1 Einführung – Computersysteme und Informatik
LE 1
1 Einführung –
Computersysteme und Informatik
■
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Die aufgeführten Begriffe erklären und in den richtigen Kontext
einordnen können.
Den Aufbau und die Funktionsweise eines Computersystems
darstellen können.
Gegebenen Aufgabenstellungen die jeweils geeigneten Peripheriegeräte zuordnen können.
Die Wissenschaftsdisziplin Informatik mit ihren Definitionen,
ihren Positionen und ihren Teildisziplinen erläutern können.
Anhand von Beispielen die Arbeitsweise der Zentraleinheit zeigen können.
Anhand von Beispielen Übertragungszeiten bei vernetzten Computersystemen berechnen können.
Die bei der Installation und Benutzung von Software ablaufenden Vorgänge anhand von Beispielen in zeitlich richtiger
Reihenfolge durchführen können.
Software installieren und benutzen können.
1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
1.1.6
1.1.7
1.2
1.3
Einführung 2
Aufbau und Funktionsweise eines Computersystems 3
Die Zentraleinheit 5
Bildschirm, Tastatur und Maus 8
Weitere Ein- und Ausgabegeräte 12
Externe Speicher 13
Vernetzung 14
Das Betriebssystem 17
Fallstudie: Die Firma ProfiSoft 18
Die Informatik 18
Gliederung und Aufbau dieses Buches 25
Leser, die bereits mit Computersystemen gearbeitet haben und mit der
Terminologie vertraut sind, können mit dem Kapitel 1.2 beginnen.
1
Prof. Dr. Johann
von Neumann
* 1903 in Budapest, Ungarn
† 1957 in Washington D.C., USA;
Wegbereiter der
amerikanischen
Computerentwicklung, Hauptidee:
Gemeinsamer Speicher für Programme und Daten,
wodurch sich das
Programm selbst
verändern kann
(1946); so aufgebaute Computer
mit einem Prozessor bezeichnet
man heute als vonNeumann-Computer bzw. von-Neumann-Architektur;
wesentliche Beiträge zu den Computern Harvard
Mark I (ASCC) und
ENIAC; Studium
der Mathematik
in Budapest, 1928
Habilitation in
Berlin, danach in
Berlin und Hamburg tätig, ab 1929
in Princeton (N.J.),
seit 1933 dort Professor für Mathematik; zahlreiche
Auszeichnungen.
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1 Einführung
1 Einführung
Die Begriffe »Computer«, »Internet«, »Web«, »Software« und »Informatik« sind täglich in den Medien zu finden. Untersuchungen haben
Folgendes ergeben /BDB 03/, /IKT-Report 03/, /TNS Emnid 03/:
■ Jeder zweite Beschäftigte in Deutschland verrichtet seine Arbeit
überwiegend am Computer.
■ Jeder zweite Arbeitsplatz in Deutschland ist inzwischen vernetzt.
■ 93 Prozent der Unternehmen in Deutschland haben einen InternetZugang, 75 Prozent präsentieren sich im Internet.
■ Mangelnde IT-Kenntnisse von 1/3 der Mitarbeiter erweisen sich als
Wachstumshindernis.
■ 50,1 Prozent aller Deutschen über 14 Jahre sind 2003 online, das
sind 32,1 Millionen Menschen.
■ Fast 30 Millionen Konten wurden Ende 2002 in Deutschland online
geführt. Damit stieg deren Zahl im Vergleich zum Vorjahr um 50
Prozent.
■ Jeder zweite Arbeitslose nutzt das Internet.
Diese Zahlen deuten bereits an, dass die Informatik und insbesondere die Software-Technik heute eine große volkswirtschaftliche Bedeutung haben /BMFT 94/, /GI 87/, /Necker 94/, /Schmid, Broy 00/:
■ Die Informatik zusammen mit der Informationstechnik bildet
das zentrale Innovationsgebiet des 21. Jahrhunderts: »Sie wird
Lebensweise, Ausbildung, Arbeit und Freizeit verändern, indem
sie die Methoden des Geschäftslebens, der Forschung und der
Kommunikation revolutioniert. Die Allgegenwärtigkeit der aus der
Verschmelzung von Rechnern, Telefon und Medien entstehenden
multimedialen Kommunikationsplattformen befreit von Ortsbindungen, ermöglicht kontinentübergreifende Kooperationen und
macht neueste Erkenntnisse unmittelbar weltweit verfügbar«
/Schmid, Broy 00/.
■ Die Informatik hat sich in weniger als drei Jahrzehnten aus einem
kleinen wissenschaftlichen Kern zu einem entscheidenden und
für weite Teile unserer Wirtschaft und Gesellschaft bedeutenden
Faktor entwickelt.
■ Die Informatik ist zu einer Grundlagen- und Querschnittsdisziplin
für die meisten Entwicklungen in Wissenschaft und Forschung, in
Wirtschaft und Technik geworden.
■ Software entwickelt sich zu einem eigenständigen Wirtschaftsgut.
Sie ist Bestandteil der meisten hochwertigen technischen Produkte
und Dienstleistungen. In einigen Bereichen, wie Banken und Versicherungen, werden nahezu alle Dienstleistungen durch den Einsatz von Software erbracht.
■ Der Software-Anteil als integraler Produktbestandteil nimmt
ständig zu, z.B. in der Telekommunikationsindustrie, im Auto2
1.1 Aufbau und Funktionsweise eines Computersystems
mobilbau, im Maschinen- und Anlagenbau, in der Medizintechnik
oder der Haushaltselektronik.
■ Anlagen und Geräte werden von Software gesteuert. Sie prägt damit zunehmend sowohl die Funktionalität als auch die Qualität der
Erzeugnisse.
■ In exportorientierten Branchen der deutschen Wirtschaft übersteigt der Software-Anteil an der Wertschöpfung der Produkte
häufig die 50-Prozent-Marke. In der digitalen Vermittlungstechnik
entfallen bis zu 80 Prozent der Entwicklungskosten auf Software.
■ »Information-Highways« werden einen größeren Einfluss auf die
zukünftige Entwicklung von Wirtschaft und Gesellschaft haben,
als es die physikalische Infrastruktur wie Schienen-, Elektrizitätsoder Telefonnetze hatten.
■ »Information« wird noch viel stärker zum entscheidenden »Produktionsfaktor« und entscheidet über die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit der wichtigsten Industriebranchen.
Um eine intuitive Vorstellung von Computersystemen zu vermitteln
und um auf klar definierten Begriffen aufzusetzen, werden im folgenden Kapitel zunächst der Aufbau, die Funktionsweise und die
Terminologie von Computersystemen eingeführt und erklärt.
Anschließend wird versucht, eine Vorstellung von der Informatik
als Wissenschaft zu vermitteln. Insbesondere wird auf Definitionen,
Gegenstandsbereiche, Teildisziplinen und das Selbstverständnis der
Informatik eingegangen.
Aufbauend auf diesen beiden Kapiteln werden dann die Gliederung und der Aufbau dieses Buches beschrieben.
1.1 Aufbau und Funktionsweise eines
Computersystems
Computer sind technische Geräte, die umfangreiche Informationen
mit hoher Zuverlässigkeit und großer Geschwindigkeit automatisch
verarbeiten und aufbewahren können.
Computer sind nicht vergleichbar mit Automaten, denen man im
täglichen Leben begegnet: Kaffeeautomaten, Fahrkartenautomaten,
Zigarettenautomaten. Solche Automaten erfüllen nur eine festgelegte Funktion, die durch die Konstruktion bestimmt ist. Ein Zigarettenautomat kann z.B. keinen Kaffee ausgeben.
Im Gegensatz zu einem Automaten mit festgelegten Aktionen hat
ein Computer einen wesentlichen Vorteil: Man kann ihm die Vorschrift, nach der er arbeiten soll, jeweils neu vorgeben. Beispielsweise kann man ihm einmal eine Arbeitsanweisung zur Berechnung
der Lohnsteuer eingeben. Der Computer kann dann die Lohnsteuer
berechnen. Oder man kann ihm eine Handlungsanleitung zur Steuerung von Verkehrsampeln angeben. Er ist dann in der Lage, den
3
LE 1
Die Bezeichnung
Algorithmus geht
zurück auf den
arabischen Schriftsteller Abu
Dshafar Muhammed Ibn Musa alKhwarizmi.
Er lebte um 825 n.
Chr. in der Stadt
Khiva im heutigen
Usbekistan, die
damals Khwarizm
hieß und als Teil
des Namens verwendet wurde.
Er beschrieb die
Erbschaftsverhältnisse, die sich
ergaben, wenn
ein wohlhabender
Araber starb, der
bis zu vier Frauen
in unterschiedlichem Stand und
eine Vielzahl von
Kindern besaß.
Dazu verwendete
er algebraische
Methoden und
schrieb ein Lehrbuch mit dem
Titel »Kitab al jabr
w’almuqabalah«
(Regeln zur Wiederherstellung und
zur Reduktion),
wobei die Übertragung von Gliedern
einer Gleichung
von einer zur anderen Seite des
Gleichheitszeichens gemeint ist.
Der Begriff Algebra
leitete sich aus
dem Titel des Lehrbuchs ab. Aus dem
Namen des Schriftstellers wurde
algorism und daraus Algorithmus.
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1.1 Aufbau und Funktionsweise eines Computersystems
Verkehrsfluss einer Stadt zu regeln. Solche Vorschriften, Arbeitsanweisungen oder Handlungsanleitungen bezeichnet man als Algorithmen (Singular: Algorithmus).
Damit ein Computer Algorithmen ausführen kann, müssen sie in
einem eindeutigen und präzisen Formalismus beschrieben werden.
Ist dies der Fall, dann bezeichnet man solche Algorithmen als Programme. Da ein Computer ohne ein Programm nicht arbeiten kann,
spricht man von Computersystemen, wenn das technische Gerät
Computer und die Programme zur Steuerung des Computers gemeint
sind.
Alle materiellen Teile eines Computersystems bezeichnet man
auch als Hardware (harte Ware), alle immateriellen Teile, z.B. Programme, eines Computersystems als Software (weiche Ware). Analogien zu diesen Begriffen sind beispielsweise:
Hardware – Musikinstrument – Schienennetz,
Software – Komposition – Zugfahrplan.
Alles, was ein Computersystem kann, kann ein Mensch im Prinzip
auch. Ein Computersystem hat gegenüber dem Menschen jedoch drei
wesentliche Vorteile:
■ Hohe Speicherungsfähigkeit
In einem Computersystem können Unmengen von Informationen –
Millionen bis Billionen Zeichen – aufbewahrt werden. Gesuchte
Informationen können sehr schnell wiedergefunden werden.
Die 500 schnells- ■ Hohe Geschwindigkeit
ten Computer:
Ein Computersystem addiert heute in einer Sekunde rund zehn
www.top500.org
Millionen Zahlen. Nimmt man an, ein Mensch würde in einer Sekunde zwei solcher Zahlen addieren, dann hätte er nach einem Jahr
ununterbrochener Tätigkeit ca. 32 Millionen Zahlen zusammengezählt. Ein Computersystem schafft das in drei Sekunden. Der
schnellste heute verkaufte Computer schafft sogar 35 Billionen
Rechenoperationen pro Sekunde (1012 Operationen pro Sekunde =
1 Tera-Operation pro Sekunde).
■ Hohe Zuverlässigkeit
Ein weiterer Vorzug eines Computersystems ist seine hohe Zuverlässigkeit. Während der Mensch, insbesondere bei monotonen
Aufgaben, schnell ermüdet und Fehler macht, kennt ein Computersystem solche Schwächen nicht.
Der Begriff Software ist noch umfassender als der Begriff Programm.
Software (SW) sind Programme, zugehörige Daten und notwendige
Software
Dokumentation, die es zusammengefasst erlauben, mithilfe eines
Computers Aufgaben zu erledigen. Synonym zu Software werden
oft auch die Begriffe Software-System und Software-Produkt verwendet.
Software gliedert man oft in Anwendungssoftware und Systemsoftware.
4
1.1.1 Die Zentraleinheit
Systemsoftware, auch Basissoftware genannt, ist Software, die
für eine spezielle Hardware oder eine Hardwarefamilie entwickelt
wurde, um den Betrieb und die Wartung dieser Hardware zu ermöglichen bzw. zu erleichtern. Zur Systemsoftware zählt man immer
das Betriebssystem, in der Regel aber auch Compiler, Datenbanken,
Kommunikationsprogramme und spezielle Dienstprogramme (siehe
unten). Systemsoftware orientiert sich grundsätzlich an den Eigenschaften der Hardware, für die sie geschaffen wurde und ergänzt
normalerweise die funktionalen Fähigkeiten der Hardware.
