Digitale Informationsverarbeitung (Magister) WS 01/02 Prof. Dr. Ralf Der Institut für Informatik Abt. Intelligente Systeme Hauptgebäude, 1. Stock, Zi. 2-53

Organisatorisches Klausur zum Semesterende Übungsblatt ca. 2-wöchentlich Aufgaben im Netz Abgabe der Lösungen jeweils 2 Wochen später, 5 Minuten vor der Freitagsvorlesung Regelmäßige Abgabe der Lösungen Zulassungsbedingung zur Klausur! Klausur zum Semesterende Die Klausur gilt als studienbegleitende Prüfungsleistung! Vorlesungsfolien im Netz unter http://www.informatik.uni-leipzig.de/~der/Vorlesungen/divfolien.html

Organisatorisches Übungsleiter: Dipl.-Ing. H.-P. Schötz (Zi 2-49) (Nebenfach) Dipl.-Phys. M. Holicki (Zi 3-44) (Hauptfach) Termine für Übungsgruppen: Mi 17.15 - 18.45 (NF - Schötz; SG 3-03) Do 17.15 - 18.45 (HF – Holicki; SG 3-03)

Inhalt der Vorlesung Gegenstand und Teilgebiete der Informatik. Informatik als Wissenschaft. Algorithmenbegriff und Berechnungsmodelle. Aussagenlogik & Schaltalgebra Rechneraufbau Informationstheoretische Grundlagen. Datencodierung (Fano). Digitale Datendarstellung Formale Sprachen und Grammatiken Syntaxdiagramme. BNF-Notation. Reguläre Sprachen und reguläre Ausdrücke. Die Sprache C. Elemente der imperativen Programmierung. Programmablaufstrukturen Iteration und Rekursion. Variablenbegriff. Unterprogrammtechniken. Sichtbarkeit und Lebensdauer von Variablen. Strukturierte Datentypen und Zeiger. Zeiger und Listen (einfach verkettet) Geschichte der Informatik

Empfohlene Lehrbücher Gumm/Sommer, Einführung in die Informatik, Oldenbourg 1998 Aho/Ullmann, Informatik, Thomson 1996 P. Rechenberg, Was ist Informatik?, Hanser Verlag, 19942 Richter/Sander/Stucky, Problem-Algorithmus-Programm, Teubner 1993 Weitere Lehrbücher: H.-J. Appelrath, J. Ludewig, Skriptum Informatik - eine konventionelle Einführung, Teubner Verlag, 3. Auflage, 1995 F.L. Bauer, G. Goos, Informatik 1, Springer, 1991 F.L. Bauer, G. Goos, Informatik 2, Springer, 1992 Engesser/Claus/Schwill, Informatik Duden, BI 1993 G. Hotz, Einführung in die Informatik, Teubner, 1990 T. Ottman, P. Widmayer, Algorithmen und Datenstrukturen, BI 1990 D. Roller, Informatik Grundlagen. Mit einer Einführung in PASCAL, Springer Lehrbuch, 1996 N. Wirth, Systematisches Programmieren - Eine Einführung, 6. Auflage, Teubner Verlag, 1993

Was ist Informatik? engl: Computer Science (manchmal: Computing Science) Informatik-Duden: Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen, besonders der automatischen Verarbeitung mit Hilfe von Digitalrechnern Studien- und Forschungsführer Informatik: Wissenschaft, Technik und Anwendung der maschinellen Verarbeitung und Übermittlung von Informationen Brockhaus: Wissenschaft, die sich mit der grundsätzlichen Verfahrensweise der Informationsverarbeitung und allg. Methoden der Anwendung solcher Verfahren befaßt Aho/Ullmann: Die Mechanisierung der Abstraktion Keine Angst vor Abstraktion! Sie ersetzt komplexe und detaillierte Situationen der realen Welt durch ein überschaubares Modell, mit dessen Hilfe Probleme gelöst werden können.

Was ist eine Wissenschaft? Eine Wissenschaft ist bestimmt durch ihren Gegenstand und ihre Methode. Wissenschaft ist jede intersubjektiv überprüfbare Untersuchung von Tatbeständen und die auf ihr beruhende, systematische Beschreibung und Erklärung. Informatik als Wissenschaft Gegenstand: Informationsverarbeitung i.a., speziell Algorithmen Software-Technik Anwendungen Hardware Methode: angemessene Repräsentation und Formalisierung von Information und ihrer Verarbeitung

