HTML-Dokumente (HyperText Markup Language) HTML-Dokumente sind Textdateien, deren Inhalt durch einen Browser interpretiert wird und die mittels Hypertext- Techniken andere Dokumente einbinden können Markups sind Anweisungen in einem HTML-Dokument, die angeben, wie Texte und grafische Elemente zu präsentieren sind 31/37

35 © Institut für Computational Science, ETHZ 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) 32/37

36 © Institut für Computational Science, ETHZ 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: http://www.willcam.com/cmat/html/tags.html 33/37

37 © Institut für Computational Science, ETHZ Formulare: Interaktive Webseiten Durch Drücken des "Bestellen!"-Knopfes (Submit-Knopf) wird das Formular zum Ziel gesandt (gegeben durch den URL der Webseite des Formulars) 34/37

38 © Institut für Computational Science, ETHZ 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 Datenelement Trennzeichen Hinweis: Kein Schutz gegen Missbrauch!! 35/37 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

39 Programmieren kann in allen Bereichen des Informatik- Arbeitsplatzes eingesetzt werden! Datenverwaltung InformationserzeugungDatenverarbeitung Kommunikation 36/37

40 © Institut für Computational Science, ETHZ Programmiervorlesungen für die Naturwissenschaften (SS) 251-0840-00Anwendungsnahes Programmieren (Java) 251-0842-00Programmieren und Problemlösen (Delphi) 37/37

41 Wir wünschen Ihnen ein schönes Wochenende.