Anwendungssoftware, auch Applikationssoftware (application
software) genannt, ist Software, die Aufgaben des Anwenders mithilfe eines Computersystems löst. Beispiele dafür sind Textverarbeitungs-Software, Tabellenkalkulation, Zeichenprogramme. Anwendungssoftware setzt in der Regel auf der Systemsoftware der
verwendeten Hardware auf bzw. benutzt sie zur Erfüllung der eigenen Aufgaben.
Anwendungssoftware, Systemsoftware und Hardware bilden zusammen ein Computersystem.
Als Anwender werden alle Angehörigen einer Institution oder
organisatorischen Einheit bezeichnet, die ein Computersystem
Benutzer
Anwender
zur Erfüllung ihrer fachlichen
Aufgaben einsetzen. Sie benutzen
die Ergebnisse der Anwendungssoftware oder liefern Daten, die
die Anwendungssoftware benötigt.
Benutzer sind nur diejenigen
Personen, die ein Computersystem unmittelbar einsetzen und
bedienen, oft auch Endbenutzer
oder Endanwender genannt.
Abb. 1.1-1 zeigt nochmals grafisch die Zusammenhänge.
1.1.1 Die Zentraleinheit
Ein Computer besteht aus
■ einer Zentraleinheit (central unit) und
■ einer Ein-/Ausgabesteuerung.
In der Zentraleinheit werden die Programme abgearbeitet. Sie besteht
aus
■ dem Prozessor – auch CPU (central processing unit) genannt –
und
■ dem Arbeitsspeicher (Abb. 1.1-2).
5
LE 1
Systemsoftware
Anwendungssoftware
Computersystem
Anwender
Benutzer
Abb. 1.1-1:
Begriffe und ihre
Zusammenhänge
LE 1
1.1 Aufbau und Funktionsweise eines Computersystems
andere
Computer
Netzanschluss, z.B.
Modem
ISDN-Karte
Netzwerk-Karte
Eingabegeräte,
z.B.
Tastatur
Maus
Mikrofon
Scanner
digitaler
Fotoapparat
Videokamera
Ausgabegeräte,
z.B.
Bildschirm
Lautsprecher
Drucker
externe
Speicher, z.B.
Festplatte
Speicherstick
CD-ROM
DVD
Diskette
Peripheriegeräte
Drucker
Laufwerke:
DVD
CD-ROM
Diskette
Scanner
Fenster
Tastatur
Bildschirm
Lautsprecher
(integriert)
Netzanschluss
Maus
Abb. 1.1-2:
Aufbau und
Komponenten eines
Computers
Die Zentraleinheit kommuniziert über eine Ein-/Ausgabesteuerung
mit den Peripheriegeräten (Ein-/Ausgabegeräte, externe Speicher,
Netzanschluss).
Der Arbeitsspeicher, auch RAM (random access memory = DiArbeitsspeicher
rektzugriffsspeicher) genannt, dient dazu, Informationen kurzfristig
aufzubewahren und bei Bedarf wieder zur Verfügung zu stellen. Die
Aufbewahrung von Informationen erfolgt nur kurzfristig, da die Informationen nach dem Ausschalten des Computers, d.h. nach dem
Abschalten der Stromzufuhr, wieder verloren gehen. Dies hängt mit
dem technischen Aufbau von Arbeitsspeichern zusammen.
6
1.1.1 Die Zentraleinheit
Für die langfristige Aufbewahrung von Informationen werden deshalb externe Speicher (siehe Abschnitt 1.1.2) verwendet, die die
Informationen ähnlich wie bei einem Tonband oder einer CD aufbewahren.
Der Hauptvorteil des Arbeitsspeichers liegt darin, dass Informationen wesentlich schneller hineingegeben und wieder herausgeholt
werden können als bei externen Speichern.
Die kleinste Einheit eines Arbeitsspeichers bezeichnet man als
Speicherzelle. Eine Speicherzelle kann im Allgemeinen eine Zahl
oder mehrere Zeichen aufbewahren. Jede Speicherzelle besitzt einen Namen (Adresse). Durch die Angabe des Namens wird genau die
dem Namen zugeordnete Speicherzelle angesprochen. Der Arbeitsspeicher eines Computers ist nicht unendlich groß, d.h., er verfügt
nicht über unendlich viele Speicherzellen.
Die Informationsmenge, die in einem Speicher aufbewahrt werden kann, wird als dessen Speicherkapazität bezeichnet. Die Maßeinheit für Kapazität heißt Byte. In einem Byte kann bei Texten in der
Regel ein Zeichen gespeichert werden. Ein Byte wird zu folgenden
Einheiten zusammengefasst:
1 KB = 1 Kilo-Byte = 1.024 Bytes
1 MB = 1 Mega-Byte = 1.024 KB = 1.048.576 Bytes ≈ 1 Million Bytes
1 GB = 1 Giga-Byte = 1.024 MB ≈ 1 Milliarde Bytes.
Ein Byte besteht wiederum aus acht Binärzeichen, abgekürzt Bit
(binary digit) genannt. Ein Bit kann einen zweielementigen Zeichenvorrat darstellen, z.B. Markierung – keine Markierung, wahr – falsch,
eins – null.
In Abhängigkeit von der Größe eines Computers hat ein Arbeitsspeicher heute in der Regel eine Kapazität zwischen acht MB und
mehreren hundert MB.
Externe Speicher haben folgende Speicherkapazitäten:
■ Diskette:
1,44 MB
■ Speicherstick: 64–512 MB
■ CD-ROM:
650 MB
■ DVD:
4,7 GB bis 40 GB
■ Festplatte:
2 GB bis ca. 10 GB (an einen Computer können mehrere Festplatten angeschlossen werden, sodass
Speicherkapazitäten bis 200 GB und mehr erreicht
werden).
LE 1
Speicherzelle
Speicherkapazität
Byte
Im Unterschied
zum normalen
Kilobegriff, der
1.000 bedeutet,
hat Kilo hier den
Faktor 1.024. Die
Ursache dafür
ist, dass Bytes im
Binär- bzw. Dualsystem dargestellt
werden. 210 ergibt
1.024 und nicht
1.000.
Um einen Eindruck von der Größenordnung der Speicherkapazität zu Beispiel
bekommen, sei ein Rechenbeispiel angegeben:
Eine maschinengeschriebene DIN-A4-Text-Seite fasst rund 3.000 Zeichen einschließlich der Leerzeilen und Leerzeichen; benötigte Speicherkapazität: 3 KB. Für ein Buch mit 1.000 Seiten wird also eine
Speicherkapazität von 3 MB benötigt.
7
LE 1
1.1 Aufbau und Funktionsweise eines Computersystems
Heutige Großplattenspeicher haben eine Kapazität von bis zu 200 GB
oder mehr. Auf solch einem Speicher kann daher eine ganze Bibliothek, bestehend aus 70.000 Büchern, abgespeichert werden.
Die zweite Komponente der Zentraleinheit ist der Prozessor. Der
Prozessor eines Computers ist in der Lage, Programme abzuarbeiten. Bei Programmen handelt es sich um Algorithmen, die stark
formalisiert sind. Algorithmen dagegen können umgangssprachlich
formuliert sein. Führt ein Mensch einen Algorithmus aus, dann weiß
er durch seine Erfahrung auch bei nicht detaillierten Formulierungen
meist, wie der Algorithmus zu verstehen ist.
Bei dem Prozessor eines Computers handelt es sich dagegen um
ein technisches Bauteil, dem in einem präzisen Formalismus mitgeteilt werden muss, was es tun soll. Den Formalismus, den ein Prozessor versteht, bezeichnet man als Programmiersprache, genauer
gesagt als Maschinensprache.
Im Gegensatz zur Umgangssprache ist eine Programmiersprache
Programmiersprache eine formalisierte Sprache,
■ deren Sätze aus einer Aneinanderreihung von Zeichen eines festgelegten Zeichenvorrates entstehen,
■ deren Sätze aufgrund einer endlichen Menge von Regeln gebildet
werden müssen (Syntax) und
■ die die Bedeutung jedes Satzes festlegt (Semantik).
Programm Ein Programm ist deshalb ein Algorithmus, formuliert in einer Programmiersprache.
Der Prozessor verfügt zum Verarbeiten von Informationen über
folgende Fähigkeiten:
■ Informationen aus dem Arbeitsspeicher in den Prozessor transportieren,
■ Informationen vergleichen, addieren, subtrahieren, multiplizieren,
dividieren, verknüpfen,
■ Informationen aus dem Prozessor in den Arbeitsspeicher transportieren.
Die prinzipielle Arbeitsweise der Zentraleinheit zeigt Abb. 1.1-3.
Prozessor
1.1.2 Bildschirm, Tastatur und Maus
Bildschirm, Tastatur und Maus sind die wichtigsten Geräte, über
die der Computerbenutzer mit dem Computersystem kommuniziert
(Abb. 1.1-2).
Auf einem Bildschirm können Informationen angezeigt werden.
Bildschirm
Heute üblich sind gerasterte Grafikbildschirme. Sie ermöglichen die
Darstellung von Zeichen, Grafiken, Bildern und Filmen.
Die kleinste Anzeigeeinheit ist hierbei ein Bildpunkt, meist Pixel
Pixel
(picture element) genannt. Wie fein, d.h. mit welcher Auflösung
grafische Darstellungen angezeigt werden können, hängt von der
8
1.1.2 Bildschirm, Tastatur und Maus
LE 1
Ein Programm besteht aus eine Reihe von Anweisungen. Im folgenden Beispiel wird angenommen, dass
für eine Rechnungserstellung der Warenwert pro Artikelposition aus Menge und Preis zu berechnen ist
(Fakturierung). Es wird angenommen, dass der Benutzer über die Tastatur bereits die Menge und den Preis
eingegeben hat und dass diese Werte sich bereits im Arbeitsspeicher befinden. Sowohl das Programm zur
Fakturierung als auch die Eingabe- und Ausgabeinformationen, die bei der Ausführung des Programms
benötigt bzw. erzeugt werden, werden im Arbeitsspeicher aufbewahrt.
Der Prozessor steuert die Informationsverarbeitung und führt arithmetische, logische und Transportoperationen
aus. Transportoperationen sind die Operationen, die den Transport der Informationen aus dem Arbeitsspeicher
in den Prozessor und umgekehrt bewirken.
Arbeitsspeicher
Prozessor
2
Anweisung entschlüsseln
3
Anweisung ausführen
3a Informationen aus Arbeitsspeicher lesen
10
23,10
Menge einlesen
1
ProgrammPreis einlesen
anweisung
lesen
Warenwert = Menge x Preis
3a
Programm
4
………
3a
………
3b Verarbeitung durchführen
10 x 23,10
3c Ergebnisse im Arbeitsspeicher abspeichern
231,00
4
Informationen
nächste Anweisung lesen,
weiter bei 2
3c
231,00
Menge:
10
Preis:
23,10
Warenwert:
Informationen
Summe Warenwert:
Rabattbetrag:
Zwischensumme Rabatt:
jeweils mehrere Speicherzellen
Der Prozessor liest eine Programmanweisung nach der anderen und führt jede Programmanweisung mit
den im Arbeitsspeicher aufbewahrten Informationen aus. Zwischenergebnisse und Ergebnisse werden vom
Prozessor im Arbeitsspeicher abgelegt.
Die Idee, Programme und Informationen in einem gemeinsamen Speicher aufzubewahren, stammt von
Johann von Neumann (siehe Kurzbiografie am Kapitelanfang). Computer mit einem Prozessor bezeichnet
man ihm zu Ehren als von-Neumann-Computer.
Anzahl der Pixel ab. Gute Grafikeigenschaften erhält man ab 800 mal
600 Bildpunkten (SVGA-Auflösung).
Eine Computertastatur besteht aus Tasten für die Eingabe von
Informationen (Buchstaben, Ziffern, Sonderzeichen) sowie einigen
Sondertasten zur Computerbedienung.
Die wichtigsten sind:
Auslöse- oder Eingabe-Taste (carriage return, enter): ↵
Sie dient dazu, eine Informationseingabe abzuschließen.
Steuerungs-Taste (control): CTRL oder STRG
9
Abb. 1.1-3:
Prinzipielle
Arbeitsweise der
Zentraleinheit
Tastatur
LE 1
Maus
GUI = graphical
user interface
Arbeitsoberfläche
(desktop)
Piktogramme
(icons)
1.1 Aufbau und Funktionsweise eines Computersystems
Diese Taste, zusammen mit anderen Tasten gleichzeitig gedrückt,
bewirkt bestimmte Aktionen. Beispiel: CTRL- und p-Taste bewirkt bei
manchen Systemen den Ausdruck von Informationen.
Am oberen Rand einer Computertastatur befinden sich oft so
genannte frei programmierbare Funktionstasten, meist bezeichnet mit F1 bis F12. Derjenige, der ein Programm schreibt, kann
jede dieser Tasten mit einer bestimmten Bedeutung belegen. Wird das
Programm vom Computer ausgeführt und die Taste wird gedrückt,
dann wird eine entsprechende Funktion ausgelöst. Mit der Funktionstaste F1 wird im Allgemeinen eine Hilfefunktion aufgerufen.