Konzepte der Informatik Datenmodelle: Abstraktionen, die zur Beschreibung von Problemen verwendet werden. Beispiele sind Logiken, Bäume und Graphen. Datenstrukturen: Programmiersprachen-Konstrukte zur Darstellung der Datenmodelle. Beispiele sind Arrays, Zeiger, Funktionen, ... . In LISP ist der Baum eine eigene Datenstruktur. Algorithmen: Verfahren mit denen durch Manipulation von Datenmodellen (oder den assoziierten Datenstrukturen) Lösungen von Problemen erhalten werden können. Programm: Ein Algorithmus in einer dem Computer verständlichen Form

Informationsverarbeitung und Problemlösen mit dem Computer Algorithmus Programm Daten Rechner Lösung Algorithmus: Verfahrensvorschrift zur Ermittlung (Berechnung) von gesuchten aus gegebenen Größen unabhängig von Programmiersprache und Rechner

Teilgebiete der Informatik Theoretische I. Berechenbarkeit Automatentheorie Formale Sprachen Komplexitätstheorie Algorithmenanalyse Programmsynthese Praktische I. Algorithmen Datenstrukturen Programmiermethoden Programmiersprachen Compiler Datenbanken Betriebssysteme Angewandte I. Informationssysteme Künstliche Intelligenz Robotik Texttechnologie Computergraphik Simulation Modellierung Büro-Automation Anwendungen in Wirtschaft,Verwaltung, Medizin, Geistes-, Naturwissenschaften, ... Technische I. Schaltwerke Prozessoren Mikroprogrammierung Rechnerorganisation Rechnernetze

Informatikschwerpunkte in Leipzig Theoretische Informatik Gerber, Herre Funktionales Programmieren, Deduktion, logisches Prog. Praktische Informatik Rahm, n.n. Datenbanken, Informations- systeme, Parallelverarbeitung Autom. Sprachverarbeitung Heyer Texttechnologie, linguistische Informatik, elektronisches Publizieren, Intelligente Systeme Brewka, Der, Schierwagen Wissensrepräsentation, Inferenz- techniken, Neuroinformatik & Robotik Technische Informatik Kebschull Hochgeschwindigkeitsnetze Bildverarbeitung Saupe Computergraphik, Visualisierung Verteilte Systeme Irmscher Offene und mobile Systeme Medizininformatik Löffler, Winter Krankenhausinformationssys., Anwendungen in der Medizin Versicherungsinformatik Fähnrich, Koch Anw. im Versicherungswesen Medieninformatik n.n. Neu: Bioinformatik

Vorgeschichte der Informatik -700 -300 500 1202 1500 1524 1615 1623 1641 1674 1774 1805 1823 1886 Abakus Euklidischer Algorithmus Erfindung Dezimalsystem in Indien Leonardo v. Pisa (Fibonacci) verfaßt Einführung in dezimales Rechnen Dezimalsystem mit arabischen Ziffern in Spanien Adam Riese veröffentlicht Rechenbuch im Dezimalsystem Nepersche Rechenstäbe zum Multiplizieren Rechenmaschine von Schickard Addiermaschine mit 8 Rechenstellen von Pascal Rechenmaschine für 4 Grundrechenarten von Leibniz Hahns erste zuverlässig arbeitende mechanische Rechenmaschine Jacquards Webstuhl mit fester Programmsteuerung Babbage entwickelt difference engine, Programmsteuerungsprinzip Erfindung der Lochkarte durch Hollerith

Geschichte der Informatik: 1934 1941 1944 1946 1949 1954 1957 1960 1962 1971 1973 1980 1986 1990 Zuse plant programmierbaren Relaisrechner auf Basis des Dualsystems Zuse entwickelt elektromechanischen programmgesteuerten Rechner Z3 Aiken baut Mark I, sequentieller Rechner, Multiplikation: 6 s Mauchly/Eckert entwickeln ENIAC, Röhrentechnologie Edsac von Wilkes, erster Rechner mit gespeichertem Programm Rechner der 1. Generation (IBM 650, USA) Fortran (formula translator), 2. Generation, Transistoren, Ferritspeicher COBOL, ALGOL BASIC 3. Generation, integrierte Schaltungen, Mikroprozessoren, PASCAL Programmiersprache C Modula, Ada, PCs, Rechnernetze, Workstations Laptops, Parallel-Rechner optische Platten, Internet, World Wide Web

Wichtige Innovationen der Informatik: Idee des Algorithmus Dezimalsystem Rechenmaschine Programmierung programmierbare Rechenmaschine Duales Zahlensystem und binäre Rechenmaschine elektrotechnische/elektronische Realisierung der binären Rechenmaschine Einheitliche Speicherung von Daten und Programm im binären Rechner höhere Programmiersprachen Vernetzung und breite Anwendung (Digitalisierung)