Agenda für heute, 12. Mai 2010 Interaktionen von InformatikmittelnInteraktionen von Informatikmitteln Interaktion mit Anwender: Betriebsarten Interaktion mit Programmen:Datenformate Interaktion mit Prozessor:Programmierung Hilfsmittel für die Programmierung Webprogrammierung

Das heutige Thema im Kontext des Informationsarbeitsplatzes 2/35

Interaktionen von Informatikmitteln Drei Betriebsarten: Dialog Echtzeit Stapel Unzählige Datenformate: ".a" (Archiv bei UNIX) bis ".zvd" (Voice-Datei) Zwei Interaktionstypen: mit Anwendern (Betriebsart) mit Daten (Formate) Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich 3/35

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Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Anwender: Betriebsarten im Vergleich Dialogbetrieb 4/35 Interaktive Eingabe von Instruktionen und Daten Sofortige Ausgabe von Daten (< 0.1 sec.) Steuerung eines Programms während seiner Ausführung möglich Programme

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Anwender: Betriebsarten im Vergleich Echtzeitbetrieb 5/35 Kurze Reaktionszeiten (μsek.) Hohe Zuverlässigkeit (Redundanz) Messen, Regeln, Ablaufsteuerungen Programme

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Anwender: Betriebsarten im Vergleich Stapelbetrieb 6/35 Vollständig spezifizierter Auftrag wird selbständig ausgeführt Keine Möglichkeit, auf den Programmablauf einzuwirken Rechenintensive Arbeiten, Routineaufgaben (z.B. autom. Backup) Makros, Batch-Dateien (.BAT) Programmierung

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Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Standardisierung ermöglicht Datenaustausch 7/35 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)

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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. 8/35 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.

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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. 9/35 Obiger Text in einer RTF-Datei: {\rtf1\ansi\ansicpg1252 {\fonttbl {\f1\fnil\fcharset0\fprq0 Helvetica;} } {\colortbl; \red0\green102\blue102;

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Datenformate: Dokumente Portable Document Format (PDF). 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. Verwendet Bildkompressionsverfahren. 10/35

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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. Diese Auszeichnungssprache wurde vom World Wide Web Consortium weiterentwickelt und ist durch XHTML ersetzt worden. 11/35

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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. 12/35

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Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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 13/35 Algorithmen + Datenstrukturen = Programme

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Instruktionen und Programmierumgebungen 14/35 Anwendungs- Befehle der Anwendung + ev. Anweisungen einer programme:Programmiersprache (Bsp. Excel + VBA) Programmier-Anweisungen einer Programmiersprache + ev. vor- systeme:programmierte Elemente (Bsp. VBA + Steuerelemente) Betriebssystem:Anweisungen einer Kommandosprache (Bsp. Windows Eingabeaufforderung) Webseite:Anweisungen einer Skriptsprache (Bsp. PHP)

Problemstellung diktiert die Datenstrukturen Berechnungen:Variablen Fixe Listen:Felder (Arrays) Dynamische Listen: verkettete Variablen (Records) Permanente Daten:Dateien (Files) TAMIFU 6+13  19 xyz T2A3M4I5F6U  TAMIFU M output Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich 15/35

Problemstellung diktiert die Datenstrukturen Berechnungen:Variablen Fixe Listen:Felder (Arrays) Dynamische Listen: verkettete Variablen (Records) Permanente Daten:Dateien (Files) TAMIFU 6+13  19 xyz T2A3M4I5F7U  L TAMIFU M output Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich 16/35

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Strukturiertes Programmieren 17/35 Problemanalytiker haben festgestellt, dass Algorithmen, die mit Hilfe der drei elementaren Konstruktionselementen Sequenz, Fallunterscheidung und Wiederholung aufgebaut sind, besser verstanden werden als andere, bei denen mehr künstlerische Freiheit erlaubt ist. Um die Verwaltung grosser Programme zu vereinfachen, werden bestimmte Folgen von Instruktionen zusammengefasst in einem Unterprogramm (Subroutine) was auch ermöglicht, dass einmal geschriebener Code mehrmals wieder verwendet werden kann.

Programmieren: Mensch vs. Maschine xyz Programmtext (Quellcode) Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich 18/35 Maschinencode ?

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 Muss auf dem ausführenden Computer sein Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich 19/35

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Nobody's perfect: Fehlerquellen Mensch 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) 20/35 Maschine Ungenügende Programmierumgebung Leistungsschwacher Prozessor

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Debugger (Entstörer) 11/34 Sucht formale Fehler Prüft während der Ausführung Kann ein- oder ausgeschaltet werden 21/35

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Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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) 22/35

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Pseudocode Beispiel: Temperaturwerte sollen von Grad Fahrenheit in Grad Celsius umgerechnet werden read(F) subtrahiere 32 multipliziere mit 5/9 write(C) 23/35

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Flussdiagramme Die drei elementaren Konstruktionselemente für Algorithmen: Sequenz, Fallunterscheidung und Wiederholung lassen sich durch geeignetes Aneinanderreihen der folgenden drei Symbole grafisch darstellen: OperationFallunterscheidung 24/35 Eingabe/Ausgabe

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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 25/35 Angenommen, wir rechnen die Temperaturen nur um, falls sie über dem Gefrierpunkt sind, andernfalls geben wir eine Warnung aus.

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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 26/35 Nun möchten wir eine Umrechnungstabelle erstellen, die für jedes ganze Grad Fahrenheit zwischen 0 und 100 die entsprechende Temperatur in Celcius angibt.

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Struktogramme: Sequenz, Fallunterscheidung Sequenz Anweisung 1 Anweisung Anweisung n Fallunterscheidung Anweisung 1Anweisung 2 janein Bedingung b 27/35

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Struktogramme: Wiederholung Variable Schleife Solange Bedingung b führe aus Anweisungen Fixe Schleife Für i = Anfangswert bis Endwert führe ausAnweisungen 28/35

Struktogramme: Beispiele 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 Lösung einer quadratischen Gleichung. Mitteilung falls nicht lösbar (Diskriminante < 0). Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich 29/35

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Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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 30/35 Internet

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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, welche das Erscheinungsbild im Browser steuern Z.B. in Abhängigkeit von Mausaktionen oder von Zeitgebern (Animationen) 31/35

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich Clientseitige dynamische Webauftritte ClientServer 1. Anforderung 3. Antwort Dynamische Effekte für komfortable Benutzerschnittstellen 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 4. Bearbeitung 32/35

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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) 33/35

Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, 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!! 34/35

Programmieren kann bei allen Aufgaben des Informatik- Arbeitsplatzes eingesetzt werden! Datenverwaltung InformationserzeugungDatenverarbeitung Kommunikation 35/35 Informatik für Biol. & Pharm. Wissenschaften © Departement Informatik, ETH Zürich

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