Wirtschaftsinformatik I

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Wirtschaftsinformatik I
Grundlagen Hardware, Software
Prof. Dr. Frank Stößel
FHDW Bergisch Gladbach, 07.06.2006
Prof. Dr. Stößel; Wirtschaftsinformatik 1
Folie 1
Überblick Wirtschaftsinformatik I, 1. HQ
Einführung in das Intranet der FHDW Bergisch Gladbach
1. Grundlagen
1. Historie und Begriffe
2. Logik
3. Zahlensysteme und Codes
4. Codierung von Graphiken und Dateien
2. Hardware
1. Schematischer Computeraufbau
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
1. Definition und Abgrenzung
2. Programmiersprachen in der Übersicht
3. Standardapplikationen und ihre Anwendungsfelder
Praktische Übungen:
Tabellenkalkulation (MS Excel),
Präsentationserstellung
(MS Powerpoint)
Prof. Dr.
Stößel; Wirtschaftsinformatik 1
Folie 2
1
Überblick Wirtschaftsinformatik II, 2. und 3. HQ
Relationale Datenbanken
1. Theoretische Grundlagen
2. Anforderungen an Datenbankverwaltungssysteme
3. Entity-Relation-Ship Modell
4. Normalisierung
Internet
1. Historie
2. Dienste im Internet
3. Recherche im Internet
Praktische Übungen zu relationalen Datenbanken (MS Access)
Praktische Übungen zum Internet (Erstellung einer Homepage mit html4)
Folie 3
Weitere Informationen zur Vorlesung
Sprechstunden/Rückfragen Dozent
? Sprechzeit: Di., 11-12 h, Raum A28
? Per Telefon: 02202 / 95 27 369
? Per e-Mail: [email protected]
Literatur
? Baeumle-Courth, P., Nieland, S., Schröder, H., Wirtschaftsinformatik, München,
Wien 2004.
? Stahlknecht/Hasenkamp, Einführung in die Wirtschaftsinformatik, Berlin u.a.,
2002
? Hansen/Neumann, Wirtschaftsinformatik I, Stuttgart 2002
!
Folie 4
2
Gliederung WI1
1. Grundlagen
2. Logik
2. Hardware
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
Folie 5
Aufbau des Netzwerkes an der FHDW/BIB
Rechnerpools,
untereinander vernetzt
(gemeinsamer Zugriff auf
zentrale Ressourcen möglich).
Praktische Übungen finden in
einem der Rechnerräume
(Pools) nach vorheriger
Ankündigung statt.
Folie 6
3
Nutzung der FHDW/BIB-Infrastruktur (I)
e-Mail
? Ihre e-Mail Adresse (Beispiel):
[email protected]
wobei „xy“ Ihr Namenskürzel ist.
? Ihre Studiengruppe (Beispiel)
[email protected]
? Mailabruf:
webmail.bg.bib.
(auf den Pool-PCs unter Start, Kommunikation, Squirrel-Mail)
Extranet:
? Zugriff von außen auf FHDW Intranet, e-mail, Dateiverwaltung (FTP-Zugriff)
extranet.bg.bib.de
Intranet
? Erreichbar über die Webadresse:
http://www.bg.bib.de/FHDW/Intranet
? Wirtschaftsinformatik Online (Vorlesungsbereich im Intranet):
http://www.bg.bib.de/FHDW/Intranet/winformatik/intro.htm
Folie 7
Nutzung der FHDW/BIB-Infrastruktur (II)
Speicherplatz
? Ihr privater Speicherplatz (200 Mbyte) in der FHDW:
Intern:
Laufwerk G:
Extern:
Zugriff über das Extranet (extranet.bg.bib.de)
Externer Zugang muss einmalig freigeschaltet werden.
Dies funktioniert nur an einem Rechner in der FHDW.
Über den Extranet Zugang können per FTP Dateien von und zum persönlichen
Laufwerk (G:) ausgetauscht werden.
Homepage
? Der FHDW:
http://www.fhdw.de
Folie 8
4
Ausstattung und Öffnungszeiten der Pools
Ausstattung
Öffnungszeiten: Mo - Do:
8-20 h im Gebäude C,
8-17 h sonstige
Freitags:
8-18.30 h im Gebäude C, 8-17 h sonstige
Während der Schulferien gelten teilweise andere Öffnungszeiten!
Unterstützung bei Fragen / Problemen: [email protected]
Folie 9
Gliederung WI1
1. Grundlagen
2. Logik
2. Hardware
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
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5
Definition „Informatik“
Informatik setzt sich aus den Wörtern
Mathematik und
Information (eingeführt als Übersetzung aus dem engl. „Computer Science)
zusammen
und bezeichnet die Lehre der
Informationsverarbeitung mittels mathematischer Methoden.
=>
Informatiker
Programmierer
Informatik
Computerlehre
aber:
Informatik nutzt die Computertechnik zur effizienten
Informationsverarbeitung!
Folie 11
Gegenstände der Informatik
Quelle: Stahlknecht
Folie 12
6
Definition „Wirtschaftsinformatik“
Themen der (Kern-)Informatik:
? Theoretische Informatik
(Automatentheorie, Schaltwerktheorie, formale Sprachen)
? Praktische Informatik
(Programmiertechnologie, Übersetzerbau, Betriebssysteme)
? Technische Informatik
(Schaltungstechnologie, Mikroprogrammierung, Rechnerorganisation)
Wirtschaftsinformatik: mehr Informatikanwendung
Eigenes, interdisziplinäres
Fach zwischen
Betriebswirtschaftslehre
und Informatik.
Wirtschafts informatik
Informatik
BWL
Technik
Folie 13
Historie (I)
3. Jh. vor Chr.
Römisches Zahlensystem (z. B. MCMXCVII)
500
Grundlage für die Entwicklung zum Rechnen mit Maschinen
bildet das in Indien um 500 n. Chr. entstandene und über die
arabische Welt zu uns gelangte Hindu-Arabische Zahlensystem
mit den zehn Ziffern 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
1623
Der Theologe und Mathematiker Schickard entwickelt für den
Astronomen Kepler eine Rechenuhr, die auf dem Zählradprinzip
aufbaut. Damit sind Addition und Subtraktion möglich, wobei
mit sechs Stellen und einem Übertrag gearbeitet wird.
Der französische Mathematiker Blaise Pascal baut mit 19 Jahren
seinem Vater eine Addiermaschine mit sechs Stellen.
Erfindung des Rechenschiebers
1641
1650
1703
Gottfried Wilhelm Leibniz beginnt sich mit dem Dualsystem
(Zweiersystem) zu beschäftigen, das die Grundlage der heutigen
Datenverarbeitung bildet.
Folie 14
7
Rechenschieber
Folie 15
Historie (II)
1805
1833
Jacquard; gelochte Pappkarten zur Steuerung von Webstühlen.
Mathematik-Professor Charles Babbage entwickelt eine
mechanische Rechenanlage Difference Engine; die Architektur
dieser Anlage besteht aus einem Speicher (store), einem
Rechenwerk (mill), einem Steuerwerk (control), einer Ein-/
Ausgabeeinheit (in-/output) und einem in Form von Lochkarten
gespeicherten Programm.
1890
Hollerith führt im Rahmen der elften amerikanischen
Volkszählung die Lochkartentechnik ein,
1896
In Deutschland wird der Einsatz dieser Anlagen abgelehnt – u.a.
um 1.000 Hilfskräften Arbeit zu geben!
1936
Konrad Zuses Z1
1941
Z3, auf dem Dualsystem basierender Relaisrechner mit
Lochstreifenein- und –ausgabe; Programm in Form eines
Lochstreifens speicherbar.
1944/46
Mathematiker Neumann – fundamentale Prinzipien moderner
Rechenanlagen: ein Programm wird genau so wie die Daten
selbst gespeichert und es gibt bedingte Befehle und Sprünge mit
Vorwärts-/Rückwärtsverzweigung (also auch Wiederholungs strukturen, sog. Schleifen).
Folie 16
8
Lochkarte, Lochstreifen, Lochkartenleser
Folie 17
Folie 18
Konrad Zuse: Z3
9
Historie (III)
1952
Rechenanlagen werden an die Privatwirtschaft ausgeliefert;
deutsche Firmen beginnen (erneut) mit dem Bau von DV-Anlagen,
u.a. Zuse KG, Siemens, Standard Elektrik Lorenz, Telefunken,
VEB Carl Zeiss Jena.
1954
Erste höhere bei IBM entwickelte Programmiersprache: ForTran
1957
DV-Anlagen werden mit Transistoren (sog. E. Rechnergeneration)
statt mit Röhren gebaut.
1959/61
Common Business Oriented Language, COBOL
1962-64
Die sog. 3. Generation mit integrierten Schaltkreisen entsteht.
1969
Professor Niklaus Wirth: (Lehr-)Sprache Pascal
(Strukturierte Programmierung).
1970
Beginn der 4. Computergeneration mit hochintegrierten Schaltkreisen. Zykluszeiten nun im Nanosekundenbereich, zuvor Millisekundenbereich. Betriebssystem Unix und
Programmiersprache C. Einrichtung des ersten Lehrstuhl für
betriebswirtschaftliche Datenverarbeitung (heute
Wirtschaftsinformatik) an der Universität Erlangen/Nürnberg.
