Grundlegender Überblick
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Folien zum Textbuch • Kapitel 1: Grundlegender Überblick • Teil 1: Begriff und Wesen der Informationsverarbeitung, Arbeitsweise von Rechnern • Textbuch-Seiten 6 - 82 WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/1 Nach der Durcharbeitung des ersten Kapitels sollten Sie • die Grundbegriffe der Informationsverarbeitung kennen und gebrauchen können, • die Unterschiede zwischen Information und Daten sowie zwischen digitalen und analogen Daten aufzeigen können, • die Parallelen zwischen der Informationsverarbeitung von Hand und mit maschineller Unterstützung beschreiben können, • die Funktionseinheiten eines Rechners nennen und in groben Zügen erklären können, wie diese arbeiten, • ein Beispiel für eine umfassende rechnergestützte Anwendung in einem Handelsbetrieb (Warenwirtschaftssystem) darstellen können, • die Vorteile dieses Warenwirtschaftssystems aufzählen können, WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/2 Nach der Durcharbeitung des ersten Kapitels sollten Sie • die Gründe für den zunehmenden Rechnereinsatz und die Zwecke der Informationsverarbeitung in der Wirtschaft erläutern können, • angeben können, welche Arten von Rechnern es gibt, aus welchen Bauelementen sie bestehen und durch welche Merkmale sie sich unterscheiden, • darlegen können, was ein Informationssystem (IS) ist und welche Arten von IS in einem Betrieb vorliegen können, • die Gestaltungsprobleme aufzählen können, die sich beim Aufbau betrieblicher IS stellen, • die wirtschaftliche Schlüsselstellung und die gesellschaftspoli-tische Bedeutung der Informationstechnik begründen können, • die Erkenntnisziele und -gegenstände der Wirtschaftsinformatik skizzieren können. WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/3 Begriff und Wesen der Informationsverarbeitung - Überblick • Information und Daten • Rechnergestützte Verarbeitung von Information • Vergleich manuelle - rechnergestützte Informationsverarbeitung • Ziele der Informationsverarbeitung • Grundfragen der Wirtschaftsinformatik WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/4 Grundlegende Begriffe • Was ist ein Computer? • Nach DIN-Definition ist ein Rechner eine Funktionseinheit zur Verarbeitung von Daten, nämlich zur Durchführung mathematischer, umformender, übertragender und speichernder Operationen • Elektronisch? • Synonyme – Rechner, Rechensystem, Rechenanlage, Computer – Datenverarbeitungssystem, DV-Anlage, EDVAnlage WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/5 Information und Daten • Information – Angaben über Sachverhalte und Vorgänge – beinhaltet Syntax (Form) und Semantik (Inhalt) • Daten – Information in einer maschinell verarbeitbaren Form – Schwerpunkt liegt auf Spezifikation der Syntax • Wissen – beinhaltet pragmatische Dimension, und Zweck verbunden WI Grundlegender Überblick ist mit Ziel Kap. 01, Teil 01/6 Gliederung von Information bzw. Daten Information Erscheinungsform Repräsentationsform Aufgabe im Verarbeitungsprozess Schrift digital Steuerdaten Ton analog Nutzdaten Bild Multimedia WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/7 Multimedia • Integration mehrerer Ein- und oder Ausgabemedien für – Text, – formatierte Daten, – Bild (Grafik, Foto, Film) und – Ton • Speicherung und synchronisierte Ablaufsteuerung auf dem Rechner WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/8 Digitale Daten • Repräsentation durch Zeichen • Ein Zeichen ist ein Element aus einer zur Darstellung von Information vereinbarten endlichen Menge von verschiedenen Elementen, dem Zeichenvorrat • Beispiele: