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Symbole & Signale Basiswissen IT Ich glaube, es gibt einen weltweiten Bedarf an vielleicht fünf Computern (IBM-Chef Thomas Watson, 1943 )

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Präsentation zum Thema: "Symbole & Signale Basiswissen IT Ich glaube, es gibt einen weltweiten Bedarf an vielleicht fünf Computern (IBM-Chef Thomas Watson, 1943 )"—  Präsentation transkript:

1 Symbole & Signale Basiswissen IT Ich glaube, es gibt einen weltweiten Bedarf an vielleicht fünf Computern (IBM-Chef Thomas Watson, 1943 )

2 Basiswissen IT Rechnerarchitektur Die meisten Computer besitzen die sogenannte Von-Neumann-Architekur. Programm und Daten teilen sich denselben Speicherbereich. Erste Computer: Z1 (1937) und Z3 (1941) von Konrad Zuse und ENIAC (1944) von Eckert, Mauchly, Goldstine, von Neumann 1947 wird der Transistor erfunden und kann bald die Röhren ersetzen. Künftige Computer werden vorausichtlich leichter als 1.5 Tonnen sein

3 Basiswissen IT Rechnerarchitektur 4 Komponenten: Die Recheneinheit (Arithmetisch-Logische Einheit (ALU)), die Steuereinheit, den Speicher (RAM) die Eingabe- und Ausgabeinheit(en) (Tastatur, Maus, Bildschirm, Drucker, Harddisk, Netzwerkkarte etc) ALU und Steuereinheit heute normalerweise zur CPU (Central-Processing-Unit) vereint. Die ALU rechnet (inkl. logische Operationen) Die Steuereinheit holt Daten und Programmanweisungen aus dem Speicher und führt die Anweisungen unter Benutzung der ALU aus.

4 Basiswissen IT Bits & Bytes -Binärzahlen Heutige Computer basieren auf Binärzahlen (Bits, ja/nein, 0 und 1), Einfachere Realisierung von Binärarithmetik und -logik mit elektrischen Schaltkreisen. Binärsytem: Jede Stelle (Bit) entspricht einer 2er Potenz. Beispiel: = 0* * * * * * * *2 0 = = 109

5 Basiswissen IT Bits & Bytes –Binärzahlen ma Addition (und andere Arithmetik) genau wie im Dezimalsystem: = = = Einfach: Multiplikation mit 2 ist Linksshift, Division durch 2 ist Rechtsshift. Logische Operationen: NOT (~): ~1 = 0, ~0=1 AND (&): 1 & 1 = 1, 1 & 0 = 0, 0 & 1 = 0, 0 & 0 = 0 OR (|) : 1 | 1 = 1, 1 | 0 = 0| 1 = 1, 0| 0 = 0 XOR (^): 1 ^ 1 = 0 ^0 = 0, 1 ^0 = 0^1 = 1

6 Basiswissen IT Bits & Bytes - Größen Mit n Bits kann man 2 n Zahlen darstellen. Vorzeichen durch Zweierkomplement. NNameBytesWertebereich 4Nibble Byte Word Double Word * * *10 9

7 Basiswissen IT Bits & Bytes - Hexadezimalsystem Sehr gebräuchlich ist das Hexadezimalsystem, jede Stelle entpricht einer Potenz von 16 Neue Zeichen A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15 Eine Stelle entspricht einem Nibble, zwei Stellen einem Byte, 4 Stellen einem Word, 8 Stellen einen Doubleword Beispiel: 0xBAFF = 11* * * *16 0 = (47817) 10 =

8 Basiswissen IT Bits & Bytes - Gleitkommazahlen Reelle Zahlen werden im Gleitkommaformat dargestellt. Form: z = m*b e m heißt Mantisse, b Basis, e Exponent. Beispiel: = * 10 2 Format im Computer (single precision):

9 Basiswissen IT Bits & Bytes - Speicher Speicher sind in Bytes (=8 bit) organisiert. In der vorherrschenden 32-bit Architektur hat jede Speicherzelle eine eindeutige Adresse von 4 Byte über die sie angesprochen werden kann. Speichergrößen NameDefinition Kilobyte, kB1024 Bytes Megabyte, MB1024 kB = 2 20 Bytes ~ 10 6 Bytes Gigabyte, GB1024 MB = 2 30 Bytes ~ 10 9 Bytes Terabyte, TB1024 GB = 2 40 Bytes ~ Bytes

10 Basiswissen IT Bits & Bytes – ASCII Code Zur Darstellung von Buchstaben wurde der ASCII Code eingeführt (1968). Er benutzt nur 7-bit (0-127).