Folie 19
Historie (IV)
1971
1975
1980
1984
1989
1990
1995
1997
Erste Rechnerfernverbundnetze werden in Betrieb genommen.
ALTAIR 8800 – Erster Mikrocomputer (8-Bit-Prozessor)
PC (Personal Computer) mit Betriebssystemen CP/M und
MS-DOS.
Einführung von Bildschirmtext (Btx) in Deutschland
Beginn von ISDN (Integrated Services Digital Network)
Programmiersprache C++ - die objektorientierte Erweiterung
von C
Weltweiter Durchbruch des Internets
Programmiersprache Java
JavaOS – Java als Betriebssystemsprache
Folie 20
10
Moore‘s Gesetz: Exponentielles Leistungswachstum der Prozessoren
Quelle: Intel, 2004
Die Anzahl der Transistoren auf einer Halbleiterschaltung verdoppelt sich
ca. alle 18-24 Monate.
D.h.: Speicherkapazität und Rechnerleistung wächst exponentiell.
Aber: Grenzen der Miniaturisierung bei derzeitiger Technologie aufgrund von
Stomverbrauch/Wärmeentwicklung evtl. in einigen Jahren erreicht?
Folie 21
Gliederung WI1
1. Grundlagen
2. Logik
2. Hardware
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
Folie 22
11
Aussagenlogik und Prädikatenlogik
Formale Logik ist ein Mechanismus, um Bedingungen und Aussagen aus der
Problemstellung in eine DV-verarbeitbare Form zu bringen.
In der formalen Logik wird systematisch untersucht, wie man
? Aussagen miteinander verknüpft,
? formale Schlüsse zieht und
? Beweise führen kann.
Man unterscheidet
? Aussagenlogik und
? Prädikatenlogik (diese wird hier nicht weiter behandelt).
Folie 23
Aussagenlogik (I)
Grundelement: Aussagesätze
A:=„Düsseldorf ist die Landeshauptstadt von NRW“
B:=„Die FHDW hat ihren Hauptsitz in Paderborn“
C:=„Bergisch Gladbach liegt westlich von Köln“
Die „atomaren“ Aussagen können jeweils nur wahr (true) oder falsch (false) sein
(Wahrheitswert).
In der Aussagenlogik interessieren Zusammenhänge:
D:=(A und C)
[falsch, da bereits C falsch ist]
Folie 24
12
Aussagenlogik (II)
Definition:
Symbole, die Aussagensätze (oder kurz: Aussagen) repräsentieren, nennen wir
atomar oder Atome.
Jedem Atom kann man eindeutig einen Wahrheitswert (wahr oder falsch)
zuordnen.
Folie 25
Aussagenlogik: Wahrheitstabellen (Wahrheitstafeln)
Lesehilfe:
und-Verknüpfung: Die Gesamtaussage ist wahr, wenn sowohl Aussage A als auch Aussage B wahr ist.
oder-Verknüpfung: Die Gesamtaussage ist wahr, wenn entweder Aussage A und/oder A ussage B wahr
ist.
Implikation: Die Gesamtaussage (aus A folgt B) ist wahr, wenn Aussage A wahr ist und auch Aussage
B wahr ist. Ist A schon falsch, kann keine Aussage über B gemacht werden.
Äquivalenz: Die Gesamtaussage (aus A folgt B und aus B folgt A) ist dann erf üllt, wenn beide Aussagen
(A und B) wahr oder beide falsch sind (Symmetrie)
Folie 26
13
Aussagenlogik: Wahrheitstabellen (Wahrheitstafeln)
Anwendung:
Die Regeln der Wahrheitstabelle werden z.B. bei Tabellenauswertungen
(z.B. MS Excel) oder auch Datenbankabfragen verwendet.
Beispiel für eine Implikation (A => B)
•
Sie sind Wahlforscher und analysieren die Wahlergebnisse der letzten Kommunalwahl. Sie
möchten folgende Hypothese prüfen:
„Wähler unter 20 Jahren (Aussage A)
wählen die Partei der Gr ünen (Aussage B)“
•
Ihre Hypothese wird also gestützt (die Aussage A=>B ist wahr), wenn aus ihrem Datenmaterial
hervorgeht, dass der Wähler unter 20 Jahre alt ist (Aussage A ist wahr) und er die Grünen
gew ählt hat (Aussage B ist wahr)
•
Für den Fall, dass der Wähler älter als 20 ist (die Aussage A ist also falsch), haben Sie keine
prüfbare Hypothese aufgestellt => also braucht Ihre o.g. Ausgangs -Hypothese auch nicht
verworfen zu werden.
Folie 27
Gliederung WI1
1. Grundlagen
2. Logik
2. Hardware
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
Folie 28
14
Zahlensysteme: Stellenwertsysteme (1)
? Das Dezimalsystem ist ein Stellenwertsystem , weil sich der Wert einer Zahl
? aus dem Wert der einzelnen Ziffern und
? aus deren Stellung innerhalb der Zahl bestimmt.
? z.B. „213“: Ziffer 2 steht für Wert 200, 1 steht für 10 und 3 steht für Wert 3
? Eine Menge, die nur aus zwei Zeichen besteht, nennt man binäres System
(z.B. Morsealphabet, Fußgängerampel, ...).
Sind die beiden Zeichen die Ziffern 0 und 1, spricht man von einem Dualsystem (dualen
Zahlensystem)
? Beispiel der Darstellung der Zahl 409:
? im Dezimalsystem:
40910
? im Dualsystem: 1100110012
= 4x102 + 0x101 + 9x100
= 1x28 + 1x27 + 0x26 + 0x25 +1x24 +
1x23 + 0x22+ 0x21 +1x20
? Ein Computer arbeitet intern nur mit zwei Zeichen: 1 und 0
Folie 29
Zahlensysteme: Stellenwertsysteme (2)
? Dualzahlen sind für den Menschen unübersichtlich zu lesen. Daher wandelt man die duale
in eine höherwertige Darstellung um, allerdings nicht immer in Dezimalzahlen:
? Dualsystem: (Basiszahl 2):
0, 1
? Oktalsystem : (Basiszahl 8):
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
? Dezimalsystem (Basiszahl 10):
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
? Hexadezimalsystem (Basiszahl 16): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F
? Beispiel:
274110 = 101010110101 2 = 52658 = AB516
? D.h.: (ganze) Zahlen lassen sich als „echte“ Dualzahlen darstellen. Zusätzlich ist noch ein
bit für ein Vorzeichen vorzusehen. Die Länge der Dualzahl hängt von der Länge der
Dezimalzahl ab.
Folie 30
15
Zahlensysteme: Darstellung Anzahl möglicher Werte
Potenz
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
32
64
Dualsystem
Basiszahl: 2
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1.024
2.048
4.096
8.192
16.384
32.768
65.536
131.072
262.144
524.288
1.048.576
4.294.967.296
18.446.744.073.709.600.000
Oktalsystem
Basiszahl:8
8
64
512
4.096
32.768
262.144
2.097.152
16.777.216
134.217.728
1.073.741.824
8.589.934.592
68.719.476.736
549.755.813.888
4.398.046.511.104
Hexadezimalsystem
Basiszahl: 16
16
256
4.096
65.536
1.048.576
16.777.216
268.435.456
4.294.967.296
68.719.476.736
Bezeichnung Repräsentationsgröße
Bit
1 Bit
Byte
8 Bit
Halbwort
16 Bit
Wort
32 Bit
Doppelwort
64 Bit
Ein Bit (Abkürzung für binary digit) bezeichnet ein Zeichen, das genau einen von zwei
möglichen Werten annehmen kann. (Stromspannung ein / aus)
Folie 31
Zahlensysteme: Darstellung von Buchstaben, Sonderzeichen
? Der Computer verarbeitet nicht nur Zahlen, sondern auch Buchstaben.
Auch Buchstaben müssen in binäre Form umgesetzt („codiert“) werden.
? Verwendet wurde hierfür traditionell der ASCII-Code (IBM-Standard)
(American Standard Code for Information Interchange)
? ASCII-Code besteht aus Folgen von je 8 Bit
? Die Zusammenfassung einer Folge von 8 Bit ergibt ein Byte
8 Bit = 1 Byte
? Mit 8-Bit-Codes können 28 = 256 verschiedene Kombinationen gebildet werden. Das reicht für
? 10 Ziffern
? 26 Buchstaben
? Groß-/ Kleinschreibung
? Sonderzeichen, nationale Sonderzeichen
? modernere / andere Codes:
? EBCDI (Extended Binary Coded Decimals Interchange Code , basiert auf 8 Bit, nur für
Großrechner)
? Unicode (16/32 Bit Standard) derzeitig verbreiteter Code, international eindeutige
Zeichenzuordnung möglich (keine Doppeltbelegungen wie bei ASCII)
Folie 32
16
Codierung von Daten: Bits und Bytes (II)
Folie 33
Zahlensysteme: ASCII-Tabelle
Zeichen
Bitmuster
ASCII-Wert
F
01000110
70
H
01001000
72
D
01000100
68
W
01010111
87
Folie 34
17
Zahlensysteme: Zeichensatztabelle MS Office
Folie 35
Codierung von Daten: Bits und Bytes (I)
? I.d. R. wird ein Zeichen mit Hilfe eines Bytes
codiert.