Zusätzlich enthält jede Computertastatur so genannte Cursor-Tasten. Ein Cursor (Läufer), auch Schreibmarke genannt, ist eine oft
blinkende Markierung (meist ein senkrechter Strich) auf dem Bildschirm, der die momentane Bearbeitungsposition anzeigt. Gibt man
ein Zeichen mit der Tastatur ein, dann wird es im Allgemeinen an der
Stelle eingefügt, an der der Cursor steht. Mithilfe der Cursor-Tasten
kann der Cursor auf dem Bildschirm bewegt werden.
Da Grafikbildschirme aus mehreren hunderttausend Bildpunkten
bestehen, ist ein schnelles und genaues Positionieren mit CursorTasten nicht möglich.
Als Alternativen wurden so genannte Zeigeinstrumente entwickelt, die es ermöglichen, schnell direkt oder indirekt auf Bildpunkte
oder Bildbereiche zu zeigen. Am häufigsten wird hierfür heute die
so genannte Maus verwendet. Eine Maus ist ein kleines handliches
Kästchen mit einer, zwei oder drei Drucktasten auf der Oberfläche
und einer Rollkugel auf der Unterseite (Abb. 1.1-2).
Die Maus wird auf eine glatte Oberfläche gelegt und kann dann
leicht hin- und herbewegt werden. Die Bewegung der Maus wird dabei
von einem Maus-Zeiger, meist durch einen Pfeil dargestellt, auf dem
Bildschirm nachvollzogen. Durch Betätigen einer Taste (Anklicken)
kann man bestimmte Aktionen auslösen.
Durch die Verwendung eines Grafikbildschirms ist es auch möglich, die Informationsdarstellung auf dem Bildschirm so zu gestalten,
dass die Bedienung des Computers besonders einfach wird.
Der Benutzer sieht eine grafische Benutzungsoberfläche
(GUI), die einer physikalischen Arbeitsoberfläche eines Schreibtisches nachgebildet ist. Man spricht auch von einer »elektronischen«
Arbeitsoberfläche, desktop genannt.
Auf dieser Arbeitsoberfläche können Objekte (Aufträge, Bestellungen, Rechnungen, Memos usw.), Hilfsmittel (Bleistift, Radiergummi, Büroklammern usw.), Geräte (Telefon, Posteingangs- und
-ausgangskorb) und Anwendungen (Adressverwaltung, Textverarbeitungssystem usw.), die die Bearbeitung der Objekte ermöglichen, in
Form von Piktogrammen bzw. Ikonen (icons) dargestellt werden.
Ein Piktogramm ist eine grafisch abstrakte Darstellung von Objekten, Geräten, Funktionen, Anwendungen oder Prozessen auf dem
10
1.1.2 Bildschirm, Tastatur und Maus
Piktogramme für …
LE 1
Fenster
Mauszeiger
Bildschirm. Abb. 1.1-4 zeigt die Analogie zwischen einem »klassischen« Schreibtisch-Arbeitsplatz und der Arbeitsoberfläche eines
Computer-Arbeitsplatzes.
Der Benutzer kann auf der elektronischen Arbeitsoberfläche eine
durch ein Piktogramm repräsentierte Anwendung aktivieren. In der
Regel geschieht dies durch einen Doppelklick mit der Maus auf das
entsprechende Piktogramm. Die Anwendung öffnet dann ein Anwendungsfenster auf der Arbeitsoberfläche.
Ein Fenster entspricht einem Ausschnitt aus der Arbeitsumgebung des Benutzers und ermöglicht die Bearbeitung entsprechender
Objekte. Beispielsweise können nach dem Start eines Textsystems
Textobjekte (Briefe, Memos, Dokumente) bearbeitet werden.
Der Benutzer kann mehrere Anwendungen aktivieren, sodass mehrere Anwendungsfenster auf der Arbeitsoberfläche sichtbar sind. Anwendungsfenster stellen die Benutzungsoberfläche der jeweiligen
Anwendung dar. Ein Anwendungsfenster kann wiederum aus mehreren Fenstern bestehen.
Die Verwaltung der Arbeitsoberfläche, die Bereitstellung einer anwendungsorientierten Grundfunktionalität sowie die Koordination
mit den verschiedenen Anwendungen übernimmt ein GUI-System.
Das verwendete GUI-System beeinflusst ganz wesentlich die Gestaltung der Anwendungsoberflächen.
Die auf der Arbeitsoberfläche verfügbaren Elemente »Fenster« und
»Piktogramme« müssen vom Benutzer manipuliert werden können,
damit er seine Aufgaben erledigen kann. Wenn auf der Arbeitsoberfläche bereits versucht wird, eine physikalische Arbeitsumgebung
nachzubilden, dann liegt es natürlich nahe, auch die Arbeitsweise auf
der elektronischen Arbeitsoberfläche der physikalischen Arbeitsweise in übertragener Form anzupassen.
11
Abb. 1.1-4:
Vergleich einer
traditionellen
Arbeitsoberfläche
mit einer elektronischen Arbeitsoberfläche
GUI-System
LE 1
Beispiel
Selektieren, Ziehen, Loslassen
(pick, drag & drop)
Abb. 1.1-5:
Selektieren, Ziehen
und Loslassen
(Beispiel)
1.1 Aufbau und Funktionsweise eines Computersystems
Ein Mitarbeiter, der ein Stück Papier nicht mehr benötigt, ergreift es
mit der Hand und wirft es in den Papierkorb.
Auf der elektronischen Arbeitsoberfläche kann der Benutzer analog
das Stück Papier, repräsentiert durch ein Piktogramm, mit der Maus
selektieren (pick), mit gedrückter Maustaste das Papierpiktogramm
über die Arbeitsoberfläche auf das Papierkorbpiktogramm bewegen
(drag) und dann die Maustaste loslassen (drop). Das Papierpiktogramm verschwindet. Das Papierkorbpiktogramm ändert seine Form,
um anzuzeigen, dass der Papierkorb etwas enthält (Abb. 1.1-5).
Benötigt der Mitarbeiter das Stück Papier aus dem Papierkorb doch
noch einmal, dann kann er es aus dem Papierkorb zurückholen.
Dies muss auch beim elektronischen Papierkorb möglich sein, sonst
stimmt die Analogie nicht. Ist dies nicht möglich, dann muss ein
Reißwolf anstelle des Papierkorbs durch ein Piktogramm dargestellt
werden.
Bei der direkten Manipulation werden vom Benutzer – in gewisser Analogie zur Arbeitsweise in einer physikalischen Arbeitsumgebung (z.B. Büro) – Arbeitsobjekte (z. B. Dokumente) unmittelbar visuell identifiziert, selektiert (»zur Hand genommen«) und bearbeitet.
direkte Die Bedienungstechnik »Selektieren, Ziehen und Loslassen« (pick,
Manipulation drag & drop) ist ein Beispiel für eine direkte Manipulation.
1.1.3 Weitere Ein- und Ausgabegeräte
Scanner
digitale
Videokamera
Drucker
Mikrofon,
Lautsprecher
gesprochene
Sprache
Neben Texten werden in vielen Anwendungen auch Grafiken, Fotos
und Bilder verwendet. Um diese Informationen im Computer speichern zu können, werden sie durch einen Scanner (Abtaster) oder
einen digitalen Fotoapparat aufgenommen, digitalisiert und als Bitmuster dem Computersystem zur Verfügung gestellt.
Videofilme können ebenfalls digitalisiert, gespeichert und auf dem
Bildschirm abgespielt werden.
Will man Ausgabeinformationen vom Computer nicht nur auf dem
Bildschirm lesen, sondern »schwarz auf weiß« bzw. in Farbe besitzen,
dann benötigt man als Ausgabegerät einen Drucker. Es gibt heute
eine Vielzahl von Druckern, die ein breites Leistungs- und Preisspektrum abdecken. Die Auswahl eines geeigneten Druckers hängt vom
Einsatzgebiet ab. Aus dem Einsatzgebiet lassen sich Anforderungen
an den Drucker ableiten. Häufig verwendet werden heute
■ Laserdrucker und
■ Tintenstrahldrucker.
Mikrofon und Lautsprecher ermöglichen den Einsatz gesprochener
Sprache in Computersystemen.
In verschiedenen Formen wird die gesprochene Sprache zukünftig
in der Kommunikation mit einem Computersystem und über ein
Computersystem verstärkt möglich sein. Die Bearbeitung gespro12
1.1.4 Externe Speicher
chener Sprache lässt sich unterteilen in Sprachspeicherung, Spracherkennung und Sprachausgabe.
Bei der Sprachspeicherung wird die Sprache über ein Mikrofon
aufgenommen. Die Sprache wird digitalisiert, die Daten werden komprimiert und dann auf einem Speichermedium aufbewahrt.
Die Sprachspeicherung kann im Büro für folgende Anwendungen
eingesetzt werden:
– Verwendung als Diktiergerät,
– Versenden von Sprachmitteilungen (voice mailing),
– Sprachanmerkungen in Dokumenten.
Wie bei einem Diktiergerät kann Sprache aufgezeichnet und über einen Lautsprecher abgehört werden. Zusätzlich können Einfügungen
in bereits aufgezeichnete Sprachinformationen vorgenommen werden. Ähnlich wie Dokumente können auch Sprachinformationen in
Form von Sprachmitteilungen über elektronische Post an einen
oder mehrere Empfänger versendet werden.
Spracherkennung bedeutet, dass gesprochene Informationen
vom Computersystem erkannt werden. Spricht der Benutzer z.B. das
Wort »Posteingang«, dann muss dieses Wort vom System erkannt
und anschließend beispielsweise die eingegangene Post angezeigt
werden. Die Spracherkennung eröffnet neue Anwendungen, insbesondere die direkte Sprach-Text-Umsetzung (»automatische Schreibmaschine«, »Sprechschreiber«).
Die vollsynthetische Sprachausgabe erlaubt es, einen beliebigen
im Computersystem befindlichen Text vorlesen zu lassen. In mehreren Schritten wird aus einem vorliegenden Text eine Sprachausgabe
aufgebaut und synthetisiert, ohne dass vorher eine menschliche
Stimme als Vorlage oder Referenz vorhanden war.
Zunehmend an Bedeutung gewinnen Multimedia-Anwendungen,
die Texte, Daten, Grafiken, Bilder, Filme, Töne und gesprochene Sprache kombinieren.
LE 1
Sprachspeicherung
Spracherkennung
Sprachausgabe
Multimedia
1.1.4 Externe Speicher
Arbeitsspeicher besitzen sowohl aus technischen als auch aus Kostengründen eine Kapazität in der Größenordnung von vier MB bis
zu mehreren hundert MB. Es ist daher nicht möglich, umfangreiche
Informationsbestände und eine Vielzahl von Programmen im Arbeitsspeicher über längere Zeit hinweg aufzubewahren. Außerdem gehen
alle Informationen im Arbeitsspeicher verloren, wenn der Computer
ausgeschaltet wird.
Im Arbeitsspeicher befinden sich daher nur die Programme und
Informationen, mit denen gerade gearbeitet wird. Für die langfristige
Aufbewahrung von Programmen und Informationen hat man besondere Speicher – die externen Speicher – entwickelt, die wesent- externe Speicher
lich preiswerter als Arbeitsspeicher sind und eine höhere Speicher13
LE 1
Dateien
Ordner,
Verzeichnisse
Hinweis: Der
Aufbau von Dateinamen hängt
vom verwendeten
Betriebssystem
(siehe Abschnitt
1.1.6) ab. Die hier
beschriebene
Zweiteilung ist
in dem Betriebssystem MS-DOS,
das heute Bestandteil von
Windows ist,
vorgeschrieben. In
anderen Betriebssystemen ist eine
Unterteilung in
ein oder mehrere
Teile möglich,
aber nicht vorgeschrieben.
1.1 Aufbau und Funktionsweise eines Computersystems
kapazität besitzen. Der Begriff externe Speicher deutet an, dass diese
Speicher nicht zur Zentraleinheit gehören.
Es gibt verschiedene externe Speichermedien. Sie unterscheiden
sich in der Zugriffsgeschwindigkeit, d.h. wie schnell Informationen
wiedergefunden werden, in der Speicherkapazität und im Preis. Sie
lassen sich in fünf große Klassen einteilen:
■ Diskettenspeicher (geringe Kapazität, langsam),
■ Speicherstick (mittlere Kapazität, schnell),
■ Plattenspeicher (hohe Kapazität, schnell),
■ CD-ROM-Speicher (mittlere Kapazität, mittlere Zugriffsgeschwindigkeit),
■ DVD-Speicher (hohe Kapazität, mittlere Zugriffsgeschwindigkeit).
Die Speichermedien Diskette, Platte, CD-ROM und DVD befinden sich
in Laufwerken, die das entsprechende Medium an einem Schreib-/Lesekopf zum Schreiben und Lesen der Informationen vorbeibewegen.
