Digitale Informationsverarbeitung

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Digitale Informationsverarbeitung
(Magister)
WS 01/02
Prof. Dr. Ralf Der
Institut für Informatik
Abt. Intelligente Systeme
Hauptgebäude, 1. Stock, Zi. 2-53
R. Der
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Digitale Informationsverarbeitung
Organisatorisches
Übungsblatt ca. 2-wöchentlich Aufgaben im Netz
Abgabe der Lösungen jeweils 2 Wochen später,
5 Minuten vor der Freitagsvorlesung
Regelmäßige Abgabe der Lösungen Zulassungsbedingung zur Klausur!
Klausur zum Semesterende
Die Klausur gilt als studienbegleitende Prüfungsleistung!
Vorlesungsfolien im Netz unter
http://www.informatik.uni-leipzig.de/~der/Vorlesungen/divfolien.html
R. Der
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Digitale Informationsverarbeitung
Organisatorisches
Übungsleiter:
Dipl.-Ing. H.-P. Schötz (Zi 2-49) (Nebenfach)
Dipl.-Phys. M. Holicki (Zi 3-44) (Hauptfach)
Termine für Übungsgruppen:
R. Der
Mi
17.15 - 18.45 (NF - Schötz; SG 3-03)
Do
17.15 - 18.45 (HF – Holicki; SG 3-03)
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Digitale Informationsverarbeitung
Inhalt der Vorlesung
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Gegenstand und Teilgebiete der Informatik. Informatik als Wissenschaft.
Algorithmenbegriff und Berechnungsmodelle.
Aussagenlogik & Schaltalgebra
Rechneraufbau
Informationstheoretische Grundlagen. Datencodierung (Fano).
Digitale Datendarstellung
Formale Sprachen und Grammatiken
Syntaxdiagramme. BNF-Notation. Reguläre Sprachen und reguläre
Ausdrücke. Die Sprache C.
Elemente der imperativen Programmierung. Programmablaufstrukturen
Iteration und Rekursion. Variablenbegriff.
Unterprogrammtechniken. Sichtbarkeit und Lebensdauer von Variablen.
Strukturierte Datentypen und Zeiger.
Zeiger und Listen (einfach verkettet)
Geschichte der Informatik
R. Der
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Digitale Informationsverarbeitung
Empfohlene Lehrbücher
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Gumm/Sommer, Einführung in die Informatik, Oldenbourg 1998
Aho/Ullmann, Informatik, Thomson 1996
P. Rechenberg, Was ist Informatik?, Hanser Verlag, 19942
Richter/Sander/Stucky, Problem-Algorithmus-Programm, Teubner 1993
Weitere Lehrbücher:
H.-J. Appelrath, J. Ludewig, Skriptum Informatik - eine konventionelle
Einführung, Teubner Verlag, 3. Auflage, 1995
F.L. Bauer, G. Goos, Informatik 1, Springer, 1991
F.L. Bauer, G. Goos, Informatik 2, Springer, 1992
Engesser/Claus/Schwill, Informatik Duden, BI 1993
G. Hotz, Einführung in die Informatik, Teubner, 1990
T. Ottman, P. Widmayer, Algorithmen und Datenstrukturen, BI 1990
D. Roller, Informatik Grundlagen. Mit einer Einführung in PASCAL,
Springer Lehrbuch, 1996
N. Wirth, Systematisches Programmieren - Eine Einführung, 6. Auflage,
Teubner Verlag, 1993
R. Der
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Was ist Informatik?
engl: Computer Science (manchmal: Computing Science)
Informatik-Duden:
Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen,
besonders der automatischen Verarbeitung mit Hilfe von Digitalrechnern
Studien- und Forschungsführer Informatik:
Wissenschaft, Technik und Anwendung der maschinellen Verarbeitung
und Übermittlung von Informationen
Brockhaus:
Wissenschaft, die sich mit der grundsätzlichen Verfahrensweise der
Informationsverarbeitung und allg. Methoden der Anwendung solcher
Verfahren befaßt
Aho/Ullmann: Die Mechanisierung der Abstraktion
Keine Angst vor Abstraktion! Sie ersetzt komplexe und detaillierte Situationen der realen Welt durch ein überschaubares
Modell, mit dessen Hilfe Probleme gelöst werden können.
R. Der
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Digitale Informationsverarbeitung
Was ist eine Wissenschaft?
Eine Wissenschaft ist bestimmt durch ihren Gegenstand und ihre Methode.
Wissenschaft ist jede intersubjektiv überprüfbare Untersuchung von
Tatbeständen und die auf ihr beruhende, systematische Beschreibung und
Erklärung.