Buchstaben, Ziffern, Interpunktions-zeichen, Steuerzeichen, Farbpunkte von Bildern, akustische Signale • Zeichen werden bei der maschinellen Verarbei-tung durch elektrische Impulsfolgen, magnetisierte Positionen auf Datenträgern usw. dargestellt WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/9 Analoge Daten • Repräsentation durch kontinuierliche Funktionen • Darstellung erfolgt durch physikalische Größe, die sich entsprechend den abzubildenden Sachverhalten oder Vorgängen stufenlos ändert • Beispiele • • • • Zeitanzeige mit Ziffernblatt und Zeiger Temperaturanzeige durch Quecksilbersäule in Thermometer Speicherung von Musik auf einer LP Analoge Telefonie, analoges Fernsehen WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/10 Analoge und digitale Daten • Digitale Daten können komprimiert werden – Benötigen weniger Speicherplatz bzw. Übertragungskapazität • Digitale Daten können bei Übertragung von Störungen „gesäubert“ werden – Qualität der übertragenen Daten besser als bei analoger Übertragung • aber: – bei „grober“ Digitalisierung geringere Genauigkeit / schlechtere Qualität als analoge Daten WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/11 Analog-Digital-Umwandlung analog wertkontinuierlich zeitkontinuierlich WI Grundlegender Überblick digital wertdiskret zeitdiskret = Quantisierung = Abtastung Kap. 01, Teil 01/12 Analog-Digital Umwandlung • Abtastung – Das analoge Signal wird mit einer Frequenz abgetastet, die mindestens doppelt so hoch ist wie die Frequenz der Bandbreite des analogen Signals (Abtasttheorem) 16-48.000 mal – Dieser Vorgang wird auch Sampling genannt pro Sekunde • Beispiel: wird abgetastet – Sprache im Spektrum von 300-3400 Hz -> Abtastrate mindestens 6800 Hz, in Praxis 8 kHz – CD-Qualität: 44,1 kHz – Video: 10,3 MHz (25 Bilder • 720 Linien • 576 Zeilen) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/13 Analog-Digital Umwandlung Quantisierung und Codierung • Bei jeder Abtastung wird die Signalgröße - der Pegelwert - gemessen und einer Pegelstufe zugeordnet, Wert der Pegelstufe wird codiert • Anzahl der digitalen Pegelstufen, die bei der Analog/Digital-Wandlung verwendet werden, bestimmt Qualität der Umwandlung – Beispiele: • Sprache: • Audio: • Videosignale: WI Grundlegender Überblick 8 Bit 16 Bit 8 Bit 10 Bit -> 256 Stufen -> 65.536 Stufen -> 256 Stufen, -> 1.024 Stufen Kap. 01, Teil 01/14 Stammdaten und Änderungsdaten • Stammdaten – zustandsorientiert – zur Identifizierung, Klassifizierung und Charakterisierung von Sachverhalten – über einen längeren Zeitraum hinweg unverändert • Änderungsdaten – abwicklungsorientiert, lösen eine Änderung von Stammdaten aus • Änderungsdienst (Update) – Berichtigen, Ergänzen, Löschen von Stammdaten WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/15 Bestands- und Bewegungsdaten • Bestandsdaten – zustandsorientiert – kennzeichnen betriebliche Mengen und Werte • Bewegungsdaten – abwicklungsorientiert – entstehen immer wieder neu durch die betrieblichen Leistungsprozesse – bewirken Veränderung von Bestandsdaten • Bewegungsvorgänge = Transaktionen WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/16 Informationsverarbeitung • Erfassung, Speicherung, Übertragung und Transformation von Information • Mit Rechner, programmgesteuert • Programm = Folge von Anweisungen an einen Rechner • Datei = Sammlung von Daten über ein oder mehrere Objekte • Datenbank = große Menge von Daten, die gemeinsam aufbewahrt werden WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/17 Hilfsmittel zur Informationsverarbeitung • manuelle Informationsverarbeitung – Durchführung und Steuerung erfolgt primär durch Menschen • rechnergestützte Informationsverarbeitung Eingabe Verarbeitung Ausgabe – Rechner führt entsprechend vorgegebenen Anweisungen Informationsverarbeitungsaufgaben weitgehend selbsttätig und ohne weitere Eingriffe von außen durch WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/18 Vorgabe der Anweisungen • Algorithmus – Algorithmenentwurf • Vorgang der Erstellung eines Lösungsansatzes – Algorithmenbeschreibungssprache • Programm – Eine zur Lösung einer Aufgabe vollständige Anweisung an einen Rechner – Programmieren • Vorgang der Erstellung einer derartigen Anweisung in – Programmiersprache • … in einer der Maschine verständlichen Sprache zur Programmierung (Verfassen der Arbeitsanweisungen) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/19 Vergleich manuelle - rechnergestützte Informationsverarbeitung • Beispiel Verkaufsabrechnung und Warendisposition im Lebensmittelhandel • Der Greißler (“Tante Emma”) • Der moderne Lebensmittelfilialbetrieb (Billa, Spar, Rewe, Migros, Denner ...) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/20 Informationssysteme dienen zur Abbildung der Realität (Geschäftsprozesse) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/21 Zentrale Filiale WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/22 Ziele der rechnergestützten Informationsverarbeitung Rationalisierung = Kosteneinsparungen Bewältigung großer Datenmengen Beschleunigung von Geschäftsprozessen Verbesserung von Qualität und Service Unterstützung der Planung, Steuerung und Kontrolle • Umfangreiche, komplizierte Berechnungen (OR) • Ermöglichung neuer Organisationsformen • • • • • – E-Mail, Groupware, Work Flow Management – Elektronischer Datenaustausch (EDI), virtuelle Unternehmen • Strategische Wettbewerbsvorteile WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/23 Neuer Service via Internet: Paketverfolgung WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/24 WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/25 Wirtschaftsinformatik • Gestaltung rechnergestützter Informationssysteme in der Wirtschaft • Interdisziplinäres Fach zwischen Betriebswirtschaftslehre und Informatik • Gegenstand – – – – – – IS-Grundlagen IS-Organisation IS-Planung IS-Entwicklung IS-Betrieb IS-Benutzerbetreuung WI Grundlegender Überblick BWL WI Informatik Kap. 01, Teil 01/26 Aufbau und Arbeitsweise Rechnern – Überblick von • Hauptfunktionseinheiten – – – – Zentraleinheit Ein-/Ausgabesystem und Peripherie Mehrprozessorsysteme und Rechnernetze Software • Bauelemente (Chips) – – – – – Chipherstellung Standard- und kundenspezifische Chips Speicherchips Prozessorchips Ein-Chip-Computer • Leistungsvermögen – – Rechnerleistung im engeren Sinn (CPU-Leistung) Rechnerleistung im weiteren Sinn WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/27 Grundsätzlicher Aufbau eines Rechners Systemeinheit Externer Speicher Tastatur, Maus, Lesegerät Zentralspeicher Bildschirm, Aufzeichnungsgerät Zentralprozessor Eingabeeinheit WI Grundlegender Überblick Zentraleinheit Ausgabeeinheit Kap. 01, Teil 01/28 Konstruktiver Aufbau eines PCs Peripheriegeräte Steuereinheit Steuereinheit ZentralSpeicher ROM WI Grundlegender Überblick Steuereinheit Zentralprozessor (CPU) Steuereinheit ZentralSpeicher RAM Kap. 01, Teil 01/29 Zentraleinheit • Der Zentralprozessor (engl.: central processing unit; abgekürzt: CPU) • steuert entsprechend den jeweiligen Programmen den Gesamtablauf der Informationsverarbeitung, koordiniert die beteiligten Funktionseinheiten (Leit- oder Steuerwerk) und führt Rechenoperationen aus (Rechenwerk). Ein EinAusgabeprozessor steuert „in seinem Auftrag“ eines oder mehrere Eingabe-, Ausgabe- oder