vorlesung an der dualen hochschule - karlsruhe · ein system, das für die zwecke eines teils eines...

1 Grundbegriffe des Informationsverarbeitung

Informationstechnologie

Vorlesung an der Dualen Hochschule - KarlsruheDozenten:

Manfred Größer, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Torsten Neck, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)


Zur PersonDozent: Manfred Größer

Seit 1990 nebenberuflicher Dozent an der Dualen Hochschule Baden Württemberg Karlsruhe (ehemals Berufsakademie Karlsruhe)

Seit 1986 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Karlsruhe Institute of Technology (KIT) (ehemals Forschungszentrum Karlsruhe GmbH) – Steinbuch Centre for Computing (SCC)Aufgabengebiete (u.a.)

Stellv. Abteilungsleiter Finanzen und Administration am SCCIT-Organisation

Diplom: WirtschaftsingenieurAuditor: Qualitätsmanagement DIN ISO 9001

Ihre Vorstellung?


Inhaltsverzeichnis

1. Grundbegriffe der Datenverarbeitung2. Komponenten eines Rechnersystems 3. Darstellung von Informationen4. Softwarearten 5. Anwendungsarchitektur 6. Grundkonzepte Datenbanken7. Datenmodellierung 8. Informations- und Wissensmanagement


Literatur

H.R. Hansen Wirtschaftsinformatik I und IIUniversitätstaschenbücher, UTB 802

Laudon / Laudon Wirtschaftsinformatik –/ Schober: eine Einführung, Pearson Studium H.R. Hansen Arbeitsbuch Wirtschaftsinformatik I

EDV-Begriffe und AufgabenUniversitätstaschenbücher, UTB 1281

G.Schlageter, W.StuckyDatenbanksysteme: Konzepte und ModelleTeubner Verlag, Stuttgart, 1983


Vorlesung Informationstechnologie

Aufbau und Funktionsweise von Computersystemen

theoretische Grundlagen von Computersystemenvom Bit bis zur

Anwendung

Methoden, formale Sprachen und Tools

Entwicklung einer Datenbankanwendung

Branchenspezifische Anwendungsarchitektur


Grundbegriffe der Informationstechnologie

Informations- und AnwendungssystemeGeschichte der DatenverarbeitungInformationen und DatenAnaloge und digitale DatenWas ist Multimedia?Interne Verarbeitung mit dem DualsystemZahlen innerhalb eines ComputersTexte innerhalb eines ComputersCodierungsartenBits und Bytes (Kapazität von Speichermedien)Datums- und Zeitangaben im Computer Töne und Bilder im ComputerWie rechnet ein Computer?Gebrochene Zahlen und RundungsfehlerMaßnahmen gegen Rundungsfehler


Ziele der Informationsverarbeitung

Rationalisierung: KosteneinsparungenBearbeitung großer DatenmengenAktuelle, umfassende InformationHohe Qualität der Ergebnisse (komplexe Rechnungen in kurzer Zeit)Straffe Abwicklung von ProzessenStrategische Wettbewerbsvorteile


Die Geschichte der Datenverarbeitung

Erste AnsätzeRechenmaschinenLochkartenDer erste Computer Zuse Z3Der Computer MARK IComputergenerationen von 1946-1960Computergenerationen von 1962-1980PersonalcomputerDie Vernetzung von ComputernBetriebssysteme der letzten zehn JahreDas letzte JahrzehntAktuelle EntwicklungenTendenzen


Erste Ansätze

1100 v. Chr. AbakusAddition, Subtraktion, Multiplikation und Division per Verschiebung der Kugeln mit der Hand

1617 Rechenstäbchen (John Napier Laird of Merchiston)


1622 Rechenschieber (William Oughtred)Logarithmische ZahlendarstellungWird heute noch verwendet

1623 Rechenmaschine (Wilhelm Schickard)1641 Addiermaschine (Blaise Pascal mit 19 Jahren)1673 Rechenmaschine (Gottfried Wilhelm Leibniz)