Informationen werden auf externen Speichern in Dateien (files)
abgelegt. Dateien sind vergleichbar mit Karteikästen bei der Ablage
manueller Informationen. Um eine Datei speichern zu können, muss
sie einen Namen erhalten. Dieser Name wird in einem Inhaltsverzeichnis (directory) auf dem Speichermedium vermerkt. Ebenso die
Größe der Datei in Bytes. In diesem Inhaltsverzeichnis sind die Namen aller gespeicherten Dateien enthalten.
Dateien können zu Ordnern bzw. Verzeichnissen zusammengefasst
werden, Ordner können wiederum Ordnern zugeordnet werden. Dadurch ist es möglich, Ordnerhierarchien aufzubauen, z.B. Informatik/
Grundlagen/LE1.doc, wobei LE1.doc der Dateiname ist, Grundlagen der
zugehörige Ordner. Der Ordner Grundlagen gehört wiederum zum
Ordner Informatik.
Um eine Datei eindeutig von allen anderen Dateien in einem Computersystem unterscheiden zu können, muss die gesamte Hierarchie,
Pfad genannt, angegeben werden, wie oben im Beispiel.
Oft gliedert man Dateinamen in zwei Teile. Bei dem ersten Teil
handelt es sich um den eigentlichen, frei wählbaren Namen wie LE1.
Der zweite Teil ist die Dateinamen-Erweiterung, Suffix oder extension
genannt, die den Typ der Datei angibt, z.B. txt für eine Textdatei, doc
für ein Word-Dokument, wav für eine Audio-Datei, wmf für eine GrafikDatei, bmp für eine Bild-Datei. Der Dateinamen-Suffix wird auch dazu
verwendet, um zu einer Datei automatisch die zugehörige Anwendungssoftware zu starten.
1.1.5 Vernetzung
Computersysteme sind heute in der Regel vernetzt, d.h., sie können
mit anderen Computersystemen Informationen austauschen. Damit
Computersysteme elektronisch kommunizieren können, müssen sie
14
1.1.5 Vernetzung
im Allgemeinen physikalisch durch Kabel oder über Funk miteinander verbunden sein. Die Kabel und die Funkstrecken, die die Verbindung herstellen, werden in ihrer Gesamtheit als Netz bezeichnet.
Zu dem Kabel als Hardware bzw. den Sende- und Empfangsstationen
bei Funk kommt noch die Netz-Software hinzu, die mit dafür sorgt,
dass die elektronische Informationsübermittlung stattfinden kann.
Zwei wichtige Netze sind
■ das Intranet und
■ das Internet.
Ein Intranet verbindet Computersysteme eines Unternehmens oder
einer Organisation.
Das Internet verknüpft weltweit Intranets oder einzelne Computersysteme miteinander. Auf das Internet wird ausführlich im Kapitel
1.4 eingegangen.
Es gibt mehrere technische Möglichkeiten, um Netzwerke zu
realisieren. In Abhängigkeit von der notwendigen Übertragungsgeschwindigkeit der Informationen können folgende Übertragungsmedien benutzt werden:
– Telefon- oder ISDN-Leitungen für geringe Übertragungsgeschwindigkeiten zwischen 14.400 Bit/s und 64.000 Bit/s. Das entspricht
1.800 Zeichen/s bzw. 8.000 Zeichen/s.
– ADSL-Zugang über Telefon- oder ISDN-Kupfer-Leitungen für Geschwindigkeiten zwischen 768 KBit/s und 3072 KBit/s (zum Herunterladen) sowie 128 KBit/s und 384 KBit/s (zum Heraufladen).
– Verdrillte Zweidrahtleitungen (twisted pair) oder Koaxialkabel für
mittlere Übertragungsgeschwindigkeiten. Die Geschwindigkeiten
liegen zwischen 10 MBit/s, das entspricht etwa 1,25 Millionen
Zeichen/s, und 100 MBit/s.
– Lichtwellenleiter bzw. Glasfasern für hohe Übertragungsgeschwindigkeiten (100 MBit/s bis hin zu 500 MBit/s). Solche Lichtwellenleiter werden zunehmend für die Verkabelung von Telekommunikations-Netzen und lokalen Netzen verwendet.
Die Übertragung von Informationen in Netzen erfolgt paketweise,
d.h., die zu übertragenden Informationen werden in ein oder mehrere
Pakete (Abb. 1.1-6) fester oder variabler Länge aufgeteilt. Die Pakete
werden dann über das Netz transportiert. Die Größe eines Paketes
wird üblicherweise beschränkt, sodass die Übertragungsdauer eine
bestimmte Zeit nicht überschreitet (meist im Bereich von tausendstel
Sekunden). Bei Übertragungsgeschwindigkeiten im MBit/s-Bereich
ergeben sich Paketgrößen im KBit-Bereich. Beispielsweise können
Zu übertragende Informationen
K
Paket 1
K
Paket 2
K
Paket 3
K
Paket 4
LE 1
Kapitel 1.4
ISDN steht für
»integriertes
digitales Fernmeldenetz« (integrated services digital
network).
ADSL steht für
»Asymmetric
Digital Subscriber
Line«
Abb. 1.1-6:
Zum Prinzip der
Informationsübertragung mit
Paketen
Legende:
K = Kopfdaten (header)
enthalten:
– Empfänger- und
Absenderadresse
– Nummer des Paketes
– Fehler-Code
15
LE 1
NetzanschlussSystem
Hinweis: Der hier
benutzte Begriff
Karte bezeichnet
eine technische
Komponente eines
Computers, die
in das Gehäuse
eines Computers
nachträglich eingebaut werden
kann, daher auch
Einsteckkarte oder
Einschubkarte
genannt. Die Bezeichnung Karte
beruht auf der
Form der technischen Komponente. Sie hat eine
rechteckige Form
und besitzt ungefähr die Größe einer DIN-A6-Seite.
1.1 Aufbau und Funktionsweise eines Computersystems
250 Zeichen = 250 Byte = 2.000 Bit = 2 KBit als ein Paket übertragen
werden.
In Abhängigkeit davon, ob zu einem Zeitpunkt nur ein Paket oder
mehrere Pakete parallel im Netz transportiert werden, unterscheidet
man Basisbandnetze und Breitbandnetze.
In Basisbandnetzen werden mehrere Pakete nur zeitlich hintereinander transportiert (Zeitmultiplex).
Breitbandnetze können zeitlich parallel mehrere Pakete übertragen. Dies geschieht dadurch, dass das Übertragungsmedium, meist
Lichtwellenleiter, mit mehreren nicht überlappenden Frequenzbändern beschickt wird (vergleichbar mit der gleichzeitigen Übertragung
verschiedener Sender im Rundfunk). Auf jedem Frequenzband kann
unabhängig von den anderen Frequenzbändern ein Paket übertragen
werden (Frequenzmultiplex).
Durch so genannte Übertragungsprotokolle wird geregelt, auf
welche Weise ein Computersystem Zugang zum Übertragungsmedium erhält. In Abhängigkeit vom Übertragungsmedium und dem
verwendeten Übertragungsprotokoll sind für ein Computersystem
unterschiedliche Netzanschluss-Systeme nötig:
■ Ein Modem (Modulator/Demodulator) wird benötigt, wenn das
Computersystem an ein analoges Telefonnetz angeschlossen werden soll. Es wandelt digitale Signale, d.h. Bits, in akustische um.
Diese Umwandlung heißt Modulation. Beim Empfänger werden
akustische Signale in digitale umgesetzt (Demodulation).
■ Ein DSL-Modem wird benötigt, um einen ADSL-Zugang zu ermöglichen.
■ Eine ISDN-Karte wird benötigt, wenn das Computersystem an ein
digitales Telefonnetz angeschlossen werden soll. An einen ISDNBasisanschluss können bis zu acht unterschiedliche Endgeräte
angeschlossen werden, von denen wiederum zwei Geräte gleichzeitig benutzt werden können. Beim Schmalband-ISDN sind Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 64 KBit/s erlaubt. Langfristig
wird ein Breitband-ISDN angestrebt, das ein Vielfaches dieser Übertragungsgeschwindigkeit ermöglicht.
■ Eine Netzwerk-Karte wird benötigt, wenn das Computersystem
an ein lokales Netzwerk (LAN, local area network) angeschlossen
werden soll. Lokale Netzwerke verbinden Computersysteme über
kurze Entfernungen (von einigen Metern bis maximal wenigen
Kilometern), meist innerhalb einer Institution oder eines Unternehmens. Als Übertragungsmedium werden keine »öffentlichen«
Leitungen verwendet.
Ein Netzwerk kann nicht nur dazu dienen, Informationen zwischen
den angeschlossenen Computern auszutauschen (Informationsverbund), sondern auch dazu, Ressourcen gemeinsam zu nutzen. Ressourcen können beispielsweise Drucker und externe Speicher sein.
16
1.1.6 Das Betriebssystem
LE 1
Da diese Peripheriegeräte relativ teuer sind, können sie als so genannte Server an das Netz angeschlossen werden.
Ein Server ist ein Gerät, das festgelegte Dienstleistungen auf An- Server = Bediener
forderung für die Teilnehmer im Netz erbringt. Die im Netz befindlichen Computer können dann Druckaufträge an den Druck-Server
(es handelt sich dabei z.B. um einen schnellen Laserdrucker) senden. Umfangreiche Informationsbestände können auf einem gemeinsamen Archiv-Server abgelegt werden.
Die Computersysteme, meist handelt es sich dabei um die am
Arbeitsplatz verwendeten Computer, die Dienstleistungen von Servern in Anspruch nehmen, bezeichnet man als Clients. In manchen Client = Klient,
Fällen kann ein Computersystem gleichzeitig Client in Bezug auf Kunde
eine Dienstleistung A und Server für andere Clients in Bezug auf eine
Dienstleistung B sein.
1.1.6 Das Betriebssystem
Zur Steuerung und Verwaltung der einzelnen Komponenten eines
Computersystems dient ein so genanntes Betriebssystem.
Das Betriebssystem erledigt unter anderem folgende Aufgaben:
Betriebssystem
– Voreinstellung der Hardware nach dem Einschalten auf definierte
Anfangswerte (bootstrapping).
– Eröffnen des Dialogs zwischen Benutzer und Computer über Bildschirm, Tastatur und Maus (console driver).
– Interpretation und Ausführung der Kommandos des Benutzers an
das Betriebssystem (command interpreter).
– Zuweisung verfügbarer Arbeitsspeicherbereiche an die einzelnen
Programme (memory manager).
– Behandlung der Ein-/Ausgabe-Anforderungen (I/O-manager).
– Verwaltung der Peripherie (resource manager).
– Verwaltung der Dateien (file manager).
Das Betriebssystem selbst ist ein Programm wie jedes andere. Damit
es jederzeit Kommandos vom Benutzer entgegennehmen kann, befindet sich ein Teil des Betriebssystems ständig im Arbeitsspeicher
des Computers (speicherresidenter Teil). Nicht ständig benötigte Teile befinden sich auf einer so genannten Systemplatte, d.h. auf einem
externen Speicher, und werden bei Bedarf in den Arbeitsspeicher geholt.
Es gibt unterschiedlich leistungsfähige und unterschiedlich stark
verbreitete Betriebssysteme. Am weitesten verbreitet sind folgende:
■ Windows 2000/XP von der Fa. Microsoft (für Clients),
■ Windows NT/XP von der Fa. Microsoft (für Server und Clients),
■ UNIX (für Server und Clients) und die kostenlose Variante Linux,
■ MVS bzw. OS/390 (für IBM-Großcomputer).
17
LE 1
1 Einführung
Bevor Anwendungssoftware benutzt werden kann, muss sie auf dem
entsprechenden Computersystem zunächst installiert werden (wenn
sie noch nicht vorhanden ist). Abb. 1.1-7 beschreibt die dazu notwendigen Schritte sowie die Anwendung eines Software-Produkts.
1.1.7 Fallstudie: Die Firma ProfiSoft
Nach dem Studium der Informatik mit Schwerpunkt Software-Technik
gründen die zwei ehemaligen Absolventen Alexander Klug, genannt
Alex, und Robert Neumann, genannt Rob, die Firma ProfiSoft.
Ihre im Studium erworbenen Erkenntnisse wollen sie dazu nutzen,
um für Kunden Software zu entwickeln, Kunden zu schulen und zu
beraten.
Um bei Gesprächen mit potenziellen Kunden einen guten Eindruck
zu hinterlassen, entwirft jeder ein persönliches Qualifikationsprofil. Abb. 1.1-8 zeigt das Profil von Alex. Es enthält zusätzlich eine
gesprochene Begrüßung, falls das Profil als Datei an den Kunden
gesandt wird.