externe Speichergeräte. • Zentralspeicher – enthält die auszuführenden Programme und die damit zu verarbeitenden Daten WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/30 „Innereien“ eines Computers WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/31 PC-Grundplatine (Motherboard) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/32 Mehrprozessorsysteme • Mehrere Zentralprozessoren arbeiten in einem Rechner zusammen • Eng gekoppelt an einem Ort mit gemeinsamem Arbeitsspeicher (2 – 16 Prozessoren) • Lose gekoppelt, mit jeweils Arbeitsspeichern Prozessoren – Massiv parallele Rechner einigen tausend WI Grundlegender Überblick eigenen der mit bis zu Prozessoren Kap. 01, Teil 01/33 Rechnernetz • Räumlich verteiltes System von Rechnern • durch Datenübertragungswege miteinander verbunden • Standards und Protokolle regeln die Kommunikation zwischen den Rechnern auf unterschiedlichen Ebenen – von der physikalische Ebene der Nachrichtenübertragung (z.B. IEEE 802.11 für drahtlose Übertragung in lokalen Netzen) bis zur Anwendungsschicht (z.B. HTTP zur Übertragung von Daten im Hypertext-Format) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/34 Struktur eines lokalen Rechnernetzes WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/35 Lokale und globale Netze WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/36 Hardware und Software • Hardware – Sammelbegriff für die informationstechnischen Geräte • Software – Sammelbegriff für die Programme • Systemsoftware • Entwicklungssoftware • Anwendungssoftware WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/37 Bauelemente von Rechnern (Chips) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/38 Bauelemente (Chips) • Halbleiterplättchen (meist aus Silizium) • 500 mm2 Fläche und wenige Zehntel mm Dicke • Enthält Tausende bis Millionen von elektronischen Bauelementen (Widerstände, Dioden und Transistoren) für Logik(Verknüpfungs-) und/oder Speicherfunktionen WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/39 Stufen bei der Herstellung von Rechnerbauelementen WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/40 WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/41 Herstellung von Rechnerbauelementen • Chipherstellung teuer, da fehleranfällig • Kleinste Verunreinigung zerstört Chip • Chip um so teurer, je größer (Wahrscheinlichkeit für Fehler höher) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/42 Rechnerinterne Datendarstellung Binärzeichen oder Bit (engl.: binary digit) • Jedes der Zeichen aus einem Zeichenvorrat von zwei Zeichen • Zur Darstellung der Bits können beliebige Zeichen benutzt werden • Wir verwenden die Zeichen 0 (binäre Null) und 1 (binäre Eins) • Rechnerintern werden die zwei verschiedenen Zeichen durch Zustände mit unterschiedlicher Stromspannung realisiert WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/43 Rechnerinterne Datendarstellung • Code – Vorschrift für die eindeutige Zuordnung eines Zeichenvorrats zu denjenigen eines anderen Zeichenvorrats – Beispiele Morsecode, Notenschrift, Alphabetcodes, Datenträgercodes • Codierung / Decodierung – Umwandlung von Nachrichten in / von einem Code WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/44 Bitdarstellung in einem Halbleiterspeicher 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 WI Grundlegender Überblick 3 4 5 6 7 8 Kap. 01, Teil 01/45 Mit einem Bit lassen sich zwei Zustände darstellen AUS = 0 WI Grundlegender Überblick EIN = 1 Kap. 01, Teil 01/46 Mit drei Bits lassen sich 2 3 = 8 verschiedene Zeichen darstellen Anzahl Bits Bitkombinationen 1 0 1 2 00 01 10 11 3 000 001 010 011 100 101 110 111 WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/47 Organisationseinheiten für die rechnerinterne Darstellung: 1 Byte = 8 Bits Anzahl BitkombiBits nationen Darstell.kapazität 1 0 1 2 00 01 10 11 3 4 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 ... 