Rechenmaschinen


Lochkarten

1805 Lochkarte (Joseph-Marie Jacquard)Erstmalige Möglichkeit der Speicherung

1833 Analytische Maschine (Charles Babbage)Programmgesteuerte Rechenmaschine mit Lochkartensteuerung

1886 Lochkartenmaschine (Hermann Hollerith)Elektromagnetische Sortier- und Zählmaschine zur Auswertung von Lochkarten


Der erste Computer Zuse Z31934-1943 Zuse Z3 (Konrad Zuse)

Erster funktionsfähiger Computer


Der Computer MARK I

1934-1944 Mark I (Howard H. Aiken)Im Auftrag von IBM entwickelter ComputerCa. 700.000 EinzelteileCa. 15 m Länge, 2,5 m Höhe, 35 TonnenCa. zehn Rechenoperationen pro Sekunde


Computergenerationen von 1946-1960

1946-1952 Neumann-Maschine (John von Neumann)Prinzip einer flexiblen Speichermaschine, die logische Entscheidungen treffen kann

1946 Eniac = 1. Generation (John P. Eckert und John W. Mauchly)

Electronic Numerical Integrator And ComputerRöhrentechnikCa. 1000 Einzelbefehle pro Sekunde

1955-1960 Tradic = 2. Generation (J.H. Felker)Transistoren und Dioden (Halbleitertechnik)Ca. 10.000 Einzelbefehle pro Sekunde



1946-1952 Neumann-Maschine (John von Neumann)

EDVAC



1962-1970 Integrierte Schaltkreise = 3. Generation100 Transistoren auf drei QuadratmillimeternCa. 1 Million Einzelbefehle pro Sekunde

1968 Hochintegrierte Schaltkreise = 4. GenerationBeschichtungs-, Ätz- und Aufdampfprozesse auf SiliziumscheibenCa. 10 Millionen Einzelbefehle pro Sekunde

1980 Cray-Computer = 5. GenerationMehrere Prozessoren werden miteinander verbundenTransputer = Transistor und Computer


Personalcomputer

1974 Die ersten Homecomputer

ALTAIR-8800

Commodore (PET)

Tandy Radio Shack (TRS-80)


Personalcomputer

1977 Apple-Computer

Erste Farbgrafiken waren möglich


Personalcomputer

1981 IBM-PersonalcomputerGrundstein für den heutigen PersonalcomputerstandardProzessor von IntelBetriebssystem MS-DOS von Microsoft


Personalcomputer

1987 Apple MacintoshGrafische Benutzerführung


Ab 1985 Vernetzung von Computern

2003/2004 Vernetzung der Computer ohne Kabel über Funk - WLAN (Wireles-LAN) Access-Points

Die Vernetzung von Computern


1991/92 Von MS-DOS zu Windows 3.0/3.1

1991/92 OS/2 von IBM1994-1998 Die Windows-Weiterentwicklung (3.11, 95, 98, NT,

Windows 2000)2001 Windows XP (ohne DOS- Kompatibilität)

Betriebssysteme der letzten zehn Jahre


Tragbare Computer (Laptops/Notebooks / Palm PC´s)

LINUXFreies Betriebssystem (jeder kann mitentwickeln)Unix- Derivat: Preisgünstig, StabilServersystem der Zukunft ?

Das letzte Jahrzehnt


Aktuelle AnwendungenMultimedia

Zusammenwirken von Text, Bild, Video und Ton auf dem Computer und mit Handys

Internet / NetzwerkeErfolgreiches Medium für weltweite Information und KommunikationFunk- Netzwerke

ExpertensystemeProgramme ziehen automatisch Schlüsse aus vorhandenen DatenbeständenKünstliche Intelligenz

Neuronale NetzeFunktionsweise des menschlichen Gehirns wird nachgeahmt

E - CommerceHandel über Internet

SprachsteuerungComputer über Sprache steuern

GRID – ComputingWeltweite Nutzung verfügbarer Computer – Ressourcen


Aktuelle Entwicklungen /Tendenzen

Weiterer Ausbau der Informationsverarbeitung und Telekommunikation (mit Handys Büroorganisation)Preis-Leistungs-Verhältnis von Hard- und Software wird immer besser Überwindung von Grenzen im Zuge einer Globalisierung der Märkte (Verwischen von Unternehmensgrenzen) Virtuelle UnternehmenMehr Telearbeit, TelekonferenzenNeue Formen der Bildung, Ausbildung und UnterhaltungFrage nach dem Datenschutz und der Datensicherheit


Was ist ein Computer?