? Damit lassen sich mit 1 Byte 256 verschiedene
Zeichen darstellen.
? Zur Zeichendarstellung braucht man jedoch nur
ca. 60 Zeichen (Alphabet, Ziffern und einige
Sonderzeichen).
=> 8 Bit sind heute gängig und finden im ASCII
Code Einzug (7 Bit für die eigentlichen Zeichen,
1 Bit für das Vorzeichen)
Folie 36
18
Codierung von Daten: Bits und Bytes (III)
Daten (Informationen) werden in DV-Anlagen digital abgespeichert,
d.h. als eine Folge von 0 en und 1 en (Bits).
1 Bit
=
0 oder 1
1 Byte
=
8 Bit
20
210
220
230
240
250
260
Folie 37
Vor- und Nachteile des Dualsystems
? Vorteil des Dualsystems:
? einfache Realisierung der Schaltung (ein/aus) auf Hardware-Ebene
Es müssen nur zwei Zustände realisiert werden, beim Dezimalsystem wären 10
Zustände nötig
? Einfache elektronische Schaltung führt zu hohen Rechengeschwindigkeiten
? Umstand, dass man zur Darstellung großer Zahlen im Dualsystem mehr Ziffern
benötigt als z.B. im Dezimalsystem, fällt nicht ins Gewicht.
? Nachteil des Dualsystems:
? aus hoher Stellenzahl resultiert schwierige Verständlichkeit für den Menschen
? daher Umwandlung in höhere Zahlensysteme
Folie 38
19
Analog / Digital
Analoge und digitale Darstellungsform:
Zeichen oder stetige Funktion, die Informationen nach bestimmten Regeln
oder Verabredungen zum Zweicke der Verarbeitung darstellen:
? digitale Daten: bestehen aus aufeinanderfolgenden Zeichen, wie bei Wörtern
und Zahlen
? analoge Daten: entsprechen kontinuierlichen Funktionen und werden durch
physikalische Größen dargestellt, die den beschreibenden Sachverhalt
repräsentieren und stufenlos veränderbar sind.
? Im Gegensatz zu analogen Daten können digitale Daten komprimiert
übertragen und von Störungen „gesäubert“ werden =>
höhere Kapazität der Übertragungswege, bessere Qualität, weniger
Speicherplatz
Folie 39
Analog / Digital
Umwandlung von analogen zu digitalen Daten
? Grundproblem bei der Umwandlung von analogen in digitale Daten:
Unendlich bzw. großer
Wertevorrat an
analogen Daten
Abrenzbare digitale
Teilmenge der
analogen Daten
? Der Wertevorrat von analogen Größen ist im Gegensatz zu digitalen Größen
„unendlich“ groß. Deshalb stellt die Digitalisierung der analogen Daten nur eine
Approximation dar.
? Das bedeutet, dass digitale Daten nicht im vollen Umfang die analogen Daten
abbilden können, es existiert immer ein Datenverlust.
Folie 40
20
Analog / Digital
Eine Technik der Umwandlung ist die PCM-Technik (pulse code modulation).
? Dabei werden in einem bestimmten Intervall die analogen Daen in eine abzählbare
Menge umgewandelt (Quantisierungsstufe) und danach in digitale Signale
konvertiert (digitalisiert).
? Diese Technik wird z.B. beim digitalen Telefonieren verwendet.
PCM-Technik
Folie 41
Gliederung WI1
1. Grundlagen
2. Logik
2. Hardware
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
Folie 42
21
Codierung von Dateien (I)
In Dateien wird mehr als nur die Summe der in eine Datei dargestellten Zeichen
dargestellt.
Es gibt eine Vielzahl von Dateiformaten, da Hersteller von Software darauf
bedacht sind, ihre Kunden zu halten => proprietäre Formate.
In den meisten Betriebssystemen hat es sich durchgesetzt, Dateien anhand der
Dateiendung zu klassifizieren
(*.doc, *.xls, *.gif, *.txt, *.pdf, ...)
Folie 43
Codierung von Dateien (II)
In Dateien wird mehr als nur die Summe der in eine Datei dargestellten Zeichen
dargestellt.
Folie 44
22
Codierung von Dateien (III)
Es gibt eine Vielzahl von Dateiformaten, da Hersteller von Software darauf
bedacht sind, ihre Kunden zu halten => proprietäre Formate.
Es haben sich aber Austauschformate entwickelt. Mit denen man unabhängig
vom Hersteller Informationen und Formate austauschen kann.
Voraussetzung: Offenlegung des Formats!
? RTF (Rich Text Format) zum Austausch zwischen
Textverarbeitungsprogrammen.
? HTML (Hypertext Markup Language) zum internetbasierten
Informationsaustausch.
? PDF (Portable Document Format) von Adobe. „Quasi-Standard“ zum
Austausch von DTP Dokumenten (Bild und Text).
Folie 45
Codierung von Bildern (I)
Bilder sind durch eine Vielzahl von Informationen auf engstem Raum
geprägt => hohe Anzahl von Daten/Bits.
Pixel- / Rastergrafik (Bitmap)
Vektorgrafik
Bytes = Anzahl Pixel *
Informationen zum Pixel (FarbeRGB)
Bytes = Anzahl Objekte *
(Startvektor + Zielvektor +
Malmethode)
Bild als Matrix von Punkten:
jeder Bildpunkt drückt einen
bestimmten Farbwert aus
Bildobjekte werden einzeln
mathematisch definiert
Folie 46
23
Grafik
Farbenraum
Kein Gerät kommt an das Wahrnehmungsvermögen des Auges heran!
? Verschiedene Geräte stellen Farben unterschiedlich
dar:
Dias (Foto) stellen die meisten Farben dar.
Bildschirme arbeiten auf der Basis des RGBFarbenraumes (RGB: rot, grün, blau).
Drucker benutzen den CMYK-Bereich.
(CMYK: cyan, magenta, yellow, black)
Scanner und (Digital-)Kameras benutzen
prinzipiell den RGB-Farbenraum, weisen aber
eigene Charakteristika auf.
RGB-Farbenraum
Fotografie
CMYK-Bereich
Folie 47
Grafik
Farbmodell
Ein Farbmodell ist die Spezifikation eines 3D-Koordinatensystems und einer
Untermenge darin, in der alle sichtbaren Farben eines bestimmten Farbbereichs
liegen (z.B. bei RGB-Modell: Rot-Grün-Blau)
Achtung: Ein Farbmodell enthält nicht unbedingt alle wahrnehmbaren Farben!
Folie 48
24
Grafik: RGB-Farbmodell
? Das RGB-(Rot-Grün-Blau-)Modell ist das meistverwendete Modell zur
Ausgabe auf Displays (aktiv lichterzeugender Medien).
? Farbraum des RGB-Modells ist ein Würfel mit der Kantenlänge 1.
Blau-Achse
Grün-Achse
Rot -Achse
? Bestimmte sichtbare Farben können im RGB-Modell nicht dargestellt
werden.
Folie 49
Grafik: Beispiel für ein additives Farbmodell (RGB)
?Rot Grün Blau (RGB) ist ein additives Farbmodell, bei dem sich die
Grundfarben zu Weiß addieren (Lichtmischung).
?Drucker und Bildschirme unterscheiden sich grunds ätzlich in der Art ihrer
Farbdarstellung
?Während Bildschirme von einem schwarzen Schirm ausgehend durch
aktivieren der Elektronenstrahlen rote, blaue und gründe Punkte zum
Leuchten bringen (daher auf Displays das additive RGB-Modell),
?gehen Drucker von einem weißen Blatt Papier aus und legen die Farbe
durch Mischung der Farben Gelb, Zyan und Magenta fest (also das
subtraktive CMYK-Modell)
Folie 50
25
Grafik: CMYK-Modell
? Das CMYK-(Cyan-Magenta-Yellow-Black)Modell ist das meistverwendete
Modell zur Ausgabe auf Druckern.
? Die Farbmischung im CMY-Modell erfolgt subtraktiv, d.h. die spektralen
Intensitäten der einzelnen Lichtkomponenten werden entsprechend dem
Farbwert aus dem weißen Licht entfernt.
? Farbraum des CMY-Modells ist ein Würfel mit der Kantenlänge 1.
Gelb-Achse
Magenta- Achse
Cyan-Achse
? Farbbereich im CMY-Modell ist kleiner als im RGB-Modell, d.h. nicht alle am
Bildschirm angezeigten Farben können i.d.R. mit einem angeschlossenen
Farbdrucker ausgedruckt werden.
Folie 51
Codierung von Bildern (I)
Die hohe Anzahl von notwendigen Bytes zur Speicherung von Bildern kann
durch Kompressionsverfahren abgefangen werden.
Man unterscheidet verlustfreie und verlustbehaftete Verfahren.
Verlustfrei:
Verlustbehaftet:
xxxxxxxxxx = 10x (RLE, LZW, CCITT)
„runden“ von Informationen (z.B. JPG)
Folie 52
26
Codierung von Bildern (II)
z.B.