11 Basiswissen IT Bits & Bytes – Beyond ASCII ISO 8859 Code benutzt das 8.Bit zur Kodierung westeuropäischer Sonderzeichen (ä, ö, ü usw.) Unicode definiert Zeichen, kodiert mit maximal 4 Byte. Heute am gebräuchlichsten: UTF-8, stellt Unicode mit Byteketten variable Länge dar und enthält den ASCII Code.

12 Basiswissen IT Betriebssysteme Herzstück eines jeden Computers. Betriebsysteme sorgen für die Verwaltung und die Koordination der Ressourcen, z.B: Prozessmanagement Dateisystem Ein- und Ausgaben Unzählige: Z.B. Unix, Linux, VAX, MSDOS, Windows, MacOS, NeXT, BeOS usw.

13 Basiswissen IT Betriebssysteme - Prozesse Jedes Programm läuft als Prozess: CPU-Zeit Speicherbereich E/A- Zugriff Multitasking (Nebenläufigkeit): Scheinbare Gleichzeitig durch schnelles Wechseln zwischen Prozessen. Präemptives Multitasking Koordiniertes Multitasking Echte Parallelität Multithreading Threads (engl. Faden) sind Unterprozesse Prozess übernimmt Koordination der Thread- Ressourcen.

14 Basiswissen IT Programmiersprachen Maschinencode: Folge von Binärzahlen die CPU als Befehle interpretiert. Assembler: Wie Maschinencode, mit merkbaren Kürzeln (Mnemonics) z.B. jmp 0xffffff00 (springe zu Speicherstelle 0xffffff00)

15 Basiswissen IT Programmiersprachen Hochsprachen: Müssen in Maschinencode übersetzt werden Compiler: Übersetzt Programm als ganzes. Schneller Code. Interpreter: Übersetzt Programm zeilenweise. Langsamer Code. Hybrid: Kompilat in Zwischencode (z.B Java: plattformunabhängiger Bytecode), der dann interpretiert wird (z.B. von der JVM).

16 Basiswissen IT Programmiersprachen Fünf Generationen: 1. Maschinensprache 2. Assembler 3. Hochsprachen (z.B. FORTRAN, COBOL, PASCAL, BASIC, C) Generation (Anwendungssprachen), z.B. SQL 5. KI-Sprachen. Z.B Prolog (für logische Probleme) Objektorientierte Sprachen (z.B. SmallTalk, C++, Java)

17 Basiswissen IT Programmiersprachen Typische Elemente : Daten und Datenstrukturen (z.B. Ganzzahlen (integer), Gleitkommazahlen(float), Arrays, Listen, Datenverbünde (structs), Objekte) Variablen Logische und arithmetische Operatoren Verzweigungen (IF–THEN-ELSE) Schleifen (FOR, WHILE) Unterprogramme Ein/Ausgabefunktionen Wiedervendbarkeit: Bibliotheken von Programmen einbinden (Linken)

18 Basiswissen IT Programmiersprachen Beispiel: Hello World in C #include int main() { int i = 0; for(i = 0; i<10; ++i){ if( i % 2 == 0) { printf(Hello world %d!\n, i); } else{ printf(Hallo Welt %d!\n, i); } return 0; } Ausgabe: Hello world 0! Hallo Welt 1! Hello world 2! Hallo Welt 3! Hello world 4! Hallo Welt 5! Hello world 6! Hallo Welt 7! Hello world 8! Hallo Welt 9!

19 Basiswissen IT Anwendungen Hauptanwendungen des Computers: Numerische Berechnungen Datenbanken Text-, Bild- & Tonverarbeitung Kommunikation Steuern & Regeln Spielen

20 Basiswissen IT Anwendungen - Numerik Historisch erste Anwendung, Computer=Rechner ENIAC war z.B: zur Berechnung ballistischer Flugbahnen fürs Militär gedacht. Numerische Algorithen stecken in fast jeder Anwendung: Z.B. Berechung des Spektrum eines Klanges, ein Weichzeichnerfilter in Photoshop, ein aufwändiges Klimamodell auf einem Supercomputer. Berechnung eines Neuronenmodells zur Beat- Erkennung. Etc.etc.

21 Basiswissen IT Anwendungen - Datenbanken Elektronischer Karteikasten zur Speicherung und Manipulation von Daten beliebiger Art, z.B. Personaldaten einer Firma Lagerbestand Bibliothekskataloge Private mp3- Sammlung Webseiten

22 Basiswissen IT Anwendungen - Datenbanken Heute am weitverbreitesten: Relationale Datenbanken. Daten werden in Datenfeldern zu Datensätzen zusammengefasst. Datensätze werden mit eindeutigen Schlüsseln in Tabellen gespeichert. Man kann Tabellen erzeugen, löschen, verändern, kombinieren, abfragen. Abfragesprachen basieren meistens auf SQL (Structured Query Language).