Ein Rechner (Computer) ist eine Funktionseinheit zur Verarbeitung von Daten, nämlich zur Durchführung mathematischer, umformender, übertragender und

speichernder Operationen

Synonyme: Rechnersystem, Rechenanlage, Datenverarbeitungsanlage


Einsatzgebiete eines Computers

Allgemein: Verarbeitung von Informationen in Informations- und Anwendungssystemen


Informations- -und Anwendungssystem


Informationssystem

Ein System, das für die Zwecke eines Teils eines bestimmten Unternehmens geschaffen bzw. in diesem Betrieb eingesetzt wird. Ein Informationssystem enthält die dafür notwendige Anwendungssoftware und Daten und ist in die Organisations-, Personal- und Technikstrukturen des Unternehmens eingebettet.


Informationssysteme - Motivation

Kenntnisse über Informationssysteme sind für praktisch alle Mitarbeiter eines Unternehmens erforderlich, um effizient und profitabel arbeiten zu können.

Informationssysteme unterstützen FirmenWeit entfernte Standorte zu erreichenNeue Produkte und Dienstleistungen anzubietenTätigkeitsbereiche und Geschäftsprozesse neu zu organisierenUnd möglicherweise die Art und Weise der Geschäftsabwicklung grundlegend zu verändern


Informationssysteme im Unternehmen

GlobalisierungZunehmende Bedeutung wissens-und informationsbasierter DienstleistungsgesellschaftenWandel der UnternehmenEntstehung des vernetzten Unternehmens


Anwendungssystem

Ein System, das alle Programme beinhaltet, die für ein bestimmtes betriebliches Aufgabengebiet entwickelt und eingesetzt werden, inklusive der Technik (IT-Infrastruktur), auf der das Anwendungssystem läuft, und der Daten, die vom Anwendungssystem genutzt werden.


Funktionen eines Anwendungssystems


Informationssysteme aus Unternehmenssicht

Informationssysteme stellen aus wirtschaftlicher Sicht ein wichtiges Wertschöpfungsinstrument für Unternehmen darElemente eines Informationssystems umfassen die Bereiche

OrganisationManagementTechnik


Wertschöpfungskette von Unternehmensinformation


Anwendungssysteme


Hauptarten von Anwendungssystemen

Führungsunterstützungssystem (FUS oder Executive Support System, ESS)

strategische EbeneManagementinformationssystem (MIS)

ManagementebeneEntscheidungsunterstützungssystem (EUS oder Decision Support System, DSS)

ManagementebeneOperative Systeme (Transaction Processing Systems)

operative Ebene


Hauptarten von Anwendungssystemen


Informationen und DatenInformation = Wissen (Kenntnisse) über Sachverhalte oder Vorgänge, eine Nachricht mit einer BedeutungInformationen haben Syntax, Semantik, und ZweckangabeZeichen = Elemente zur Darstellung von Informationen

Buchstaben (A bis Z)Zahlen (0 bis 9)Sonderzeichen (, . - ; : ? $ § “ ! & %)

Daten = stellen Informationen aufgrund bekannter oder unterstellter Abmachungen in einer maschinell verarbeitbaren Form dar

NumerischAlphanumerischDatum/ZeitLogisch (wahr - falsch)


Gliederung von Information

Erscheinungsform: Schrift, Ton, BildRepräsentationsform: digital, analogAufgabe im Steuerprozess: Steuerdaten, Nutzdaten

Nutzdaten werden weiterhin untergliedert in Stammdaten und Änderungsdaten


Informationen und Daten


Datentypen


Datentypen – einfache Datentypen

Datentyp Beispiel

Text Forschung

Ganzzahlige Zahl 16

Gleitkommazahl 3,1415

Festkommazahl 17,20

Wahrheitswert WAHR, FALSCH


Datentypen – strukturierte Datentypen

Strukturierte Datentypen sind in einer definierten Form zusammengesetzte einfache Datentypen.