1.2 Die Informatik
Parallel zur stürmischen Entwicklung der Computer- und SoftwareTechnik entstand die Wissenschaftsdisziplin Informatik. Zunächst
wurde die Informatik als Spezialgebiet innerhalb anderer wissenschaftlicher Disziplinen betrieben. Seit 1960 wird sie nicht mehr
nur als eine Ansammlung von aus anderen Wissenschaften (z.B. Logik, Mathematik, Elektrotechnik) entliehenen Methoden und Regeln
aufgefasst. Die Informatik hat sich vielmehr zu einem zusammenhängenden, theoretisch fundierten Gebäude, also zu einer neuen
Grundlagenwissenschaft entwickelt, auf die andere Wissenschaften
zurückgreifen.
Die Informatik ist in mehrfacher Hinsicht eine grundsätzlich neuartige Wissenschaft /Brauer, Münch 96, S. 12 ff./:
■ Die Hauptprodukte der Informatik sind immateriell, nämlich
Software – im Unterschied zu den traditionellen Ingenieurwissenschaften.
■ Die Produkte der Informatik sind im Allgemeinen erst in Verbindung mit materiellen Objekten praktisch nutzbar.
■ Die Informatik ist potenzielle – und meist auch schon tatsächliche
– Kooperationspartnerin für jede Wissenschaft und jede Sparte
praktischer Tätigkeiten.
Obwohl diese Eigenarten der Informatik allgemein anerkannt sind,
gibt es jedoch unterschiedliche Ansichten über das Selbstverständnis
der Informatik. Es lassen sich folgende vier Positionen unterscheiden
(Abb. 1.2-1):
18
1.2 Die Informatik
LE 1
Installation
1 Kauft man ein Software-Produkt, dann erhält man in der Regel ein Benutzerhandbuch sowie eine CDROM oder Disketten, die die Anwendungssoftware enthalten. (Auf die Bereitstellung über das Netz wird
im Kapitel 2 eingegangen.)
2 Damit das Software-Produkt benutzt werden kann, muss die Software installiert werden. Installieren
bedeutet in der Regel, dass die gesamte Software oder zumindest einige Teile vom Datenträger (Diskette
oder CD-ROM) auf die Festplatte kopiert werden. Dies geschieht deshalb, weil die Software von der
Festplatte schneller in den Arbeitsspeicher geladen werden kann, als von der CD-ROM oder der Diskette.
3 Das Kopieren übernimmt das Betriebssystem, d.h., es liest die Dateiinhalte vom Datenträger, legt Dateien
auf der Festplatte an und trägt dort die Inhalte wieder ein.
Die Anweisung zum Installieren muss vom Benutzer
Betriebssystem Arbeitsüber die Tastatur/Maus an das Betriebssystem geProzessor
Instalspeicher
geben werden.
lationsIn der Regel besitzt jede Anwendungssoftware ein
befehl
Installationsprogramm, meist setup genannt, das
Anzeige
kopieren
durch Doppelklick mit der Maus auf dem Datenträger gestartet werden muss. Dieses Programm
Ein-/Ausgabesteuerung
übernimmt dann unter Inanspruchnahme des
Betriebssystems die Installation. Das Installationsprogramm erledigt folgende Aufgaben:
Tastatur BildCDFesta Festlegen des Funktionsumfangs, der genutzt
Maus
schirm
ROM
platte
werden soll.
b Abstimmung der Software auf die vorhandene
Hardware.
c Integration in bestehende Programme, z.B. um Daten auszutauschen.
d Anlegen eines anwendungsspezifischen Piktogramms auf der Arbeitsoberfläche (desktop), das nach
dem Starten des Computersystems jeweils angezeigt wird.
4 Bei Lexika, Telefonbüchern usw. enthält die CD-ROM nicht nur die Software, sondern auch die Informationen,
die verarbeitet werden sollen. In der Regel wird nur die Software auf die Festplatte kopiert, die Informationen
bleiben auf der CD-ROM. Will man auf die Informationen zugreifen, muss die entsprechende CD-ROM in das
Laufwerk eingelegt werden.
Benutzung
b
5 Um Anwendungssoftware zu nutzen, muss sie
Betriebssystem ArbeitsProzessor
gestartet werden. Dies geschieht in der Regel
speicher
c
Anw.-Software
durch einen Doppelklick auf das entsprechende
Doppelklick auf
Informationen
Piktogramm.
Piktogramm
In der Zentraleinheit läuft nun Folgendes ab:
c Anzeige
a Laden
a Das Betriebssystem lädt, d.h. kopiert, die
Ein-/Ausgabesteuerung
Anwendungssoftware (ganz oder Teile davon)
von der Festplatte in den Arbeitsspeicher.
b Anschließend startet das Betriebssystem die
Anwendungssoftware.
Tastatur BildCDFestc Die Anwendungssoftware wird vom Prozessor
Maus
schirm
ROM
platte
Schritt für Schritt abgearbeitet. Nach dem
Laden wird die erste Anweisung ausgeführt.
In der Regel wird das Anwendungsfenster auf dem Bildschirm angezeigt.
d Der Benutzer kann aus den angebotenen Funktionen die jeweils gewünschte aktivieren.
■
Position 1: Mathematisch-logische Orientierung,
■ Position 2: Ingenieurwissenschaftliche Orientierung,
■ Position 3: Evolutionäre Orientierung,
■ Position 4: Partizipative Orientierung.
Entsprechend diesen Positionen wird der Begriff »Informatik« enger
oder weiter gefasst, und die Schwerpunkte der Informatik werden
verschieden gesehen.
Die »Gesellschaft für Informatik«, Interessenvertretung der deutschen Informatiker, verwendet folgende Definitionen:
Abb. 1.1-7: Installation und Benutzung von Anwendungssoftware
Definitionen der
Informatik
www.gi-ev.de
19
LE 1
1 Einführung
Profil von Dipl.-Inform. Alexander Klug
Gründer der Firma ProfiSoft zusammen mit Robert Neumann
Persönliche Angaben
● Geboren in Bochum
● Alter 24 Jahre
Studium
● Studium der Informatik
● Schwerpunkt: Software-Technik
● Diplomarbeit: Erstellung eines Java-Labors für die Informatikausbildung
(mit Auszeichnung)
● Dauer: 10 Semester
● Während des Studiums Praktika in verschiedenen Softwarehäusern
● 4 Semester lang Hilfsassistent am Lehrstuhl für Software-Technik
Arbeitsschwerpunkte in der Firma ProfiSoft
● Innovative Seminare und Trainings auf dem Gebiet der Software-Technik
● Konzeption und Erstellung von multimedialen Firmenpräsentationen
● Konzeption und Erstellung von e-learning-Kursen
Hobbies
● Segeln
● Fischen
Abb. 1.1-8:
Profil von Alex
www.acm.org
Computer Science
Informatik vs.
Computer Science
»Informatik ist die Wissenschaft von der systematischen und
automatisierten Verarbeitung von Information. Sie erforscht grundsätzliche Verfahrensweisen der Informationsverarbeitung und allgemeine Methoden ihrer Anwendung in den verschiedensten Bereichen.
Für diese Aufgaben wendet die Informatik vorwiegend formale und
ingenieurmäßig orientierte Techniken an. Durch Verfahren der Modellbildung sieht sie beispielsweise von den Besonderheiten spezieller Datenverarbeitungssysteme ab; sie entwickelt Standardlösungen
für die Aufgaben der Praxis.« /GI 85/
»Informatik ist die Wissenschaft, Technik und Anwendung der
maschinellen Verarbeitung und Übermittlung von Informationen.«
/GI 87/
Die ACM (Association for Computing Machinery) – größte internationale, wissenschaftliche Organisation der Informatiker – benutzt
folgende Definition /Denning et al. 89/:
»Computer science and engineering is the systematic study of
algorithmic processes – their theory, analysis, design, efficiency, implementation and application – that describe and transform information. The fundamental question underlying all of computing is, What
can be (efficiently) automated?«
Der Begriff Computer Science »schließt nämlich im Gegensatz zu
Informatik u.a. den ganzen Bereich der betrieblichen Anwendungssysteme und ihres organisatorischen Umfeldes, also der Wirtschaftsinformatik und der ihr verwandten Gebiete, aus, die zumindest in
den USA vorwiegend unter dem Oberbegriff Information Systems firmiert.« /Mayr, Maas 02, S. 178/
Im »Studien- und Forschungsführer Informatik« /Brauer, Münch
96/ wird Informatik aus einer anderen Perspektive betrachtet:
20
1.2 Die Informatik
Position 1: Mathematisch-logische Orientierung /Dijkstra 89/
These: Computer können nur Symbole manipulieren. Sie tun dies mittels Programmen.
Programme sind maschinell ausführbare Formeln. Aufgabe der Programmierer ist es,
Formeln durch die Manipulation von Symbolen herzuleiten. Informatik befasst sich
also mit dem Wechselspiel von maschineller und menschlicher Symbol-Manipulation.
Die Informatik-Grundausbildung muss daher stringent mathematisch-logisch sein.
Es ist – ohne Verwendung von Computern – die formale Manipulation einer einfachen
imperativen Programmiersprache zu lehren. Ziel ist die Vermittlung der Fähigkeit,
korrekte Programme zu schreiben, d.h. gegebene Spezifikationen korrekt in maschinell
ausführbare Formeln umzusetzen.
Abb. 1.2-1:
Zum Selbstverständnis der Informatik
Position 2: Ingenieurwissenschaftliche Orientierung /Parnas 90/
These: Informatiker arbeiten de facto wie Ingenieure, weil sie technische Artefakte
herstellen. Es fehlt ihnen aber eine Ingenieursausbildung, die fundamentale Methoden
wie z.B. Zuverlässigkeitsanalysen komplexer Systeme enthält. Es sollte daher eine
Ingenieursausbildung angestrebt werden, die aus mathematischen und ingenieurwissenschaftlichen Kursen besteht. Die Programmierung realer Maschinen sollte im
Grundstudium ignoriert werden.
Das Wort »Informatik« wurde 1968 vom
damaligen Bundesforschungsminister
Stoltenberg anlässlich
der Eröffnung einer
Tagung in Berlin
verwendet. Mit Informatik wurde dabei
der wissenschaftliche
Hintergrund eines
Forschungsprogrammes des Bundes auf
dem Gebiet Datenverarbeitung bezeichnet. 1967 war in
Frankreich das Wort
»informatique« aufgekommen und hat
sich inzwischen auch
im Holländischen
(informatika), Italienischen (informatica),
Polnischen (informatyka), Tschechischen
und Russischen
eingebürgert. In den
Vereinigten Staaten
entstand Anfang
der 60er-Jahre der
Ausdruck »computer
science«. Teilweise
scheint sich sowohl
im Angelsächsischen
(informatics) als auch
im internationalen
Gebrauch der Wortstamm »Informatik«
durchzusetzen.
Position 3: Evolutionäre Orientierung /Brooks 87/
These: Anforderungen an ein Software-System können bei realen Systemen nicht
eindeutig formuliert werden. Spezifikationen erfassen häufig veraltete Anforderungen
und verhindern so die rasche und flexible Anpassung an die sich ständig ändernden
organisatorischen Strukturen und Aufgaben. Daher hat keine der bisher entwickelten
formalen Methoden (algebraische Spezifikation, formale Verifikation, automatische
Programmierung) zu einem qualitativen Sprung in der Software-Erstellung geführt.
Kontinuierliche Verbesserungen sind die einzige Hoffnung.
Quelle: /Bonsiepen, Coy 92/
LE 1
Position 4: Partizipative Orientierung /Bonsiepen, Coy 92/
These: Computer sind Geräte, die bestimmte Funktionen innerhalb menschlicher
Tätigkeitsbereiche erfüllen. Sie sind Mittel zum Zweck. Im Mittelpunkt stehen daher
die alltäglichen Aufgaben von Menschen, die die Software nutzen. Software-Systeme
sind Bestandteil einer funktionierenden Organisation. Der Informatiker muss deshalb
den sozialen Kontext des Arbeitsplatzes, die Aufgabenverteilung zwischen Mensch
und Computer innerhalb des Arbeitsprozesses verstehen lernen. Software-Systeme
sind so zu entwickeln, dass sie einfach, benutzbar und arbeitsunterstützend sind.
Ziel der Ausbildung muss es sein, Informatiker zu befähigen, Geräte, Programme
und Prozesse zu spezifizieren und zu entwerfen, die den gestellten Anforderungen
genügen. Es werden akzeptable Lösungen gesucht, nicht optimale und perfekte.
»Informatik läßt sich also kennzeichnen durch die drei Begriffe
Intelligenz – Formalismen – Technik oder als Intelligenzformalisierungstechnik.
Etwas allgemeiner könnte man sagen: Informatik ist die (Ingenieur-)
Wissenschaft von der theoretischen Analyse und Konzeption, der
organisatorischen und technischen Gestaltung sowie der konkreten
Realisierung von (komplexen) Systemen aus miteinander und mit
ihrer Umwelt kommunizierenden (in gewissem Maß intelligenten und
autonomen) Agenten oder Akteuren, die als Unterstützungssysteme
für den Menschen in unsere Zivilisation eingebettet werden müssen
– mit Agenten/Akteuren sind Software-Module, Maschinen (zum Beispiel Staubsauger) oder roboterartige Geräte gemeint.«
/Langenheder, Müller, Schinzel 92/ charakterisieren Informatik
als »Legierung aus Formalwissenschaft, Naturwissenschaft, Technik
und Geisteswissenschaften«.