.jpg
z.B.
.gif
z.B.
.bmp
Folie 53
Codierung von Bildern (III): Beispiel GIF (LZW -Kompression)
?GIF-Format beruht auf der LZW-Kompression, Es handelt sich um eine
verlustfreie Kompression, das dekompremierte Bild sieht genauso aus wie
das Original.
?Das Prinzip dabei lautet:
- Folgen von Pixeln gleicher Farbe in einer Zeile werden durch einen
Tabelleneintrag ersetzt, der Farbe und Länge angibt.
- Taucht die gleiche Folge mehrmals auf, genügt ein Verweis auf den
Tabelleneintrag (Zeilenkompression).
Die dritte Reihe wird codiert als:
1 mal weiss,
1 mal gelb,
5 mal rot,
2 mal gelb,
1 mal grün,
für die Reihen 4 bis 6 genügt der
Verweis „ wie Reihe 3“
? Je mehr gleiche Zeilen, desto besser die Kompressionsrate!
Folie 54
27
Gebräuchliche Bildformate (I)
Format
Extension
Farben, Bildgröße, Kompression usw.
Raster
Vektor
Windows Bitmap
bmp
Farbtiefe: 1-Bit (schwarz-weiss), 4-Bit (16
Farben), 8-Bit (256) oder 24-Bit (16,7 Mio.);
meist keine Kompression (oder RLE);
maximale Bildgröße 65536 x 65536 Pixel
R
CompuServe
Graphics
Interchange
Format (GIF)
gif
Farbtiefe: 1 bis 8 Bit (maximal 256 Farben);
Kompression: LZW;
maximale Bildgröße: 65536 x 65536 Pixel;
Besonderheit: die modernere „89a“-Version des
GIF-Formates kann auch transparent Graphiken
verwalten sowie „animierte GIFs“, also Dateien,
in denen mehrere Bilder gespeichert sind, die
von geeigneter Software als keine „Diashow“
abgespielt werden.
GIF ist eines der im Internet (WWW)
gebräuchlichen Formate.
R
Folie 55
Gebräuchliche Bildformate (II)
Format
Extension
Raster
Vektor
JPEG File
Interchange
Format (JFIF)
jpg
jpeg
Farbtiefe: bis 24-Bit;
Kompression: JPEG;
maximale Bildgröße 65536 X 65536 Pixel;
JPEG ist eines der im Internet (WWW)
gebräuchlichen Formate.
R
Kodak Photo
CD
pcd
Farbtiefe: bis 24-Bit;
kodak-eigenes Kompressionsverfahren;
maximale Bildgröße 3072 x 2048 Pixel;
verwendet für alle Photo-CD-ROMs ..
R
PC Paintbrush
File Format
pcx
Alle Ausprägungen wie Bitmaps (s.o.)
R
Folie 56
28
Gebräuchliche Bildformate (III)
Format
Extension
Targa Image
File (TIFF)
tga
Farbtiefe: 1 bis 24-Bit;
R
Kompression: keine, RLE, LZW, CCITT sowie
JPEG;
maximale Bildgröße ca. 4 Milliarden Bildzeilen;
Besonderes: mehrere Bilder in einer einzigen
Datei möglich!
Dieses Format wird häufig von Scanner-Software
zur Abspeicherung von Photos verwendet..
Postscript
(PS), Encapsulated
Postscript
(EPS)
ps
eps
Postscript ist eine Seitenbeschreibungssprache
von der Firma Adobe; speziell geeignet für die
Ausgabe auf dafür zugeschnittene Drucker
(PostScript-Drucker).
V
CorelDraw
cdr
Eigenes (proprietäres ) Graphikformat der Firma
Corel Corp. Für ihr Programm „CorelDraw“.
V
Raster
Vektor
Folie 57
Gliederung WI1
1. Grundlagen
2. Logik
2. Hardware
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
Folie 58
29
Grundbegriffe
Was ist ein Computer?
Im täglichen Sprachgebrauch sind viele
Automaten = „Computer“.
Beispiel: Fahrkartenautomat, Unterhaltungselektronik, Geldautomat
Computer = Universelle Automaten / Maschinen
nach DIN: Ein Rechner (engl. Computer) ist eine Funktionseinheit zur
Verarbeitung von Daten, nämlich zur Durchführung
mathematischer, umformender, übertragender und speichernder
Operationen.
Merkmale von Computern:
? Freie Programmierbarkeit
? Rückführung aller Operationen auf einfache
(binäre) Regeln
? ...
Folie 59
Einige Grundbegriffe (DIN 44300)
Information
Wissen, das für einen bestimmten Zweck relevant ist.
Zeichen
Elemente zur Darstellung von Informationen.
Alphabet
Linear geordneter Zeichenvorrat
Daten
Informationen in maschinell verarbeitbarer Form.
Datenträger
(Technisches) Medium zur Aufbewahrung von Daten.
Algorithmus
Endliche Folge eindeutiger Anweisungen zur Lösung
eines Problems.
Programm
Algorithmus in einer der Maschine übermittelbaren
Form.
Programmiersprache
Mittel zur eindeutigen Formulierung eines Algorithmus.
Datenverarbeitungssystem Funktionseinheit zur Verarbeitung von Daten,d.h. zur
Durchführung mathematischer, umformender, übertragender
und speichernder Operationen.
Folie 60
30
Begriffsdefinition
Unter „Hardware“ versteht man alle technischen Geräte einer Rechenanlage,
welche zur Durchführung von DV-Aufgaben notwendig und sinnvoll sind:
Hauptaufgaben:
Datenspeicherung
Dateneingabe
Datenverarbeitung
Datenausgabe
Folie 61
Funktionaler Aufbau eines Rechners
Folie 62
31
Wesentliche Komponenten eines Computers
Zentraleinheit
CU – Central Unit; Prozessor und Zentralspeicher
Datenwege/Bus Verbindungssystem zum Datenaustausch
- interner Bus: Datenwege innerhalb des Prozessors
- externer Bus: Alles anderen Datenwege
Peripherie
Alles, was nicht zur Zentraleinheit gehört.
Ein-/Ausgabe
prozessor
Prozessor zur Datenübertragung zwischen peripheren
Einheiten und dem Zentralspeicher
Folie 63
Rechnerschaubild
Quelle: Hansen/Neumann, 2001, S. 37
Folie 64
32
Zentraleinheit eines PCs
Hauptspeicher
Steckplatz für
Prozessor
Dateneingabe
und
Datenausgabe
Folie 65
„von-Neumann-Architektur“
Folie 66
33
Komponenten eines Computers: Zentralprozessor (CPU)
? Prozessor wird auch als CPU (Central Processing Unit) bezeichnet
? wird auf dem Mainboard montiert, entweder in einen Sockel oder in einen Slot
gesteckt. Des weiteren muss ein Lüfter darauf montiert sein, da die CPU sich bei
Gebrauch stark erwärmt
? Prozessor ist ein System von Transistoren
(im Prinzip elektrischen Schaltern),
das das Rechnen im Binärsystem
ermöglicht (hierbei entspricht etwa die
Schalterstellung "aus" oder "off" dem
Zustand 0, die Stellung "an" oder "on„
dem Zustand 1)
? Lange Zeit war Prozessorgeschwindigkeit
direkt mit der Taktfrequenz verknüpft.
Heutige Taktratensteigerung ist
für den Anwender nicht mehr spürbar,
Frequenz von 1,7 GHz eines Pentium 4
wird nicht mehr ausgereizt.
? Bekannte Hersteller:
Intel (Pentium), AMD (Athlon)
Folie 67
Komponenten eines Computers: Zentralprozessor
Zentralprozessor :
CPU – Central Processing Unit:
Umfasst Leit- und Rechenwerk sowie
den internen Bus für den Datenaustausch
Rechenwerk :
ALU – Arithmetical Logical Unit
Rechen-, Vergleichs - und Transportbefehle formuliert in einer
Maschinensprache
Steuerwerk:
Leitwerk, Control Unit
Steuert die Ausführung der Befehle durch die ALU;
Durchlaufsteuerung mittels Taktgeber (Pulsgenerator zur
Synchronisierung von Operationen)
Folie 68
34
Komponenten eines Computers: CPU, Steuer-/Rechenwerk
Folie 69
Komponenten eines Computers: Hauptspeicher
Hauptspeicher
Funktionseinheit zur Aufbewahrung von Daten
Arbeitsspeicher:
auch genannt Zentralspeicher, manchmal auch Hauptspeicher
RAM=Random Access Memory
Festwertspeicher: ROM=Read Only Memory
Folie 70
35
Komponenten eines Computers: Hauptsp., Arbeitsspeicher / RAM
Schreib-/Lesespeicher, so genannte RAM
(Abkürzung aus dem Engl.: random access memory)
? Speicher, in dem die laufenden Programme und die von diesen benötigten
Daten gehalten werden.
? Aus dem RAM entnimmt der Zentralprozessor beim Programmablauf
schrittweise die Instruktionen und die darin adressierten Daten, führt die
verlangten Oberationen aus und gibt deren Ergebnisse an den Arb.speicher
zurück.
