Grundlagen der Informatik Ergänzung zum Buch «Der Computer als Werkzeug»

Informatik … IT = Information Technology Die Informationstechnologie ist eine junge Wissenschaft. Die IT-Produkte, sei es Hardware oder Software, werden in kurzer Zeit weiterentwickelt. Dadurch entstehen immer neue Begriffe. S. 12

Information Was ist Information? Alles, was wir mit unseren Sinnesorganen wahrnehmen Information = Wissen (Kenntnisse) über Sachverhalte oder Vorgänge Information ist der bedeutendste «Rohstoff» dieses Jahrhunderts Wir leben im Informationszeitalter: Was sind die Folgen? S. 13

Information - Computer Information ist seit jeher für den Menschen wichtig Die richtige Information zur rechten Zeit … Wir müssen eine riesige Informationsmenge verarbeiten Dabei kann uns der Computer helfen S. 14

Der Computer Computer sind «elektronische» Maschinen Der Computer kann nichts anderes als Schalter betätigen (schreiben) und die Stellung von Schaltern erkennen (lesen) Computer: von lat. «computare» (rechnen) oder engl. «to compute» S. 14

Schalter – binär - dual Das Geniale am Computer ist, dass er mit Schaltern arbeitet. Schalter kennen nur 2 Zustände: eingeschaltet oder ausgeschaltet Strom fliesst = eingeschaltet Strom fliesst nicht = ausgeschaltet 1 = on = eingeschaltet 0 = off = ausgeschaltet S. 14

Schalter – binär – dual 2 Zustände: einfache, sichere Verarbeitung Viele Zustände: fehleranfällig, da jeder Zustand mit einer bestimmten Spannung erzeugt werden müsste S. 14

Viele Zustände Beispiel Wert 1 = Spannung 10 Volt Wenn eine Spannung um ein paar Volt zu stark oder zu schwach ist, ergibt das in diesem System einen Fehler. Im System mit «es fliesst Strom» oder «es fliesst kein Strom» kann dieser Fehler nicht auftreten!

Binärsystem Das Binärsystem unterscheidet zwei sich gegenseitig ausschliessende Zustände: 0 oder 1, ja oder nein ... Ein Binärzeichen (0 oder 1) hat die Bezeichnung Bit (binary digit). Da es im Binärsystem nur die Werte 0 oder 1 gibt, sind für die Dar-stellung von Informationen viele Schalter nötig. S. 15

Binärsystem - Dualsystem Um das Binärsystem darzustellen, braucht es das Dualsystem. Wir rechnen mit dem Dezimal-system, der Computer rechnet mit dem Dualsystem. Um eine Zahl vom Dezimal- in das Dualsystem umzurechnen und umgekehrt, kann der Rechner von Windows benutzt werden S. 15

Dualsystem S. 15 Alle Daten innerhalb des Computers werden über das duale Zahlensystem verschlüsselt. Es existieren nur zwei Zustände: 0 1 Strom aus  Strom an Nicht magnetisch  Magnetisch

Dualsystem Ein Schalter Zwei Schalter Drei Schalter   Zwei Schalter Drei Schalter S. 15 Bei jedem zusätzlichen Schalter verdoppelt sich die Anzahl Möglichkeiten. Jede weitere Stelle (Schalter) verdoppelt die Anzahl der möglichen Schalterstellungen, weil alle vorangegangenen Möglichkeiten mit je einer 0 oder einer 1 erweitert werden.

Das Dualsystem Gültige Ziffern: 0 und 1 Zahlenbasis: 2 20 = 1 26 = 64 20 = 1 26 = 64 21 = 2 27 = 128 22 = 4 28 = 256 23 = 8 29 = 512 24 = 16 210 = 1024 25 = 32 S. 16

1 0 1 Das Dualsystem Gültige Ziffern: 0 und 1 Zahlenbasis: 2 Vierer = 22 Zweier = 21 Einer = 20 1 * 1 = 1 0 * 2 = 0 1 * 4 = 4