21
LE 1
Informatik vs. IT
Dynamik
Gegenstandsbereich
1 Einführung
/Freytag 93/ betrachtet Informatik ähnlich wie Architektur als
Gestaltungswissenschaft (»Form und Kontext plus Methoden«).
Der geschichtliche Hintergrund der Informatik wird in Abb. 1.2-2
skizziert.
»Als grobe Abgrenzung der Informatik gegenüber der Informationstechnologie könnte man den stärker logisch abstrahierenden,
softwareorientierten Blickwinkel der Informatik gegenüber dem
mehr auf die technischen Basiskomponenten ausgerichteten, von
Nachrichten- und Elektrotechnik bzw. Elektronik geprägten Herangehen der IT heranziehen.« /Mayr, Maas 02, S. 178/
Wegen des universellen Charakters der Informatik lässt sich ihr
Gebiet schwer eingrenzen. Aufgaben, Gegenstände und Methoden der
Informatik werden stark von den Natur-, Ingenieur- und Geisteswissenschaften beeinflusst. Die Informatik selbst liegt zwischen diesen
Disziplinen. Von den Naturwissenschaften unterscheidet sich die Informatik, da ihr Forschungsgegenstand von Menschen geschaffene
Systeme und Strukturen sind; von den Ingenieurwissenschaften unterscheidet sie sich ebenfalls, da ihre Betrachtungsgegenstände meist
immateriell sind, und von den Geisteswissenschaften unterscheidet
sich die Informatik, da sie sich nicht auf Erkenntnisgewinn und Beschreibung von Sachverhalten beschränkt, sondern praktisch anwendbare Ergebnisse erzielt. Zusammenfassend kann man sagen, dass die
Informatik eine Strukturwissenschaft ist.
Dynamik ist für mich ein charakteristisches Merkmal der Informatik. Ohne das Verstehen der Abläufe in Programmen ist das Wesen und die Faszination der Informatik nicht zu begreifen. Dies erschwert aber auch dem Lernenden den Einstieg in die Informatik. Auf
der beiliegenden CD-ROM werden daher wichtige Abläufe animiert
dargestellt, um die Vorstellung zu unterstützen.
Der Gegenstandsbereich der Informatik ist vielschichtig. Mindestens vier miteinander eng verzahnte Schichten gehören dazu
/GI 87/:
■ Hardware,
■ Software,
■ Organisationsstrukturen,
■ Benutzer und Anwender.
Basierend auf einem eng gefassten Informatikbegriff definiert die
»Gesellschaft für Informatik« /GI 85/ den Gegenstandsbereich folgendermaßen:
»Die Informatik befaßt sich daher
a mit den Strukturen, den Eigenschaften und den Beschreibungsmöglichkeiten von Information und Informationsverarbeitung,
b mit dem Aufbau, der Arbeitsweise und den Konstruktionsprinzipien von Rechnersystemen,
22
1.2 Die Informatik
Die geschichtliche Entwicklung zeigt, dass es dem Menschen im Laufe der Zeit
gelungen ist, sich seine Arbeit zu erleichtern. So entstanden von der einfachen
Steinaxt über Handwerkzeuge aller Art die heutigen energieverarbeitenden Maschinen
wie Motoren, Bagger, Fahrzeuge, Kräne. Diese Maschinen haben dem Menschen im
physischen Bereich fast überall die routinemäßige Arbeit abgenommen. Die menschliche
Tätigkeit kann sich auf die Planung und Überwachung konzentrieren.
Neben der Erleichterung körperlicher Arbeit war der Mensch von Anfang an auch
bemüht, sich geistige Arbeit durch geeignete Hilfsmittel leichter zu machen (Abacus,
Rechenschieber, Tabellen). Das Lösen von Problemen oder allgemeiner das Verarbeiten
von Informationen bedeutet geistige Arbeit. Von einer gewissen Komplexität an lassen
sich Probleme nur noch mit Hilfsmitteln lösen. Im Laufe der Wissenschaftsgeschichte
sind die zu lösenden Probleme bzw. die zu verarbeitenden Informationen immer
komplizierter geworden. Damit hat auch der zur Lösung bzw. Verarbeitung erforderliche
Aufwand ständig zugenommen. Als Hilfsmittel entstanden vor etwa 50 Jahren
elektronische Datenverarbeitungsanlagen, die als informationsverarbeitende Maschinen
die Menschen bei der Lösung von Problemen unterstützten und es ihnen ermöglichen,
ökonomisch und rationell zu arbeiten. Geistige Routinetätigkeiten werden uns von
Computersystemen abgenommen.
Ein Computersystem kann Informationen wesentlich schneller verarbeiten als ein
Mensch. Als geistiges Hilfsmittel des Menschen potenziert es damit seine Möglichkeiten
und eröffnet ihm eine neue Dimension.
Durch die Geschwindigkeit heutiger Computer wird ein Zeitraffereffekt erzielt,
durch den der Mensch in neue Bereiche eindringen kann und durch den neue
Perspektiven sichtbar werden. Technische Spitzenleistungen wie der moderne
Brückenbau, die Weltraumfahrt oder die Wahlhochrechnungen wären ohne ein
Instrument wie ein Computersystem nicht möglich.
Die schnelle Verarbeitung von Informationen sowie die Aufbewahrung von
umfangreichen Daten und die Auswertung dieser Daten nach unterschiedlichsten
Kriterien potenziert auch Missbrauchsmöglichkeiten.
Es sollte daher jeder durch seine kritische Aufmerksamkeit dazu beitragen, dass die
Annehmlichkeiten, die die automatische Informationsverarbeitung uns beschert, allen
Menschen zugute kommen, dass die Missbrauchsmöglichkeiten dieser neuen Technik
aber auf ein Minimum eingeschränkt werden.
c mit der Entwicklung sowohl experimenteller als auch produktorientierter informationsverarbeitender Systeme moderner Konzeption,
d mit den Möglichkeiten der Strukturierung, der Formalisierung und
der Mathematisierung von Anwendungsgebieten in Form spezieller Modelle und Simulationen und
e mit der ingenieurmäßigen Entwicklung von Softwaresystemen für
verschiedenste Anwendungsbereiche unter besonderer Berücksichtigung der hohen Anpassungsfähigkeit und der Mensch-Computer-Interaktion solcher Systeme.«
Die Informatik gliedert sich in die Teilbereiche (Abb. 1.2-3):
■ Kerninformatik und
■ Angewandte Informatik.
Die Kerninformatik beschäftigt sich mit den zentralen Forschungsgebieten der Informatik. Unter »Angewandter Informatik« versteht
man Anwendungen von Methoden der Kerninformatik in anderen
Fachwissenschaften.
23
LE 1
Abb. 1.2-2:
Geschichtlicher
Hintergrund
der Informatik
Abacus = auf Drähte
aufgefädelte Perlen
LE 1
Informatikstudium
Zitat
Abb. 1.2-3:
Gliederung der
Informatik
1 Einführung
Schwerpunktbildungen innerhalb der Kerninformatik führen zu
den Teilgebieten
■ Theoretische Informatik,
■ Praktische Informatik und
■ Technische Informatik.
Die schnell wachsende Bedeutung der Informatik sowie die zunehmende Nachfrage nach ausgebildeten Fachleuten auf diesem Gebiet
führte Ende der 60er-Jahre zur Schaffung des Studiengangs Informatik an Universitäten und Fachhochschulen.
Die »Rahmenordnung für die Diplomprüfung im Studiengang Informatik an Universitäten und gleichgestellten Hochschulen« /Rahmenordnung 95/ sagt Folgendes zum Informatikstudium:
»Die Informatik ist zentral mit der Entwicklung und Beherrschung
komplexer Informatik-Systeme befasst. Sie hat sich unbeschadet ihrer strukturwissenschaftlichen Grundlagen zu einer ingenieurmäßigen Disziplin im Sinne konstruierender Tätigkeiten entwickelt. Diese
Entwicklung wird sich verstärkt fortsetzen.
In Bezug auf Umfang und Struktur ist der Diplomstudiengang Informatik daher den Studiengängen in den klassischen Ingenieurwissenschaften gleichzusetzen.
Nachbarwissenschaften
(Schnittstellen)
Kerninformatik
Mathematik
(mathem. Logik,
Systemtheorie)
Fachwissenschaften, die die
Informatik als
Hilfswissenschaft
verwenden:
Informatik
Theoretische Informatik
Automatentheorie
formale Sprachen
Codierungstheorie
Theorie der Algorithmen
Schaltwerkstheorie
Wechselwirkungen
Angewandte
Informatik
Informatik in den
Wirtschaftswissenschaften
(Wirtschaftsinformatik)
Volkswirtschaftslehre,
Betriebswirtschaftslehre
Informatik in den
Naturwissenschaften
Physik,
Physiologie,
Chemie
Informatik in den
Ingenieurwissenschaften
(Ingenieurinformatik)
Elektrotechnik,
Maschinenbau,
Bauingenieurwesen
Informatik in der Medizin
(Medizininformatik)
Medizin
Praktische Informatik
Software-Entwicklung
Software-Qualitätssicherung
Software-Management
Software-Werkzeuge
Betriebssysteme
Datenbanken
Informationssysteme
Computernetze
Compilerbau
Elektrotechnik
(Gerätetechnologie, Nachrichtentechnik)
Physik
(Halbleitertechnik, Festkörperphysik)
Technische Informatik
hardwarenahe Fragestellungen
Funktionsprinzipien der
Geräte; logische Struktur
der Bauelemente
logischer Rechnerentwurf
24
Informatik in den
Geisteswissenschaften
Informatik in der
Gesellschaft
Mathematik,
Linguistik,
Psychologie,
Jurisprudenz,
Soziologie,
Pädagogik
1.3 Gliederung und Aufbau dieses Buches
Dem Diplom-Informatiker steht ein sehr vielfältiges Tätigkeitsfeld
offen. Von ihm wird erwartet, dass er in der Lage ist, ingenieursmäßig
Methoden und Techniken zur Konstruktion großer Informatik-Systeme anzuwenden, sich schnell in neue Problemstellungen und andere
Gebiete einzuarbeiten und durch selbstständige Weiterbildung den
Anschluss an die Entwicklung seines Faches zu halten. Dazu ist eine
breite Ausbildung in den methodischen Grundlagen und die Vermittlung von ingenieurmäßigen Vorgehens- und Verhaltensweisen
erforderlich.«
Die »Gesellschaft für Informatik« /GI 85/ zählt für das Grundstudium für die »Einführung in die Informatik« (ca. 22 Semesterwochenstunden) folgende Themen auf:
■ Grundbegriffe,
■ Methoden und Modelle der Informatik,
■ Algorithmen,
■ Konzepte der Programmierung und ihre Anwendung usw.
Im »Computing Curricula 91« der internationalen Informatikorganisationen ACM und IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) /Curricula 91/ werden für das Gebiet »Algorithmen und
Datenstrukturen« (47 Vorlesungsstunden) folgende Themen vorgeschlagen:
■ Grundlegende Datenstrukturen
■ Abstrakte Datentypen
■ Rekursive Algorithmen
■ Komplexitätsanalyse
■ Komplexitätsklassen
■ Sortieren und Suchen
■ Berechenbarkeit und Unentscheidbarkeit
■ Problemlösungsstrategien
■ Parallele und verteilte Algorithmen
1.3 Gliederung und Aufbau dieses Buches
Die Curricula zur Grundlagenausbildung in der Informatik bieten dem
Lehrenden genügend Spielraum für eigene inhaltliche Schwerpunkte
und methodisch-didaktische Konzepte. Inhaltlich orientiert sich dieses Buch mehr an den in Abb. 1.2-1 dargestellten Positionen 3 und 4 als
an den Positionen 1 und 2. Jahrelange Unterrichtserfahrung haben mir
gezeigt, dass ein theoretischer, deduktiver Einstieg in die Grundlagen der Informatik ohne Computerbenutzung – wie es die Positionen
1 und 2 fordern – demotivierend und realitätsfern ist. Nur eigene
Praxiserfahrungen mit Computersystemen von Anfang an geben dem
Lernenden ein Gefühl für die Möglichkeiten der Programmierung,
zeigen ihm aber auch deutlich die Probleme der Programmierpraxis
– insbesondere die Probleme der Spezifikation und der Qualität. Mit
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LE 1
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induktiv vs.
deduktiv
Lernen durch Beispiele, Analogie
und eigenes Tun
Prinzip
Methode
Konzept
Notation
Werkzeug
Wechselwirkung
1 Einführung
diesem Problembewusstsein ausgestattet, ist der Lernende aufnahmebereit für Themen wie Testen, Verifikation, Anforderungsmodellierung, Eigenschaften und Aufwand von Algorithmen.