? Der Arb.speicher ist direkt adressierbar,
d.h. jede Speicherstelle, die ein Byte
aufnehmen kann, hat eine eigene Adresse
(sog. Speicher mit wahlfreiem Zugriff). Die
Anzahl der speicherbaren Bits bestimmt
die maximale Größe.
? Der Arbeitsspeicher ist auf eine externe
Stromversorgung angewiesen
(flüchtiger Speicher, nicht persistent).
Folie 71
Komponenten eines Comp.: Hauptsp., Festwertspeicher / ROM
Nur-Lesespeicher beziehungsweise Fest(wert)speicher, sogenannte
ROM (Abkürzung von engl.: read only memory)
? Speicher, der während des normalen Speicherbetriebs nur gelesen werden
kann.
? Typische Funktionen: Steuerinformation für elementare
Maschinenoperationen, häufig genutzte Funktionen
? Bei PCs ist im ROM auch das grundlegende Ein- und Ausgabesystem (BIOS
basic input outputsystem) gespeichert
? Gespeicherte Information ist entweder unveränderbar oder kann geändert
werden
Varianten: nach Möglichkeit der Wiederbeschreibbarkeit
FROM (factory -),
PROM (programmable-),
EPROM (erasable-),
EEPROM (elektronical erasable-),
Flash, ...
? ROM ist ein persistenter Speicher,
d.h. ihr Inhalt bleibt auch bei
Stromausschaltung erhalten
Folie 72
36
Komponenten- Details: Chip (für Prozessoren, Speicher)
Chip
? Halbleiterplättchen (meist aus Silizium)
? 500 mm 2 Fläche und wenige Zehntel mm Dicke
? enthält Tausende bis
Millionen von elektronischen Bauelementen
(Widerstände, Dioden und
Transistoren) für Logik(Verknüpfungs -) und/oder
Speicherfunktionen
? Ein Prozessor, der auf einem Chip
untergebracht ist, heißt Mikroprozessor
? Mikroprozessoren werden nach ihrer internen Verarbeitungsbreite in 8-Bit, 16-Bit,
32-Bit und 128-Bit-Prozessoren eingeteilt
(Verarbeitungsbreite: Größe eines Datenelements, das durch einen primitiven
Prozessorbefehl (z.B. Addition) verarbeitet werden kann)
Folie 73
Folie 74
Speicher-Hierarchie
37
Details: Überblick Speichermedien
Folie 75
Details: Externe Speicher, Innenansicht einer Festplatte
Folie 76
38
Rechner-Architekturen
Folie 77
Mehrprozessor-Systeme
Mehrprozessorsystem (engl.: multi-processor system):
mehrere Zentralprozessoren arbeiten zusammen.
? Eng gekoppelt:
?gemeinsamer Speicher
?Rasche Verbindungen
?Beschränkt auf einige Prozessoren
(2-16)
? Lose gekoppelt:
?jeweils eigene Arbeitsspeicher
?Verbindungen langsamer (z.B. LAN, oder Internet -> GRID)
?(nahezu) beliebig viele Prozessoren
? Massiv parallele Rechner:
?bis zu mehrere tausend Prozessoren
?mit jeweils eigenem Arbeitsspeicher
?mit individuellen, sehr schnellen Verbindungen
Folie 78
39
Mehrprozessor-Systeme: Server (generell)
? Definition Server:
? Server ist ein Programm, das andere Programme (clients ) im selben oder in
anderen Rechnern mit Diensten versorgt.
Der Rechner, auf dem ein Serverprogramm läuft, wird ebenfalls häufig Server
genannt.
? Leistung:
? erhöhte Leistung:
? 256 MB – 128 GB Arbeitsspeicher
? 40 GB – 20 TB Festplatte
? verwalten von mehreren Benutzern zur Bereitstellung mehrfach genutzter
Ressourcen
? Anzahl der möglichen zugreifenden Rechner abhängig von Leistung und Software
? Arten
? nach Zahl der Benutzer (Arbeitsgruppen-, Abteilung-,
Unternehmensserver)
? nach der Plattform (PC-/Windows basiert, Linux-,
64-BIT-RISC basiert, ...)
? nach Einsatzzweck (Druckserver, Datei-, E-Mail-...)
Folie 79
Mehrprozessor-Systeme: Unternehmens-Server
? Aufgaben:
? dienen als Datenbank- und Anwendungsserver zur Unterstützung betrieblicher
Leistungsprozesse
? sind in größeren Organisationen zu finden, z.B. Banken, Versicherungen,
Behörden ...
? Ausstattung, Preis
? Arbeitsspeicher 128 GB, 4 bis 128 Prozessoren
? Betriebssysteme: Unix; Windows 2000 Datacenter Server, proprietäre Systeme
? Preis: bis 1,2 Mio EUR
? Anzahl Nutzer (abhängig von Anwendungsgebiet)
? typischerweise über 100,
? bedient alle Benutzer eines Unternehmens
Folie 80
40
Mehrprozessor-Systeme: Hochleistungs-Server (Superrechner)
? Aufgaben:
? leistungsstärkste Rechner (HPC-Rechner: High Performance Computing Server)
? Einsatzgebiet hauptsächlich technisch-wissenschaftlicher Bereich (z.B.
Luftfahrtechnik, Automobilbau ...)
? Ausstattung, Preis
? 100 – 1.000 64-BIT-Prozessoren
? Rechnerarchitektur: Vektorrechner, Parallelrechner
? Preis ca. 1,8 - 3 Mio EUR
? Arten
? SIMD-Maschinen (Single Instruction, multiple data)
ein oder mehrere Prozessoren, die im Gleichschritt
dieselben Befehle auf verschiedenen Daten
ausführen; d.h.: ein Befehl manipuliert viele Daten
? MIMD-Maschinen (Multiple instruction; multiple data)
Mehrprozessorsysteme, deren Prozessoren
gleichzeitig mehrere Befehlsströme auf
verschiedene Daten ausführt.
? Hersteller: IBM; Sun; Cray, ...
Folie 81
Gliederung WI1
1. Grundlagen
2. Logik
2. Hardware
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
Folie 82
41
Peripherie - Eingabegeräte
Tastatur: temporäre Informationsübertragung
Maus: permanente Informationsübertragung
Scanner: hohe Informationsdichte
Hochleistungsscanner, z.B. für DMS (Data Management
System = Archivierung von Papieren
in DV-lesbarer Form)
Mikrofon: Spracheingabe (Spracherkennungs software notwendig)
Folie 83
Peripherie - Ausgabegeräte
Drucker / Papier
Monitore (LCD/TFT und Röhren)
Video-Beamer
Speichermedien
Akustische Ausgabe
Folie 84
42
Peripherie – Standardschnittstellen eines PC (I)
Serielle Schnittstelle (RS232C): „älteste“ standardisierte
Schnittstelle. Früher für Terminals
(VT-100), dann für ältere Maus-Modelle, heute Allzweckschnittstelle, hauptsächlich zur Steuerung/Einstellung von Peripherie (z.B. TK-Anlagen-Steuerung):
DOS-Bezeichnung: COM-Port
Datenübertragung erfolgt seriell (2 Hauptleitungen)
Parallele Schnittstelle: Standardanschluss von
Arbeitsplatzdrucker, aber auch Scannern und ZIPLaufwerken.
Schnellere Übertragung durch paralleles Senden über
mehrere Kabel.
DOS-Bezeichnung: LPTn
Folie 85
Peripherie – Standardschnittstellen eines PC (II)
Universal Serial Bus (USB): Neuer Standard für Low-End
Geräte aller Art. Arbeitet nach dem Bus -Prinzip.
Gleichzeitiger Anschluss mehrerer Geräte an einem
Anschluss! Guter Datendurchsatz.
Grafikkartenausgang (VGA): VGA hat sich als Standard
unter den Grafikkartenformaten etabliert. Jeder
Standardmonitor verfügt über eine VGA-Schnittstelle. 14poliger Stecker.
PS2: Standardisierte Schnittstelle für Tastatur und Maus.
Soundkarte: 3,5 cm Klinkenstecker für diverse Audioeinund –ausgabegeräte wie Lautsprecherboxen, Mikrofon,
Line-In/Out.
Folie 86
43
Peripherie – Drucker(arten)
Tintenstrahldrucker: Homeoffice und Arbeitsplätze mit
geringer Druckquote, aber hohen Qualitätsansprüchen.
Einfache Farbdrucke im Office-Bereich. Geringe
Druckgeschwindigkeit.
Laserdrucker (B/W): Arbeitsplatzdrucker oder
Netzwerkdrucker. Hoher Druckdurchsatz, akzeptable
Wartungskosten, wartungsfreundlich.
Laserdrucker (color): Arbeitsplatzdrucker oder
Netzwerkdrucker. Hoher Druckdurchsatz, i.d.R. hoher
Wartungsaufwand (Farbjustierung). Hohe
Anschaffungskosten, hohe Kosten pro Seite. Evtl.
Spezialmedien erforderlich.
Plotter: Für großformatige Drucke (A1/A0). Hohe
Anschaffungskosten, hohe Druckkosten, hoher Verbrauch.