Zahlen innerhalb eines Computers Dezimalsystem 743 3 Einer = 3 * 100 4 Zehner = 4 * 101 7 Hunderter = 7 * 102 Dualsystem 10 1110 0111 1 * 1 = 1 * 20 1 * 2 = 1 * 21 1 * 4 = 1 * 22 0 * 8 = 0 * 23 0 * 16 = 0 * 24 1 * 32 = 1 * 25 1 * 64 = 1 * 26 1 * 128 = 1 * 27 0 * 256 = 0 * 28 1 * 512 = 1 * 29

Codes S. 16 In der Informatik dienen Codes zur Zuweisung von Zeichen (z. B. Buchstaben und Zahlen) im Binärsystem. Damit Zeichen (Informationen) vom Computer verarbeitet werden können, müssen sie in das binäre System umgerechnet werden. Wird die Codierung standardisiert, können alle Computer mit dem gleichen Standard-Code die gleichen Zeichen mit dem gleichen Code darstellen, d. h., ein A ist nicht nur in der Schweiz ein A, sondern auch in Amerika.

Die ASCII-Codierung American Standard Code for Information Interchange Für die ASCII-Codierung werden für jedes Zeichen 1 Byte = 8 Bit benutzt Das heisst, der ASCII-Code kann 28 (256 Zeichen) mögliche Zeichen aufnehmen S. 16

Weitere Codierungsarten EBCDI (Extended Binary Coded Decimal Interchange) ANSI (American National Standards Institute) Unicode (Darstellung von Zeichen aller bekannten Sprachen mit verschiedensten Schriftzeichen, wie z. B. Japanisch), 16-bit ≈ 65 000 mögliche Zeichen

Analog - digital S. 17 S. 18 S. 19 Unsere Sinnesorgane nehmen analoge Signale auf (z. B. Schall-wellen) Der Computer kann keine analogen Signale aufnehmen oder verarbeiten. Der Computer kann nur digitale (binäre) Werte verarbeiten Analoge Werte müssen also in digitale Werte umgewandelt werden  digitalisieren

Analoge und digital Anzeige Analoge Anzeige Analog = entsprechend, vergleichbar Digitale Anzeige Digit (engl.) = Zahl Daten werden immer durch Ziffern dargestellt.

Vorteile von digitalen Informationen S. 19 Sie können vom Computer verarbeitet werden Digitale Werte können jederzeit ohne Verluste kopiert werden  0 bleibt 0 und 1 bleibt 1

Daten S. 16 Daten sind Informationen, die ein Computer lesen und verarbeiten kann Daten werden in digitaler Form erfasst bearbeitet ausgewertet übertragen

Informationen und Daten Zeichen = Elemente zur Darstellung von Informationen Buchstaben (A bis Z) Zahlen (0 bis 9) Sonderzeichen (, . - ; : ? $ § “ ! & %) Daten = Zum Zweck der Verarbeitung gebildete Informationen Numerisch Alphanumerisch Datum/Zeit Logisch (wahr - falsch)

EVA EVA ist die grundlegende Verarbeitungsweise eines Computers Eingabe - Verarbeitung – Ausgabe EVA ist die grundlegende Verarbeitungsweise eines Computers

EVA-Prinzip am Beispiel Geldautomat Eingabe Scheckkarte Geheimzahl Funktion (z.B. gewünschter Betrag) Verarbeitung Prüfung Geheimzahl, Kontostand, eventuell sperren Ausgabe Karte Geldbetrag oder Hinweis, dass die Auszahlung nicht möglich ist Meldung über den aktuellen Kontostand

Das EVA-Prinzip - die Eingabe

Das EVA-Prinzip - Eingabe und Verarbeitung

Das EVA-Prinzip Ausgabe Eingabe Verarbeitung

EVA - Programme Für die Verarbeitung braucht es Programme (Software) Programme verarbeiten die Daten nach einer bestimmten Methode (Algorithmus) Die Daten müssen also nicht manuell verarbeitet werden. Sie werden automatisch verarbeitet  automatische Daten-verarbeitung

Begriff Informatik Information Automatik Zusammen  Informatik