Die didaktisch-methodische Vorgehensweise orientiert sich daher vorwiegend am induktiven Vorgehen, d.h. vom Speziellen zum
Allgemeinen. Ausgangspunkt können mehrere Beispiele sein, aus
denen dann auf eine allgemeine Regel geschlossen wird. Diese Vorgehensweise wird aber nicht dogmatisch gesehen. Bei Bedarf wird auch
deduktiv vorgegangen, d.h., aus dem Allgemeinen wird der Einzelfall
bzw. das Besondere hergeleitet.
»Lernen durch Beispiele«, »Lernen durch Analogie« und »Lernen
durch eigenes Tun« fällt oft besonders leicht. Daher werden diese
Lernformen – insbesondere durch die Aufgaben – unterstützt. Da man
am meisten lernt, wenn man selbst etwas tut (Merkfähigkeit 90 Prozent), werden eigene Aktivitäten unterstützt. Zu vielen Lehreinheiten
gibt es multimediale Unterstützungen und Ergänzungen, die auf der
beigefügten CD-ROM bzw. über das Internet zur Verfügung stehen.
Bei jeder Einarbeitung in ein neues Gebiet muss man sich mit
Prinzipien, Methoden, Konzepten, Notationen und Werkzeugen befassen.
Prinzipien sind Grundsätze, die man seinem Handeln zugrunde
legt. Methoden sind planmäßig angewandte, begründete Vorgehensweisen zur Erreichung von festgelegten Zielen (im Allgemeinen im
Rahmen festgelegter Prinzipien). Methoden enthalten also den Weg
zu etwas hin, d.h., sie machen Prinzipien anwendbar. Methoden geben außerdem an, welche Konzepte wie und wann verwendet werden,
um die festgelegten Ziele zu erreichen.
Konzepte erlauben es, definierte Sachverhalte unter einem oder
mehreren Gesichtspunkten zu modellieren.
Eine Notation stellt Informationen durch Symbole dar. Ein Konzept kann durch eine oder mehrere Notationen dargestellt werden.
Werkzeuge (tools) dienen der automatisierten Unterstützung von
Methoden, Konzepten und Notationen.
Zentraler Gegenstand der Informatik ist die Software. Eine Software-Entwicklung besteht aus drei Hauptaktivitäten:
■ Definition der Anforderungen (Systemanalyse),
■ Entwurf des Software-Systems (Programmieren im Großen),
■ Implementierung bzw. Programmierung der Software-Komponenten (Programmieren im Kleinen).
Der inhaltliche Schwerpunkt dieses Buches liegt auf den Prinzipien,
Methoden, Konzepten und Notationen der Programmierung von
Software-Komponenten, auch »Programmieren im Kleinen« genannt.
Für einen Informatiker sind solide Kenntnisse und Fertigkeiten auf
diesem Gebiet unumgänglich, um die Möglichkeiten, Grenzen und
Probleme der Realisierung von Software richtig einschätzen zu können.
26
1.3 Gliederung und Aufbau dieses Buches
LE 1
Die Aktivitäten »Definition« und »Entwurf« werden ansatzweise
bereits mitbetrachtet (siehe dazu auch: /GI 97/). Diese Thematik gehört aber in eine Vorlesung über Software-Technik (siehe z.B. »Lehrbuch der Software-Technik« /Balzert 98, 01/).
Der »rote Faden« dieses Buchs sind die Konzepte der Program- »roter Faden«
mierung und Algorithmik. Die wichtigsten Konzepte der SoftwareEntwicklung und der Programmierung sind heute die Konzepte der
»Objektorientierung«, wie Objekte, Klassen, Vererbung. Diese Konzepte werden in diesem Buch immer zuerst vorgestellt. Die entsprechenden Kapitelüberschriften lauten dazu: »Zuerst die Theorie: ...«.
Anstelle von »Zuerst die Theorie« könnte auch stehen: »Zuerst die
Konzepte«.
Konzepte werden durch eine oder mehrere Notationen beschrieben. UML
Als grafische Notation für die Beschreibung objektorientierter Konzepte hat sich die UML (unified modeling language) durchgesetzt, die
in diesem Buch eingeführt und benutzt wird.
Zur Programmierung werden Programmiersprachen benutzt.
Sowohl von den unterstützten Konzepten als auch von der Bedeutung her halte ich objektorientierte Programmiersprachen heute für
die Grundlagenausbildung am geeignetsten. Andere Programmiersprachen wie deklarative, funktionale oder logikorientierte Sprachen
sind in ihren Konzepten und Anwendungsbereichen zu spezialisiert,
um als »erste« Sprache vermittelt zu werden.
Betrachtet man wichtige objektorientierte Sprachen wie Java, C++,
C#, Smalltalk, Eiffel, Oberon, dann stellt sich die Frage, welche Sprache für die Ausbildung am besten geeignet ist.
Für mich sind folgende Kriterien am wichtigsten:
■ In der Praxis weit verbreitet und eingesetzt.
■ Unterstützung allgemein anerkannter Konzepte.
■ Innovationsgrad der Sprache.
■ Grad der Normung.
■ Einfachheit und Eleganz der Sprache.
■ Anwendungsspektrum der Sprache.
Eine Bewertung der Sprachen anhand dieser Kriterien führt zur Verwendung der Sprachen Java, C++ und C# in diesem Buch. Java steht
als Sprache im Mittelpunkt, die speziellen C++- und C#-Konzepte
werden ergänzend behandelt.
Die jeweils verwendete Programmiersprache beeinflusst natürlich
stark die Reihenfolge der vorgestellten Konzepte und die Auswahl
der Beispiele. Wegen der großen Bedeutung der Objektorientierung in
der Software-Technik habe ich mich dazu entschlossen, von Anfang
an die objektorientierte Sichtweise einzuführen und nicht zuerst
die prozedurale Sicht zu verwenden. Bei jeder Einführung in ein
Wissensgebiet sollte der Lernende nicht mit zu vielen Konzepten, Notationen und Begriffen auf einmal konfrontiert werden. Bei dem hier
gewählten ganzheitlichen Einstieg in die Objektorientierung werden
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Vollständigkeit
Entdeckendes
Lernen
CASE
1 Einführung
am Anfang einige Konzepte nur erwähnt und bleiben zunächst im
»Nebel«. Nach und nach »lichtet sich der Nebel«, wenn die erwähnten
Konzepte detailliert betrachtet werden. Diesem Nachteil steht jedoch
der große Vorteil gegenüber, dass von Anfang an die Kernkonzepte
der Objektorientierung wie Objekte und Klassen im Mittelpunkt stehen und beherrscht werden.
Die Programmiersprachen-Notationen beginnen meistens mit Kapitelüberschriften wie »Dann die Praxis: ...«
Eine vollständige Darstellung der Grundlagen der Informatik ist
heute in einem Lehrbuch nicht mehr möglich. Auf der einen Seite
ist das Gebiet nicht eindeutig abgrenzbar, auf der anderen Seite ist
die Innovationsgeschwindigkeit insbesondere bei den Programmiersprachen hoch. Daher erfordert eine Tätigkeit in der Informatik immer lebenslanges Lernen.
Im vorliegenden Buch wird die Programmiersprache Java nicht
vollständig behandelt. Ausgehend von exemplarischen Darstellungen sollen Sie, lieber Leser, dann durch »entdeckendes Lernen«
weitere Sprachelemente selbstständig »erkunden«, sich die nötigen
Informationen auf der beiliegenden CD-ROM oder im Internet besorgen und dadurch die Gebiete ihrem Wissen hinzufügen, an denen
Sie Interesse haben.
Um Software zu entwickeln, ist der Einsatz von Werkzeugen notwendig. Für die Programmierung sind Compiler und
Programmierumgebungen unumgänglich. Der Begriff CASE steht für
Computer Aided Software Engineering. Er drückt aus, dass SoftwareEntwicklung mithilfe von Software-Werkzeugen erfolgt. Man spricht
daher auch oft von CASE-Werkzeugen, um zu betonen, dass der Einsatz von Software-Werkzeugen zum Zwecke der Software-Entwicklung gemeint ist.
In diesem Buch wird davon ausgegangen, dass CASE-Werkzeuge
eingesetzt werden. Auf der beigefügten CD-ROM befinden sich eine
Reihe entsprechender Werkzeuge.
Die Struktur des Buches zeigt Abb. 1.3-1.
Globales Ziel des Buches ist es, einen systematischen Überblick
über Prinzipien, Methoden, Konzepte und Notationen des »Programmierens im Kleinen« und seine Einordnung in die verschiedenen
Kontexte zu geben. Dieses Wissen – verbunden mit den praktischen
Übungen am Computersystem – soll den Leser befähigen,
■ professionell effiziente Programme problemgerecht
n zu entwickeln,
n zu analysieren,
n zu überprüfen,
n adäquat in der UML zu beschreiben und
n in Java zu transformieren, zu übersetzen und auszuführen.
28
Glossar
Definition
objektorientierte Konzepte
UML-Notation
CASE-Werkzeuge
Entwurf
objektorientierte Konzepte
UML-Notation
CASE-Werkzeuge
Programmierung
objektorientierte Konzepte
Java-Notation
C++- & C#-Notationen
Java-Compiler
C++- & C#-Compiler
Abb. 1.3-1:
Struktur des
Buches
Software-Technik
Prinzipien
Produktverbesserung
Prozessverbesserung
Checklisten, Richtlinien
Algorithmik
Eigenschaften
Verifikation
Aufwand
Listen und Bäume
Suchen und Sortieren
Anwendungsbereiche
kaufmännisch
technisch
Grafik
Multimedia
Algorithmen →Algorithmus.
Algorithmus (Plural: Algorithmen),
Problemlösungsbeschreibung, die festlegt, wie ein Problem gelöst werden soll
(→Programm).
Anwender Mitglieder einer Institution
oder Organisationseinheit, die zur Erfüllung ihrer fachlichen Aufgaben →Computersysteme einsetzen (→Benutzer).
Anwendungssoftware →Software,
die Aufgaben des →Anwenders mithilfe eines →Computersystems löst. Setzt
in der Regel auf der →Systemsoftware
der verwendeten →Hardware auf bzw.
benutzt sie zur Erfüllung der eigenen
Aufgaben.
Arbeitsoberfläche Teil einer →
grafischen Benutzungsoberfläche, die
dem Benutzer quasi als Ersatz für die
Schreibtischoberfläche dient. Es können
Objekte, Hilfsmittel, Geräte und Anwendungen auf ihr repräsentiert werden.
Mithilfe der →direkten Manipulation
können Funktionen ausgeführt werden.
Über →Fenster erfolgt die Kommunikation des →Benutzers mit den Anwendungen.
Arbeitsspeicher Medium zur kurzfristigen Aufbewahrung nicht zu umfangreicher Information; Bestandteil der →
Zentraleinheit; siehe auch →externer
Speicher.
LE 1
Benutzer Personen, die ein →Computersystem unmittelbar einsetzen und
selbst bedienen (→Anwender).
Betriebssystem Spezielles Programm
eines →Computersystems, das alle Komponenten eines →Computersystems verwaltet und steuert sowie die Ausführung
von Aufträgen veranlasst.
Bildschirm Ausgabegerät zum Anzeigen von Informationen.
Bit (binary digit) Binärzeichen, das
nur jeweils einen von zwei Zuständen
darstellen bzw. speichern kann, z.B. null
oder eins. Acht Bits fasst man zu einem
→Byte zusammen.
Byte Maßeinheit für die →Speicherkapazität. In einem Byte kann ein Zeichen
gespeichert werden; siehe auch →Bit.
Client Vernetztes →Computersystem,
das Dienstleistungen von →Servern in
Anspruch nimmt.
Computer Technische Geräte, die umfangreiche Informationen mit hoher
Zuverlässigkeit und großer Geschwindigkeit automatisch, gesteuert von →
Programmen, verarbeiten und aufbewahren können; auch Rechner oder
elektronische Datenverarbeitungsanlagen genannt.
computer science →Informatik.
Computersystem →Computer (→Hardware) und →Programme (→Software).
29
LE 1
Glossar
Datei Logisch zusammenhängender Informationsbestand (z.B. Kundenstammdatei), vergleichbar mit einer Kartei
bei der manuellen Informationsverarbeitung.
desktop »elektronische« →Arbeitsoberfläche.
Direkte Manipulation Bedienungsform, bei der analog zu einem physikalischen Vorgang Objekte mit der →Maus
auf der →Arbeitsoberfläche selektiert,
bewegt und losgelassen werden (pick,
drag & drop). In Abhängigkeit von der
Zielposition können dadurch Funktionen wie Kreieren, Löschen, Kopieren,
Drucken und Verschieben realisiert werden (generische Funktion).