5 00000 ... 6 000000 ... 7 0000000 ... 2 = 128 8 00000000 ... 2 = 256 WI Grundlegender Überblick 1 2 =2 2 2 =4 3 2 =8 4 2 = 16 5 2 = 32 6 2 = 64 7 8 Kap. 01, Teil 01/48 Binärcodierung in einem Byte (Großrechnercode EBCDIC) Buch Bitkombistabe nationen Buch staben A 1100 0001 H B 1100 0010 a C 1100 0011 n D 1100 0100 s ... ... e X 1110 0111 n Y 1110 1000 Z 1110 1001 WI Grundlegender Überblick H Kap. 01, Teil 01/49 Maßgrößen für Kapazitätswerte • 1 Kilobit • 1 Megabit • • • • 1 Kilobyte 1 Megabyte 1 Gigabyte 1 Terabyte 1 Kbit = 2 10 = 1.024 Bits 20 1 Mbit = 2 = 1.048.576 Bits 1 KB 1 MB 1 GB 1 TB 10 = 2 = 1.024 Bytes 20 = 2 = 1.024 KB = 1.048.576 Bytes 30 = 2 = 1.024 MB = 1.073.741.824 Bytes 40 = 2 = 1.024 GB = 1.099.511.627.776 Bytes Aktuelle typische Speicherkapazitäten für PCs: Arbeitsspeicher ? MB Magnetplatte ? GB Optische Platten (CD-RW/DVD, …) ? GB WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/50 Halbleiterbauelemente Speicherchips Flüchtige Schreib-/ Lesespeicher (RAM) Nichtflüchtige Schreib-/ Lesespeicher (Flash) Prozessorchips Nichtflüchtige Nur-Lesespeicher Teilfunktionen eines Prozessors Ein-Chip-Computer Vollständige Funktionen eines Prozessors Mehrere Prozessorkerne 8-Bit-Mikroprozessor Irreversibler Inhalt (ROM/FROM, PROM) Reversibler Inhalt (EPROM, EEPROM) 16-Bit-Mikroprozessor 32-Bit-Mikroprozessr 64-Bit-Mikroprozessor 128-Bit-Mikroprozessor WI Grundlegender Überblick 256-Bit-Mikroprozessor Kap. 01, Teil 01/51 Halbleiterbauelemente • Arten – Standard-, teilkundenspezifische und kundenspezifische Chips – Speicher- und Prozessorchips, MCUs • Einsatzbereiche – Informationstechnik • Zentraleinheiten • Peripheriegeräte – Andere Branchen, z.B. Automobilbranche, Unterhaltungselektronik, Industrieelektronik usw. WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/52 Ein-Chip-Computer • Vollständige Zentraleinheit (Prozessor und Speicher) auf einem einzigen Chip • Einsatz: – Als Mikrocontroller zur Überwachung und Steuerung von Prozessen oder Umweltbedingungen – Web-Server on a Chip – in Chipkarten WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/53 Rechnerleistung im engeren Sinn • Maßzahl der Geschwindigkeit eines Rechners • Durch Benchmarks (Mips, Flops, SPECint2000, SPECfp2000, ...) ermittelt • Beeinflusst durch die Hardware der Zentraleinheit (Prozessorarchitektur, Befehlsvorrat, Speicherstruktur, Prozessortaktrate, Speicherzugriffszeiten, ...) WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/54 Rechnerleistung im weiteren Sinn • Leistung, die im praktischen Einsatz tatsächlich erbracht wird • Ermittelt durch Messungen und Anwendungsbenchmarks • Beeinflusst durch alle Komponenten (das heißt, durch die Zentraleinheit, die Peripherie, das Betriebssystem und die Anwendungsprogramme) • Maßgrößen sind – Durchsatz, das heißt die pro Zeiteinheit abgearbeiteten Aufträge – Antwortzeit, das heißt die Reaktionszeit des Rechners auf Eingaben des Benutzers im interaktiven Betrieb. WI Grundlegender Überblick Kap. 01, Teil 01/55 Leistungsfortschritte bei IT-Komponenten p.a. Magnetplattenspeicher Speicherdichte 1.65x ➠ 2x Preis/MB 0.5x ➠ 0.25x Mikroprozessoren Prozessor1.4x ➠ 1.3x geschwindigkeit WI Grundlegender Überblick Netzwerk-Bandbreite Backbone 10x Endbenutzer <50kbit/s➠ >1Mbit/s Arbeitsspeicher Bits/Chip Preis/MB 1.59x ➠ 1.36x 0.73x ➠ 0.35x x (jährlicher Multiplikator) Kap. 01, Teil 01/56