Pers-Nr VName Name Strasse PLZ Ort Gehalt Verheiratet

4711 Petra Jung Königstr.1 78177 Karlsruhe A10 WAHR

Datenfeld

Datensatz: Adresse der Angestellten


Was ist Multimedia?

Multimedia = integrierte Verarbeitung mehrerer

Informationstypen (formatierter Daten, Text, Bild, Ton)

über ein Gerät (PC)

Beispiele

Abspielen von Musik-CDs

Abspielen interaktiver Spielfilme

Nutzung interaktiver Lexika mit Bildern, Text, Video- und

Tonsequenzen

Bearbeiten von Ton- und Filmdateien am PC


Analoge und digitale Daten

Analoge DatenAnalog = entsprechend, vergleichbar, kontinuierlichBeispiel: Zeigerstellung der Uhr

Digitale DatenDigit (engl.) = ZahlDaten werden immer durch Ziffern dargestelltInnerhalb eines Computers lassen sich Daten nur digital verarbeiten


Rechnergestützte Verarbeitung von Information

Zur Informationsverarbeitung zählt jeder Vorgang, der sich auf die Erfassung, Speicherung, Übertragung oder Transformation von Daten bezieht.


Programm und Software

Programm eine Verarbeitungsvorschrift, d.h. ein Algorithmus aus einer Folge von Befehlen (Instruktionen), die im Maschinencode des jeweiligen Computers formuliert sind und ist eine Anweisung an einen Computer zur Lösung einer AufgabeSoftware bildet die Voraussetzung für den Betrieb eines Computers und bezeichnet in einer Programmiersprache geschriebene Programme


Interne Verarbeitung mit dem Dualsystem

Alle Daten innerhalb des Computers werden digital über das duale Zahlensystem verschlüsselt. Es existieren nur zwei Zustände:

0 1Strom aus Strom annicht magnetisch magnetischkeine Vertiefung Vertiefunglanger Ton kurzer Ton


Zahlen innerhalb eines Computers

Dezimalsystem7433 Einer = 3 * 100

4 Zehner = 4 * 101

7 Hunderter = 7 * 102

Dualsystem10 1110 01111 * 1 = 1 * 20

1 * 2 = 1 * 21

1 * 4 = 1 * 22

0 * 8 = 0 * 23

0 * 16 = 0 * 24

1 * 32 = 1 * 25

1 * 64 = 1 * 26

1 * 128 = 1 * 27

0 * 256 = 0 * 28

1 * 512 = 1 * 29



Zahlensystem Basis Ziffernvorrat dual (binär) 2 0,1 dezimal 10 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 hexadezimal 16 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,

A,B,C,D,E,F


Grundlagen der Codierung


Texte innerhalb eines Computers

Die ASCII-CodierungAmerican Standard Code for Information Interchange

1 Bit = 1 Binary Digit (= Binärziffer, Dualziffer)

1 Byte = 8 Bit (= Platz, um 1 beliebiges Zeichen desZeichensatzes zu speichern)

Beispiel: A = 01000001 im Dualsystem (ASCII-Verschlüsselung)

= 65 im Dezimalsystem


Weitere Codierungsarten

Weitere bei Computern bekannte Codierungsarten

EBCDI (Extended Binary Coded Decimal Interchange)

ANSI (American National Standards Institute)

EAN (Europäische Artikelnummer)

OCR-A (Optical Character Recognition Type A)

Unicode (Universeller Code für Internet/Java)


Darstellung von Informationen


Bits und Bytes (Kapazität von Speichermedien)