Externe Speicher Speichermedien zur
langfristigen Aufbewahrung von großen
Informationsmengen (Diskettenspeicher, Plattenspeicher, CD-ROM-Speicher).
Fenster Rechteckiger Bereich auf dem
Bildschirm, der von der →Anwendungssoftware zur Ein- und Ausgabe von Informationen und Kommandos benutzt
wird.
file →Datei.
Grafische Benutzungsoberfläche
Grafikbildschirm bestehend aus einer →
Arbeitsoberfläche und →Fenstern, über
die der Benutzer mit der →Anwendungssoftware interagiert und kommuniziert.
GUI →grafische Benutzungsoberfläche.
GUI-System Software-System, das die
→grafische Benutzungsoberfläche verwaltet und die Kommunikation mit der
→Anwendungssoftware abwickelt.
Hardware Alle materiellen Teile eines
→Computersystems.
icon →Piktogramm
Informatik Ingenieurwissenschaft von
der theoretischen Analyse und Konzeption, der organisatorischen und technischen Gestaltung sowie der konkreten
Realisierung von eigenständigen oder
eingebetteten Software-Systemen.
Maus Kleines Kästchen, das mittels
der Hand auf dem Schreibtisch bewegt
wird. Entsprechend der Handbewegung
bewegt sich der Cursor auf dem Bildschirm.
Multimedia Interaktive, medienintegrierte Software-Systeme, bei denen
durch die zeitliche, räumliche und in-
30
haltliche Synchronisation unabhängiger
Medien gewünschte Funktionen bereitgestellt werden. Es sollten mindestens
drei Medien integriert sein, wobei zumindest ein Medium zeitabhängig sein
sollte.
Piktogramm Grafisch abstrakte Darstellung von Objekten, Funktionen,
Anwendungen, Geräten, Hilfsmitteln
und Prozessen auf dem Bildschirm. Bei
Anwendungssoftware im Bürobereich
z.B. Ordner, Papierblatt, Papierkorb
usw.; auch Ikone (icon) genannt.
Programm Streng formalisierter, eindeutiger und detaillierter →Algorithmus, der maschinell ausgeführt werden
kann.
Programmiersprache Formalisierte Sprache zum Schreiben von →
Algorithmen, die automatisch ausgeführt werden sollen.
Prozessor Der Teil der →Zentraleinheit,
der Programmanweisungen aus dem →
Arbeitsspeicher liest, ihre Ausführungen
vornimmt, zu verarbeitende Informationen aus dem →Arbeitsspeicher liest
sowie Zwischenergebnisse und Ergebnisse im →Arbeitsspeicher ablegt.
RAM Random Access Memory, d.h.
Speicher mit direktem Zugriff auf alle
Speicherzellen; andere Bezeichnung →
Arbeitsspeicher (interner Speicher).
Scanner Abtastgerät, das es ermöglicht,
Informationen auf Papier in Bitmuster
umzuwandeln (→Bit). Dadurch ist es z.B.
möglich, Fotos, Grafiken, handschriftliche Skizzen in elektronische Informationen zu wandeln.
Server Vernetztes →Computersystem,
das →Clients Dienstleistungen zur Verfügung stellt.
Software (SW) →Programme, zuge hö ri ge Informationen und notwendige Do ku men ta ti on, die es
zusammengefasst erlauben, mithilfe
eines →Computersystems Aufgaben zu
erledigen.
Software-Produkt Produkt, das aus →
Software besteht.
Software-System System, dessen Systemkomponenten und Systemelemente
aus →Software bestehen.
Speicher Medium zur Aufbewahrung
von Informationen; →Arbeitsspeicher,
→externer Speicher.
Glossar/Zusammenhänge
Speicherkapazität Umfang der Informationen, die in einem →Speicher aufbewahrt werden können; gemessen in
KB, MB, GB (→Byte).
Systemsoftware →Software, die für
eine spezielle →Hardware oder Hardwarefamilie entwickelt ist, um den Betrieb und die Wartung dieser Hardware
zu ermöglichen sowie ihre funktionellen
Fähigkeiten zu ergänzen.
Tastatur Eingabegerät zum manuellen
Eintippen von Zeichen; besteht aus einem Eingabeteil für Zeichen, speziellen
Sondertasten, Cursortasten, evtl. Zehnerblock und frei programmierbaren
Funktionstasten.
Zentraleinheit Teil eines →Computers,
in der die eigentliche Informationsverarbeitung stattfindet; besteht aus →Prozessor und →Arbeitsspeicher.
Ein Computersystem besteht aus dem materiellen Computer (Hardware) und den immateriellen Programmen (Software). Der Computer
selbst setzt sich aus der Zentraleinheit und der Peripherie (Eingabegeräte wie Tastatur, Maus und Scanner, Ausgabegeräte wie Bildschirm
und Drucker, externe Speicher, Netzanschluss) zusammen. Externe
Speicher dienen zur langfristigen Aufbewahrung von umfangreichen
Informationsbeständen. Die Informationen werden in Form von Dateien (files) auf externen Speichern abgelegt. Die Größe eines Speichers wird als dessen Speicherkapazität bezeichnet. Die Maßeinheit
für die Speicherkapazität ist das Byte, das wiederum aus acht Bits
besteht.
Die Zentraleinheit besteht aus dem Prozessor, in dem die Programme Anweisung für Anweisung ausgeführt werden, und dem
Arbeitsspeicher (RAM), in dem Programme und Informationen, die
zur momentanen Programmausführung benötigt werden, kurzfristig
aufbewahrt werden. Externe Speicher und der Arbeitsspeicher bilden
zusammen den Speicher des Computers.
Programme teilen dem Computer mit, welche Aufgaben auszuführen sind. Das Betriebssystem, selbst ein spezielles Programm,
steuert und koordiniert das Computersystem mit seinen Komponenten. Programme werden in einer Programmiersprache formuliert,
die festlegt, nach welchen Regeln (Syntax) die Programme geschrieben
werden müssen und welche Bedeutung (Semantik) die einzelnen Programmkonstrukte haben.
Bevor ein Programm in einer Programmiersprache geschrieben
wird, wird die allgemeine Problemlösung oft als Algorithmus – meist
in verbaler Form – formuliert.
Software, auch Software-System oder Software-Produkt genannt,
gliedert man in Anwendungssoftware (application software), z.B.
Multimedia-Anwendungen, und Systemsoftware. Beide bilden zusammen mit der Hardware ein Computersystem. Benutzer bedienen
Computersysteme direkt, Anwender liefern Informationen für Computersysteme und nutzen ihre Ergebnisse.
Jeder Benutzer kommuniziert über eine elektronische Arbeitsoberfläche (desktop) mit dem Computersystem.
31
LE 1
LE 1
Zusammenhänge/Literatur
Die grafische Benutzungsoberfläche (GUI) besteht aus Piktogrammen (icons) und Fenstern. Mithilfe der direkten Manipulation
können Objekte auf dem Bildschirm selektiert und Aktionen darauf
angewandt werden. Die Verwaltung der Arbeitsoberfläche übernimmt
ein GUI-System.
In Unternehmen und Verwaltungen sind Computersysteme in der
Regel vernetzt (Intranet). Solche Netze können wiederum untereinander verbunden sein (Internet). Computersysteme, die in derartigen
Netzen Dienstleistungen für andere Computersysteme zur Verfügung stellen, bezeichnet man als Server. Computersysteme, die solche Dienstleistungen in Anspruch nehmen, sind Clients.
Die Wissenschaft, die sich mit Computersystemen und insbesondere der Theorie und Praxis ihrer Software beschäftigt, bezeichnet man als Informatik (computer science).
Zitierte Literatur
/Balzert 98/
Balzert H., Lehrbuch der Software-Technik, Band 2, Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag 1998
/Balzert 01/
Balzert H., Lehrbuch der Software-Technik, Band 1, 2. Auflage, Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag 2001
/BDB 03/
Fast 30 Millionen Online-Konten in Deutschland, Bundesverband deutscher Banken, 2003, www.bdb.de
/BMFT 94/
Initiative zur Förderung der Software-Technologie in Wirtschaft, Wissenschaft
und Technik, Bundesministerium für Forschung und Technologie, Bonn, 1. August 1994
/Bonsiepen, Coy 92/
Bonsiepen L., Coy W., Eine Curriculardebatte, in: Informatik-Spektrum, (1992)
15, S. 323–325
/Brauer, Münch 96/
Brauer W., Münch S., Studien- und Forschungsführer Informatik, Berlin: SpringerVerlag 1996
/Brooks 87/
Brooks F. P., No Silver Bullet-Essence and Accidents of Software Engineering, in:
IEEE Computer 20, 1987, pp. 10–19
/Curricula 91/
Computing Curricula 1991, in: CACM, June 1991, pp. 69–84
/Denning et al. 89/
Denning P. J. et al., Computing as a Discipline, in: CACM, Jan. 1989, pp. 9–23
/Dijkstra 89/
Dijkstra E. W., On the Cruelty of Really Teaching Computer Science, in: CACM,
Dec. 1989
/Freytag 93/
Freytag J., Das Studium der Informatik an Fachhochschulen, in: Informatik als
Schlüssel zur Qualifikation, Berlin: Springer-Verlag 1993, S. 59–63
/GI 85/
Ausbildung von Diplom-Informatikern an wissenschaftlichen Hochschulen
– Empfehlungen der Gesellschaft für Informatik, in: Informatik-Spektrum, Juni
1985, S. 164–165
32
Literatur/Aufgaben
LE 1
/GI 87/
Aufgaben und Ziele der Informatik, Arbeitspapier der Gesellschaft für Informatik, Bonn, 20. Okt. 1987
/GI 97/
Ergänzende Empfehlungen der Gesellschaft für Informatik: Lehrinhalte und
Veranstaltungsformen im Informatikstudium, in: Informatik-Spektrum, Oktober
1997, S. 302–306
/IKT-Report 03/
IKT-Report, Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung, Mannheim, Juni
2003, www.zew.de
/Langenheder, Müller, Schinzel 92/
Langenheder W., Müller G., Schinzel B. (Hrsg.), Informatik – cui bono?, Berlin:
Springer-Verlag 1992
/Mayr, Maas 02/
Mayr H. C., Maas J., Perspektiven der Informatik, in: Informatik-Spektrum,
20.6.2002, S. 177–186
/Necker 94/
Necker T., Informations- und Kommunikationstechnik in Deutschland – Visionen
und Realitäten, in: Informatik-Spektrum, 1994, S. 339–341
/Parnas 90/
Parnas D. C., Education for Computer Professionals, in: IEEE Computer 23 (1),
1990, pp. 17–22
/Rahmenordnung 95/
Rahmenordnung für die Diplomprüfung im Studiengang Informatik an Universitäten und gleichgestellten Hochschulen, 1995, in: /Brauer, Münch 96/
/Schmid, Broy 00/
Schmid D., Broy M., ... noch nicht zu spät. Das Walberg-Memorandum zur Förderung der IT-Forschung, in: Informatik-Spektrum 23(2), S. 109–117, 2000
/TNS Emnid 03/
Absolute Mehrheit: Die Deutschen sind online, (N)Onliner Atlas 2003, TSN Emnid,
2003, www.tns-emnid.com
Alle Wissens- und Verstehens-Aufgaben befinden sich als MultipleChoice-Tests in dem e-learning-Kurs zu diesem Buch. Diese Tests
sollten Sie zunächst zufriedenstellend lösen, bevor Sie die folgenden
analytischen und konstruktiven Aufgaben bearbeiten.
1 Lernziel: Anhand von Beispielen Übertragungszeiten bei vernetzten Computersystemen berechnen können.
a Gegeben seien folgende Dateien eines Software-Projektes:
Index.html
Bild1.gif
Bild2.jpg
Musik.au
10
100
30
25
kB
kB
kB
kB
Wie viel Zeit benötigen ein Modem mit 14.400 Bits pro Sekunde und
eine ISDN-Karte eines PC mit 64.000 Bits/Sekunde mindestens, um das
Software-Projekt von einem Server auf einen Client zu übertragen?
b Wie viel Zeit benötigen Sie zusätzlich, wenn Sie ein eingescanntes Bild
aus Ihrem letzten Urlaub mit der Größe 989 KB einfügen?
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Analytische
Muss-Aufgabe
20 Minuten
LE 1
Konstruktive
Muss-Aufgabe
30 Minuten
Aufgaben
2 Lernziel: Software installieren und benutzen können.
a Verfassen Sie einen kurzen Text, in dem Sie sich vorstellen. Verwenden
Sie ein Textverarbeitungssystem Ihrer Wahl. Orientieren Sie sich an der
Fallstudie von Abschnitt 1.1.7.
b Scannen Sie ein Sie darstellendes Foto ein und platzieren Sie es in den
Text aus a.
c Sprechen Sie einen Begrüßungstext und nehmen Sie ihn mit einer geeigneten Software auf. Integrieren Sie ihn in den Text aus a.
34
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