Kosten: Tintenpatronen < Lasertoner
Verbrauch: Tintenstrahl > Laser
Folie 87
Gliederung WI1
1. Grundlagen
2. Logik
2. Hardware
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
Folie 88
44
Grundbegriffe der Vernetzung
Ein Rechnernetz (auch Rechnerverbundsystem genannt) ist ein Verbund
mehrerer getrennt arbeitender selbständiger Rechner, die durch einen
Übergangsweg (Leitung, Funk) miteinander kommunizieren können.
Standards und Protokolle regeln die Kommunikation zwischen den Rechnern
auf unterschiedlichen Ebenen (von der physikalische Ebene der
Nachrichtenübertragung (z.B. IEEE 802.11 für drahtlose Übertragung in
lokalen Netzen) bis zur Anwendungsschicht (z.B. HTTP zur Übertragung von
Daten im Hypertext-Format)).
Man unterscheidet
? Wide Area Networks (WAN)
und
? Local Area Networks (LAN).
Beispiel: FHDW-Netzwerk (1. Vorlesungsstunde)
Folie 89
Verbundarten / Arten von Servern
Verbundarten unterscheiden nach dem Zweck, zu dem die Rechner vernetzt werden
Last- oder Kapazitätsverbund
Aushilfe bei Aus- oder Überlastung
einzelner Systeme.
Geräte- oder Betriebsmittelverbund
Peripheriegeräte werden von mehreren
Rechnern gemeinsam genutzt
(Bsp. Drucker im Pool).
Funktionsverbund
Nutzung von Programm(funktion)en,
die auf einem anderen Computer
verfügbar sind (application server).
Datenverbund
Verteilte Datenbestände werden
gemeinsam genutzt (database server
oder file server).
Nachrichten- oder Kommunikationsverbund
Austausch von Informationen zwischen
den Benutzern der vernetzten Rechner
(Mail-, Newsserver, Groupware).
Folie 90
45
Arten der Vernetzung (Netzwerktopologie)
Ringtopologie
Alle Teilnehmer gleichberechtigt miteinander
verbunden, keine Zentrale, gerichtete Punkt-zuPunkt Verbindung
+ geringer Leitungsaufwand
- anfällig für Überlastungen
- evtl. Ausfall des gesamten bei
Einzelschaden
Sterntopologie
Jeder Teilnehmer ist mit Zentrale verbunden
(Beispiel: Client-Server Architektur)
+ geringer Leitungsaufwand
+ leicht erweiterbar
- abhängig von der Zentrale
(Überlastung,
Ausfall, Störung)
Folie 91
Linientopologie
Spezialfall der Ringtopologie
(offener Ring)
Bustopologie
Teilnehmer sind durch ein gemeinsam genutztes Medium
(z.B. Netzwerkadapter) verbunden
+ auch bei Ausfall des Einzelrechners bleiben die anderen
Systeme unbehelligt
+ Nachricht kann verschickt werden, ohne dass
andere Netzstationen mit der Weiterleitung
beschäftigt werden müssen (keine Wegewahl nötig)
- größerer Leitungsaufwand
Folie 92
46
Vermaschte Struktur
jeder Teilnehmer ist mit jedem anderen Teilnehmer
direkt verbunden (voll vermascht)
Beispiel: Internet
+ sehr leistungsfähig
- sehr teuer, komplexe Anforderung an
Software (Wegewahl, Netzlaststeuerung)
Baum-Struktur
Hierarchische Verknüpfung von Sternund Busstruktur. Nachrichten laufen
über Wurzelknoten
+ leicht erweiterbar
- abhängig von Wurzelknoten
Folie 93
Grundbegriffe der Vernetzung: Zugriffsverfahren/Protokolle
? Ethernet
? Netztyp mit der stärksten Verbreitung im Bereich der lokalen Netze (LAN)
? erstmals 1980 von DEC, Intel, Xerox angeboten und auf Bus -Struktur
basierend
? Ursprüngliche Übertragungsrate 10 MBit/s,
mittlerweile diverse Weiterentwicklungen (Fast Ethernet (100 Mbit/s), GigabitEthernet (1 Gbit/s))
? Token Ring Technik
? seit 1985 von IBM angeboten, mittlerweile durch Ethernet zurückgedrängt
? primär auf Ringstrukturen zugeschnitten
? Funktionsweise: Im Netz kreist ständig ein Kennzeichen (token). Die Station,
an der sich das Kennzeichen befindet, darf senden => Kollision mehrerer
sendewilliger Stationen wird verhindert
? FDDI (Fibre Distributed Data Interface)
? Weiterentwicklung des Token Ring in Form eines gegenläufigen Doppelrings
(Primärring und Sekundärring als Backup-Möglichkeit (Ausfallsicherheit))
? Hochgeschwindigkeits Glasfasernetz mit Übertragungsrate von
100 Mbit/s bei deutlich größerer Reichweite als Fast Ethernet
Folie 94
47
Verteilte Verarbeitung in Netzen: Client-Server Architektur
? Kennzeichen des Client-Server Modells
? Verteilte Verarbeitung von Daten
? Verteilte Datenbanken, in denen ein logisch zusammengehöriger Datenbestand
physisch auf mehreren Rechnern im Rechnernetz verteilt wird.
? Server und Client
? Server werden in einem Netzwerk (LAN / WAN) von mehreren Clients
(Arbeitsplatzrechnern) genutzt.
? Die Clients werden von der Aufgabe, die der Server ausführt, entbunden
(entlastet).
Intranet
Client
Client
Entfernter
Server
Kommunikations
Server
Öffentliches
Netz
Daten
Server
Client
Druck
Server
Folie 95
Client – Server: Begriffsbestimmung
? “Server”
bezeichnet Programme, welche für die Realisierung eines Dienstes
(z.B. Internet Dienst) erforderlich sind
? “Client”
bezeichnet Programme, die den Zugriff auf einen oder mehrere Server und
unterschiedliche Dienste vornehmen und dabei vom Server Daten anfordern
Manchmal wird unter “Server” und “Client” auch der Rechner bezeichnet, der eine
entsprechende Funktion (mittels Programm) ausführt
=> Beispiel: Internet-Dienste werden
mittels Server-Programmen angeboten und
von den Client-Programmen in Anspruch genommen.
Folie 96
48
Aufgabenverteilung zwischen Client und Server
Server
Datenhaltung
Verarbeitung
Präsentation
Client
Folie 97
Gliederung WI1
1. Grundlagen
2. Logik
2. Hardware
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
Folie 98
49
Begriffsklärung
Unter „Software“ versteht man alle Programme, welche zur Steuerung aller
Verarbeitungsprozesse im Rechner notwendig sind.
Die Software steuert die Hardware über entsprechende Befehle, um die Daten zu
verarbeiten.
Software
Daten
Hardware
Folie 99
Begriffsdefinitionen (I)
Software ist der Sammelbegriff für die System- und Anwendungsprogramme einer
Datenverarbeitungsanlage.
Software
Systemsoftware
Anwendungssoftware
Ein Programm ist eine endliche Folge von Befehlen, die ein Computer (evtl. mehrfach)
abzuarbeiten hat.
Systemprogramme: Software, die der Rechner braucht, um seine jeweilige
Funktionalität sicher zu stellen und die angeschlossene Peripherie sowie die ihm
eigene Hardware zu verknüpfen
Anwendungsprogramme: Bieten Lösungen für fachliche Problemstellungen. Dazu
gehören neben Standardsparten (Textverarbeitung, Tabellenkalkulation,
Datenbanken, Terminkalender usw.) auch technisch-wissenschaftliche,
kommerzielle/betriebliche (FiBu) Programme sowie Branchenprogramme.
Folie 100
50
Klassifizierung von Software
Software
Anwendungssoftware
Systemsoftware
Betriebssysteme
Systemnahe
Software
Übersetzungsprogramme
Standardsoftware
Individualsoftware
Funktionsübergreifende
Standardsoftware
Funktionsbezogene
Standardsoftware
Branchensoftware
Quelle: Mertens/Bodendorf/König/Picot/Schumann: Grundzüge der Wirtschaftsinformatik
Folie 101
Klassifizierung von Systemsoftware
Systemsoftware
Betriebssysteme
Steuerprogramme
Dienstprogramme
(übernehmen
Ablaufsteuerung)
(unterstützen
Ablaufsteuerung)
Systemnahe
Software
Übersetzungsprogramme
Programmiersprachen
Compiler /
Interpreter
Folie 102
51
Systemsoftware 1: Betriebssystem
Betriebssystem
Betriebsmittelverwaltung
Prozessorverwaltung
Speicherverwaltung
Auftragsverwaltung
Geräteverwaltung
Dateikatalogsystem
Datenverwaltung
Zugriffsmethoden
Schutzmaßnahmen
Ein Betriebssystem (BS) definiert sich durch alle aufeinander abgestimmten
Systemprogramme eines Rechners.