Maßeinheit für die Kapazität von Speichermedien1 Bit = 0 oder 11 Byte = 8 Bit (1 aus 256 möglichen Zeichen)1 KByte = 210 Byte = 1024 Byte (ca. 1000 Zeichen)1 MByte = 220 Byte = 1024 KByte (ca. 1 Mio. Zeichen)1 GByte = 230 Byte = 1024 MByte (ca. 1 Mrd. Zeichen)1 TByte = 240 Byte = 1024 GByte (ca. 1 Bill. Zeichen) 1 PByte = 250 Byte = 1024 TByte (Tera)1 EByte = 260 Byte = 1024 PByte (Peta) 1 ZByte = 270 Byte = 1024 EByte (Exa)1 YByte = 280 Byte = 1024 ZByte (Zetta)

3,5" Diskette (1,44 MByte)

Standard-Festplatte (80 GB: Notebook sonst: >200 GB)


Bits und Bytes - SpeicherkapazitätenWie groβ ist ein Peta Byte?

Wenn 1 CD 1GB für 60 Minuten Musik beinhaltet, kann man mit 1 PB 125 Jahre Musik hören!

Frage: wenn 1 Byte gleich . . ist, dann ist 1 Peta . .

●1 Sekunde -> 32 Millionen Jahren (1.000.000.000.000.000 Sekunden)●1 Blatt Papier -> Ein Stapel mit 100 Millionen Kilometer Höhe (Abstand Erde –Sonne: 150 Mio. km)•1 Flasche Bier (0.5L) -> Hoepfner muss 25 Millionen Jahre brauen (Jahres Produktion ca. 20.000 hl)●1 Baum -> Ein Wald der 78 mal der Weltoberfläche entspricht ( bei 250 Bäumen / Hektar)•1 Floppydisk (1024 000 Bytes) -> 977 000 000 Floppydisks ¢ Ein Stapel der 3400 km hoch ist●1 menschliche Körperzelle -> 20 Menschen (der menschliche Körper besteht aus ca. 50 Tera Zellen)


Datums- und Zeitangaben im Computer

Datumsangaben1.1.1900 wird intern mit der Zahl 1 verwaltet.15.1.1900 wird intern mit der Zahl 15 verwaltet usw.

ZeitangabenZeitangaben werden mit Zahlen zwischen 0 und 1 verwaltet.00:00 Uhr wird intern mit der Zahl 0 verwaltet.12:00 Uhr wird intern mit der Zahl 0,5 verwaltet.

Kombinierte Datums- und Zeitangaben15.1.1900 12:00 Uhr entspricht der Zahl 15,5.


Töne und Bilder im Computer

Töne, Bilder und VideosWerden als Folge von Nullen und Einsen verwaltet

Ergeben eine hohe Qualität

Erfordern enormen Rechenaufwand


Wie rechnet ein Computer?

Rechenregeln im Dualsystem0 + 0 = 01 + 0 = 11 + 1 = 0 mit Übertrag 1

Beispiel: AdditionDezimal- Dualsystem4 7 4 3 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1

+ 3 1 2 9 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1Ü _ _ 1 _ 1 1 1 1 1 1 _= 7 8 7 2 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0


Gebrochene Zahlen und Rundungsfehler

Gebrochene Zahlen lassen sich ebenfalls im Dualsystem darstellen0,12 = 0*20 + 1*2-1 = 1*(1/2) = 0,510

0,112 = 0*20 + 1*2-1 + 1*2-2 = 1/2 + 1/4 = 0,7510

Bei Darstellung gebrochener Zahlen können aufgrund begrenzter Nachkommastellen Rundungsfehler auftretenBeispiel: Darstellung von 1/2 und 1/3 im Dualsystem mit 4 Nachkommastellen:1/3: 0,01012 = 0,312510 Rundungsfehler: ungefähr 0,02

1/3: 0,01102 = 0,37510 Rundungsfehler: ungefähr 0,04


Maßnahmen gegen Rundungsfehler

Genügend Nachkommastellen vorsehen

Korrekturmaßnahmen einbauen

Stellen dezimal darstellen

vorlesung an der dualen hochschule - karlsruhe · ein system, das für die zwecke eines teils eines...

Documents