23 Basiswissen IT Anwendungen Text-, Bild- & Tonverarbeitung: Häufigste Anwendung im Personalbereich. Kennt jeder... Kommunikation: Dito. , Chat, IP-Telefonie etc... Steuern & Regeln: Über Hardware-Schnittstellen ein- oder zweiseitige Kommunikation mit externen Geräten zum Regeln, Steuern, und Überwachen derselben. Z.B. MIDI Spielen: Totally fun...

24 Basiswissen IT Internet & Co. Historisch entstand das Internet aus dem ARPANET(1969), das vier militärische forschende Universitäten in Amerika über Telefonleitungen vernetzte. Internet ist ein Netz von Netzen:

25 Basiswissen IT Internet & Co. –TCP/IP Netzwerkprotokolle: Kommunikation zwischen Rechnern Meistens basierend auf TCP/IP. IP (Internet Protocol). Erste logische Schicht. IPv4 benutzt 32-bit Adressen, z.B (=0xC0A8CA34) Eindeutige IP-Adresse (Telefonnummer) für jeden Rechner verschiedene Ports (Nebenanschlüsse). HTTP benutzt z.B Port 80, SMTP (Mail) Port 25. DNS-Server bilden das Telefonbuch Unter dem Eintrag ist z.B. die IP-Adresse zu finden.www.uni-hamburg.de

26 Basiswissen IT Internet & Co. – TCP/IP IP verschickt Daten paketweise. Paket besteht aus Header (mit IP-Adresse) Datenteil Die Daten stellen zweite logische Schicht dar: die Transportschicht, z.B. TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol) Mit TCP/IP- oder UDP-Paketen werden weitere Protokolle implementiert werden, die Internetdienste (höchste Schicht). Z.B. HTTP, FTP, SMTP, TELNETusw.

27 Basiswissen IT Internet & Co. - WWW Das WWW ist 1991 im CERN entstanden und ist das logische Netz der Webserver im Internet. WWW baut auf HTTP auf (HyperText Transfer Protocol), das wiederum TCP/IP benutzt. Ein Webserver ist ein Programm, kein Rechner! HTTP benutzt URLs (oder URI), z.B. um eine Ressource im WWW zu lokalisieren.

28 Basiswissen IT Internet & Co. - HTTP Typische Kommunikation: 1. User: 2. Browser fragt (s)einen DNS nach der IP von Antwort: Browser stellt TCP/IP Verbindung mit auf Port 80 her. 4. Browser schickt Anfrage an den Webserver: GET /symboleundsignale.html HTTP/ Webserver antwortet: HTTP/ OK Server: Apache/ (Unix) Content-Length: 3467 Content-Language: de Content-Type: text/html Connection: close (ab hier Inhalt von symboleundsignale.html)

29 Basiswissen IT Internet & Co. - HMTL Webseiten typischerweise in HTML (HyperText Markup Language) HTML ist eine Dokumentenbeschreibungssprache keine Programmiersprache, kann aber (Javascript-)Programmteile enthalten! HTML-Seiten können per CGI (Common Gateway Interface) dynamisch vom Webserver erzeugt werden. Z.B. Suchanfrage bei Google. Webserver startet CGI- Script, dass in der Datenbank nachschaut, und anhand der Ergebnisse eine HTML-Datei erzeugt. Verbreitesteste CGI-Sprachen: Perl, PHP.

30 Basiswissen IT Internet & Co. - HTML Beispiel: Hello World in HTML Hello world Hello world In diesem Paragraphen stehen unwichtige Dinge.

31 Basiswissen IT Internet & Co. - XML XML (eXtensible Markup Language) Zunehmende weite Verbreitung für verschiedene Zwecke Sehr flexibel Quasi selbstbeschreibend. Trennung von Daten und Darstellung (Document/View) Eignet sich auch als Datenbankformat. Beliebigen Daten zwischen Tags (Anfangs/Endtag) Tags haben einen Name und beliebige Attrribute, z.B Franz Schubert Baumstruktur mit einem höchsten Knoten Man kann/muss eigene Dokumententypen definieren (DTDs, XML Schema)

32 Basiswissen IT Internet & Co. - XML XSLT: Transformation von XML-Dokument in z.B. HTML-Seite PDF-Datei Finale-Partitur Anderes XML Dokument Etc.

33 Basiswissen IT Internet & Co. - XML BEISPIEL MusicXML D. 911 Winterreise 22 Mut Franz Schubert Wilhelm Müller


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