Ein Betriebssystem dient dazu, auf einem Rechner Anwendungssoftware nutzen zu können
Folie 103
Systemsoftware 1: Betriebssystem, Ablaufsteuerung
Das Betriebssystem steuert den Prozessablauf wie folgt:
? Erstmaliger Start des Betriebssystems: “Booten”
? Einordnung der zur Bearbeitung anstehenden Jobs in
Warteschlange
? Zuordnung der Betriebsmittel (d.h. CPU, Arbeitsspeicher,
Peripherie) zu den Jobs (noch nicht Belegung!)
? Einteilung der Jobs in verschieden neue Warteschlangen
je nach Bildung einer Bereitschaftswarteschlange
? Planung der endgültigen Anftragsreihenfolge durch Bildung einer
Bereitschaftswarteschlange
? Laden des unmittelbar zur Bearbeitung anstehenden Programms in
den Arbeitsspeicher
? Start und Abarbeitung des Programms unter Belegung der jeweils
erforderlichen (und vorher zugeordneten) Betriebsmittel
? Programmabschluss und Freigabe der zugeordneten Betriebsmittel
Folie 104
52
Systemsoftware 1: Betriebssystem, Ziele
Ziel der Systemsteuerung:
? Kurze Antwortzeiten für Benutzer im Dialogbetrieb
? Schneller Durchlauf der Anwendungsprogramme im Stapelbetrieb
? Hohe Auslastung der Betriebsmittel
(CPU, Arbeitsspeicher, Periperhie)
? Diese Ziele sind oft gegenläufig!
Folie 105
Systemsoftware 1: Betriebssysteme (single /multi)
Bei Betriebssystemen unterscheidet man zwischen
? multi-user oder single-user Systemen
(abhg. von der Anzahl gleichzeitiger Benutzer, die ein System erlaubt) und
? multi-processing oder single-processing Systemen
(abhg. davon, ob der Rechner nur jeweils einen Prozess oder mehrere
gleichzeitig verarbeiten kann).
Als Server verwendete Rechner sind meist für den multi-user-Betrieb ausgelegt und
mit mehreren Prozessoren ausgestattet.
Folie 106
53
Systemsoftware 2: Systemnahe Software
Systemnahe Software
Datenbankverwaltungssysteme
SoftwareEntwicklungswerkzeuge
Verwaltungs- und
Performanceroutinen
Hierarchisches
Datenbankmodell
Netzwerk
Datenbankmodell
Programmier umgebungen
CASE- Tools
(Entwickl .werkz .)
Ressourcen messung
Ressourcen bewertung
Objektorientiertes
Datenbankmodell
Relationales
Datenbankmodell
Folie 107
Systemsoftware 2: Datenbankverwaltungssystem
Datenbankverwaltungssystem: Data Base Management System (DBMS)
Quelle: Stahlknecht/Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinfo rmatik
Folie 108
54
Systemsoftware 3: Übersetzungsprogramme
Assembler:
Übersetzungsprogramm, welches die in einer maschinenorientierten
Sprache abgefasste Quellanweisungen in Zielanweisungen der zugehörigen
Maschinensprache umwandelt. Ein Befehl der Assemblersprache entspricht einem
Befehl der Maschinensprache
Compiler:
Übersetzungsprogramm für Programme, die in einer höheren Programmiersprache
als Quellsprache geschrieben sind. Zielsprache ist i.d.R. die Maschinensprache. Eine
Anweisung bewirkt üblicherweise mehrere Maschinenbefehle. Führt Prüfung auf
Programmfehler (Syntax...) durch, berichtigt diese u.U.
Interpreter:
Prüft nacheinander einzeln jede Anweisung des Programms auf syntaktische
Korrektheit und führt sie dann sofort aus, indem sie die dazu erforderlichen Befehle
der Maschinensprache bestimmt und zur Ausführung bringt. Im Gegensatz zum
Compiler entsteht kein Zielprogramm.
Fazit Compiler/Interpreter: Bei kurzen Programmprüfungen ist der Interpreter schneller
als ein Compiler, bei längeren Programmausführzeiten hingegen kann der Compiler
besser optimieren.
Folie 109
Gliederung WI1
1. Grundlagen
2. Logik
2. Hardware
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
Folie 110
55
Software: Programm
Definition:
Ein Programm ist die maschinenlesbare Form eines Algorithmus,
d.h. eine Verarbeitungsvorschrift
bestehend aus einer endlichen Folge von Instruktionen,
die in einer maschinenverarbeitbaren Form vorliegen.
Bei der Maschinenverarbeitung werden Daten manipuliert, die in sog,
Datenstrukturen logisch aufgebaut sind und im Speicher des Rechners
gehalten werden.
Programm = Algorithmus + Daten(strukturen)
[Wirth]
Folie 111
Programmiersprache: Begriffe
Definition:
Eine Programmiersprache ist eine zum Abfassen (Formulieren) von
Computerprogrammen geschaffene Sprache. (DIN 44300, Teil 4)
Bei jeder Programmiersprache wird unterschieden zwischen
? Syntax: Formale Richtigkeit der Sprache, Form der Sprachzeichen (Alphabet) und
Worte sowie vor allem der grammatischen Regeln
x = (a+b) * (c+d
syntaktischer Fehler (Klammer nicht geschlossen)
? Semantik: Beziehung zwischen den Sprachzeichen bzw. Worten und deren
Bedeutung, d.h. Logik der Sprache
Leistung = Arbeit * Zeit
semantischer Fehler, logisch falsch
Folie 112
56
Programmiersprache: Beispiel 1
Folie 113
Folie 114
57
Beispiel eines Programms (hier: SAP ABAP/4)
Folie 115
Folie 116
58
Folie 117
Programmiersprachen: Sprachgenerationen (I)
Man unterscheidet mehrere Generationen von Programmiersprachen:
1. Generation:
2. Generation:
3. Generation:
Maschinensprachen
maschinenorientierte Sprachen
höhere Programmiersprachen
4. Generation:
5. Generation:
nichtprozedurale Sprachen
wissensbasierte Sprachen
Prozedurale Sprachen
Nicht-Prozedurale
Sprachen
Nachfolgende Generationen haben die vorangehenden niemals völlig abgelöst, auch
derzeit sind immer noch alle Generationen anzutreffen.
Ein „Compiler“ übersetzt die Syntax von Nichtmaschinensprachen in Maschinencode.
Folie 118
59
Programmiersprachen: Prozedural versus Nicht-Prozedural
Prozedurale Formulierung:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Nimm Buch
Prüfe, ob Titel = „Wirtschaftsinformatik“
Falls Ja, notiere Autor
Prüfe, ob letztes Buch
Falls Nein, zurück zu 1.
Falls Ja, Ende
Nicht-Prozedurale Formulierung:
Suche alle Bücher, für die gilt:
Titel = „Wirtschaftsinformatik“
Folie 119
Programmiersprachen: Sprachgenerationen (II)
1. Maschinensprachen:
? interne Sprache eine bestimmten Rechnertyps
? Befehlscode und Speicheradressen sind dual, oktal oder hexadezimal formuliert
? nicht für Anwendungsprogrammierung geeignet (unübersichtlich)
2. Maschinenorientierte Sprachen (sog. Assembler)
? zählen auch noch zu den Sprachen eines bestimmten Rechnertyps
? Erleichterungen für den Programmierer
? durch Verwendung mnemotechnischer (gedächtnisstützender) Bezeichnungen
(z.B. ADD, SUB, MUL, DIV)
? feste Befehlsfolgen sind zu Makrobefehlen zusammengefasst (z.B.
trigonometrische Funktion, Reservieren von Speicherplatz)
? dennoch hoher Programmier- und Änderungsaufwand
? Verwendung nur für Systemsoftware (kurze Verarbeitungszeiten, geringer
Speicherbedarf)
Folie 120
60
Programmiersprachen: Sprachgenerationen (II): Beispiel
Folie 121
Programmiersprachen: Sprachgenerationen (III)
3. Höhere Programmiersprachen:
? an die Stelle von Befehlen treten Anweisungen oder Folgen von Anweisungen
mit einem weiten Funktionsumfang.
? geringerer Programmier- und Änderungsaufwand, leichter zu erlernen
? weitgehende Rechnerunabhängigkeit
? schlechtere Hardwareausnutzung und längere Programmlaufzeiten
? Beispiele:
? Fortran (formula translation): mathematisch-technische Ausrichtung; kompakt
? COBOL (commono business oriented language): Ausrichtung
Datenverarbeitung; nicht so kompakt, leicht lesbar
? BASIC (beginners all prupose symbolic instruction code): an Fortran
angelehnt, Programmiersprache im PC-Bereich; ausgebaut durch Visual
Basic (Microsoft)
? C : zunächst für Betriebssystem UNIX geschrieben, inzwischen für fast alle
Betriebssysteme verfügbar, relativ maschinennah, Grundlage für
objektorientierte Sprache C++
? Pascal: strenge Strukturierung der Programme, zu Schulungszwecken
eingesetzt
Folie 122
61
Programmiersprachen: Sprachgen. (III): Bspl. SAP ABAP
Folie 123
Programmiersprachen: Sprachgenerationen (IV)
4. Nicht-Prodezurale Sprachen:
? Sprache ist deskriptiv und deklarativ, die auszuführenden Aktionen werden textlich
beschrieben
? d.h.: Programmierer formuliert, „was“ zu tun ist, nicht, „wie“ etwas zu tun ist.
(das „wie“ ist bereits vorher durchgeführt worden, die Daten liegen bereits strukturiert
vor)
? Beispiel: SQL (structured query languange)
select
Buch
from
Bibliothek
where
Titel = „Wirtschaftsinformatik“
5. Wissensbasierte Sprachen:
? Sprache zur Entwicklung von wissensbasierten Systemen, insbes.
Expertensystemen; künstliche Intelligenz
? programmiert wird die Problemstellung, nicht der Lösungsweg
? Programmausführung wird nicht durch Algorithmen, sondern durch Regeln und
Fakten bestimmt
? Beispiel:
? LISP (list processing language)
? PROLOG (programming
in logic)
Folie 124
62
Programmiersprachen in der Übersicht
Maschinenorientierte Sprachen
Maschinensprachen
Prozessorspezifisch,
z.B. 80x86 Maschinencode
0001 1010
0011 0100
„Addiere“
Assembler
3
4
IBM PC-Assembler
ADD 3,4
Problemorientierte, höhere
Programmiersprachen
Allgemein höhere Sprachen
(all purpose languages )
BASIC (Beginners All Purpose Symbolic
Instruction Code)
LET SUMME = 3+4
Prozedurale Sprachen:
Pascal
Pascal, C
summe := 3+4
Objektorientierte Sprachen:
C/C++/Java
C++, Java, Smalltalk
summe = 3+4
COBOL
MOVE 3+4 TO SUMME
Spezialisierte höhere Sprachen
Aus dem Bereich der Künstlichen
Intelligenz (KI):
?ProLog
(Programmieren in Logik)
?LisP (Listenprogrammierung)
(set (summe,(+,3,4))
Folie 125
Programmiersprachen: Gestaltung einer Web Seite mittels HTML
Menüleiste im Internet Explorer: Ansicht – Quelltext anzeigen
Folie 126
63
Softwareentwicklung (I)
1. Anforderungsanalyse
Welche Aufgaben sind zu erfüllen?
2. System- und Software-Design
Entwurf des erforderlichen Gesamtsystems und
der Software.
3. Implementierung und Testen
Erstellen und Testen der Software.
4. Integration und Systemtest
Einbinden der Software in den betrieblichen
Ablauf und Testen der Software im
Gesamtrahmen.
5. Betrieb und Wartung
Produktiver Einsatz der Software mit parallel
stattfindenden Wartungsarbeiten.
Softwareentwicklung ist keine Einbahnstraße!
Folie 127
Softwareentwicklung (II)
Zur Dokumentation und ggf. leichteren Lesbarkeit von Algorithmen wurden
verschiedene Methoden entwickelt:
Gab es früher einmal Programmablaufpläne (PAP),
so sind es heute – neben der Dokumentation in einem Pseudo-Code –
in der Regel Struktogramme (nach Nassi-Schneidermann), mit denen
Programmabläufe dargestellt werden.
Beispiel:
1. Eingeben von a und b von Tastatur.
2. Wenn a größer als b ist (mathematisch: a > b),
dann wird a ausgegeben, sonst b.
Folie 128
64
Programmablaufplan und Struktogramm
Programmablaufplan
Struktogramm
(Nassi-Schneidermann)
Strukturblock A
Strukturblock B
Bedingung
erfüllt?
Strukturblock A
Strukturblock B
Folie 129
Pseudo-Code
In Pseudo-Code (Pascal) lässt sich das Beispiel wie folgt formulieren:
Folie 130
65
Pseudo-Code / Schleifen
Allgemein für n Zahlen: Hierzu verwendet man sog. Schleifen
(wiederholte Ausführung von Programmteilen).
Iteration mit
vorheriger Prüfung
(„kopfgesteuerte Schleife“)
Bedingung
erfüllt?
Ja
Nein
Strukturblock A
Iteration mit
anschließender Prüfung
(„fußgesteuerte Schleife“)
Folie 131
Übung zu Programmablaufplan, Struktogramm
Folgende Abfrage sollen Sie einmal in Form eines Programmablaufplans
sowie eines Struktogramms darstellen:
Ihr Programm ist für das Ausstellen von Rechnungen für ausgelieferte
Bestellungen vorgesehen.
? Es soll dann Rechnungen schreiben, wenn zu einem Kunden offene
Bestellungen vorliegen, d.h. wenn der Kunde überhaupt bestellt hat (dann
Rechnung schreiben und zum nächsten Kunden gehen).
? Hat der Kunde gar nicht bestellt, sollen auch keine Rechnung ges chrieben
werden
? der nächste Kundendatensatz soll geprüft werden.
? Ist die Kundenliste durchgearbeitet, kann das Programm beendet werden.
Folie 132
66
Gliederung WI1
1. Grundlagen
2. Logik
2. Hardware
2. Peripherie
3. Vernetzung
3. Software
Folie 133
Überblick: Anwendungssoftware
Anwendungssoftware
Standardsoftware
Funktionsübergreifende
Standardsoftware
• Textverarbeitung
• Grafik
• Tabellenkalkulation
• Datenbank
• andere
Funktionsbezogene
Standardsoftw.
• Rechnungswesen
• Logistik
• Computer Aided
Design (CAD)
• Produktionsplanung und
-steuerung (PPS)
• andere
Individualsoftware
Branchensoftware
• Klinikadministration
• Automotive
• Technischer Handel
• Bauindustrie
• Prozessfertigung
• andere
• Reklamationsbearbeitung
• Maschinensteuerung
• Marketingsoftware
• andere
Folie 134
67
Übersicht über Standardsoftware (I)
Einige Standardsoftwareprodukte im PC-Bereich ...
(unvollständige und willkürliche Auswahl!)
Sparte
IBM/Lotus
Microsoft
Corel
Andere
Text-verarbeitung
Word Pro
(Ami Pro)
Word
WordPerfect
Star Writer
(Star Division)
TextMaker
(SoftMaker)
Tabellen-kalkulation
1-2-3
Excel
Quattro-Pro
StarCalc
PlanMaker
Datenbank
Approach
Access
Fox Pro
Paradox
dBase
StarBase
DataMaker
Präsentation
Freelance
PowerPoint
Presentation
Folie 135
Übersicht über Standardsoftware (II)
Sparte
IBM/Lotus
Bitmap
Graphik
Microsoft
Corel
Andere
Photo Editor
Photo Paint
Picture Publisher
Adobe
Phototshop
Corel Draw
Designer
Adobe Illustrator
Vektor-graphik
Betriebs-system
(PC, Netz-werk)
DOS
OS/2
(u.a.)
DOS
Windows 95
Windows 98
Windows ME
Windows NT
Windows 2000
Windows XP
Novell Netware
Linux
Unix
Folie 136
68
Übersicht über Standardsoftware (III)
Sparte
IBM/Lotus
Microsoft
SoftwareEntwicklungswerkzeuge
Visual Age:
- C++
- Smalltalk
- Java
Visual Basic
Visual C++
Visual J++
Visual FoxPro
Borland:
- Turbo Pascal
- Delphi
- Turbo C++
- C++ Builder
- Jbuilder (Java)
Symantec:
- Symantec C++
- Visual Café
(Java)
Sun:
- Java Workshop
Internet Explorer
Netscape Navigator
Open Software:
Opera
Internet Browser
Corel
Andere
Folie 137
Übersicht über Standardsoftware (IV)
Sparte
IBM/Lotus
Microsoft
Corel
Internet Tools
Lotus Domino
FrontPage
Internet
Informatione
Server (IIS)
Webmaster Suite Netscape
Composer
Groupware
Notes
Exchange
(Info)Central
eMail
ccMail
Outlook
(Express)
Qualcomm
Eudora
Pegasus Mail
Money
Quicken
WiSo: Mein Geld
Private Finanzen
Andere
Novell
Groupware
Folie 138
69
Übersicht über Standardsoftware (V): Betriebliche
Anwendungssoftware
Einsatz von betrieblichen Standardsoftwareprodukten im deutschen Mittelstand:
Quelle: Cap Gemini (Ramsauer, H.), ERP im Mittelstand, 2002
Folie 139
Übersicht über Standardsoftware (VI): SAP R/3
Anwendungsmenü von SAP R/3 Enterprise (Release 4.7)
Folie 140
70
Zum Schluß: Restriktionen bei Standardsoftware / Wissenswertes
Die Sammlung von Standard-Büroanwendungen (Office-Paket) umfasst
Programme zur
? Textverarbeitung
? Tabellenkalkulation
? Präsentation und
? Datenbanksoftware.
Beachten Sie im betrieblichem Einsatz, dass Sie Software nur für den
Bereich einsetzen, für den sie gedacht ist. Damit verhindern Sie
unnötigen Ärger und Fehlinformationen (Kein „management by Excel“!).
Beliebte Falle:
Verwendung von Tabellenkalkulationsprogrammen für große
Datenmengen (> 30.000 Zeilen).
Folge: Programmabstürze, inkonsistente Berechnungen, fehlerhafte
Dateninterpretation.
Richtig wäre die Verwendung einer Datenbank!
Folie 141
71

Wirtschaftsinformatik I

Transcription

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