Informatik als Wissenschaft
Gegenstand: Informationsverarbeitung i.a., speziell
• Algorithmen
• Software-Technik
• Anwendungen
• Hardware
Methode: angemessene Repräsentation und Formalisierung von Information
und ihrer Verarbeitung
R. Der
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Digitale Informationsverarbeitung
Konzepte der Informatik
• Datenmodelle: Abstraktionen, die zur Beschreibung von Problemen
verwendet werden. Beispiele sind Logiken, Bäume und Graphen.
• Datenstrukturen: Programmiersprachen-Konstrukte zur Darstellung der
Datenmodelle. Beispiele sind Arrays, Zeiger, Funktionen, ... . In LISP ist
der Baum eine eigene Datenstruktur.
• Algorithmen: Verfahren mit denen durch Manipulation von
Datenmodellen (oder den assoziierten Datenstrukturen) Lösungen von
Problemen erhalten werden können.
• Programm: Ein Algorithmus in einer dem Computer verständlichen
Form
R. Der
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Digitale Informationsverarbeitung
Informationsverarbeitung und
Problemlösen mit dem Computer
Problem
Algorithmus
Programm
Daten
Rechner
Lösung
Algorithmus:
Verfahrensvorschrift zur Ermittlung (Berechnung) von gesuchten aus
gegebenen Größen unabhängig von Programmiersprache und Rechner
R. Der
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Digitale Informationsverarbeitung
Teilgebiete der Informatik
Theoretische I.
Berechenbarkeit
Automatentheorie
Formale Sprachen
Komplexitätstheorie
Algorithmenanalyse
Programmsynthese
R. Der
Praktische I.
Angewandte I.
Algorithmen
Datenstrukturen
Programmiermethoden
Programmiersprachen
Compiler
Datenbanken
Betriebssysteme
Technische I.
Informationssysteme
Schaltwerke
Künstliche Intelligenz
Prozessoren
Robotik
Mikroprogrammierung
Texttechnologie
Rechnerorganisation
Computergraphik
Rechnernetze
Simulation
Modellierung
Büro-Automation
Anwendungen in
Wirtschaft,Verwaltung,
Medizin, Geistes-,
Naturwissenschaften, ...
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Digitale Informationsverarbeitung
Informatikschwerpunkte in Leipzig
• Theoretische Informatik
Gerber, Herre
Funktionales Programmieren,
Deduktion, logisches Prog.
• Praktische Informatik
Rahm, n.n.
Datenbanken, Informationssysteme, Parallelverarbeitung
• Autom. Sprachverarbeitung
Heyer
Texttechnologie, linguistische
Informatik, elektronisches
Publizieren,
• Intelligente Systeme
Brewka, Der, Schierwagen
Wissensrepräsentation, Inferenztechniken, Neuroinformatik &
Robotik
• Technische Informatik
Kebschull
Hochgeschwindigkeitsnetze
• Bildverarbeitung
Saupe
Computergraphik, Visualisierung
• Verteilte Systeme
Irmscher
Offene und mobile Systeme
• Medizininformatik
Löffler, Winter
Krankenhausinformationssys.,
Anwendungen in der Medizin
• Versicherungsinformatik
Fähnrich, Koch
Anw. im Versicherungswesen
• Medieninformatik n.n.
• Neu: Bioinformatik
R. Der
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Digitale Informationsverarbeitung
Vorgeschichte der Informatik
-700
-300
500
1202
1500
1524
1615
1623
1641
1674
1774
1805
1823
1886
R. Der
Abakus
Euklidischer Algorithmus
Erfindung Dezimalsystem in Indien
Leonardo v. Pisa (Fibonacci) verfaßt Einführung in dezimales Rechnen
Dezimalsystem mit arabischen Ziffern in Spanien
Adam Riese veröffentlicht Rechenbuch im Dezimalsystem
Nepersche Rechenstäbe zum Multiplizieren
Rechenmaschine von Schickard
Addiermaschine mit 8 Rechenstellen von Pascal
Rechenmaschine für 4 Grundrechenarten von Leibniz
Hahns erste zuverlässig arbeitende mechanische Rechenmaschine
Jacquards Webstuhl mit fester Programmsteuerung
Babbage entwickelt difference engine, Programmsteuerungsprinzip
Erfindung der Lochkarte durch Hollerith
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Digitale Informationsverarbeitung
Geschichte der Informatik:
1934
1941
1944
1946
1949
1954
1957
1960
1962
1971
1973
1980
1986
1990
R. Der
Zuse plant programmierbaren Relaisrechner auf Basis des Dualsystems
Zuse entwickelt elektromechanischen programmgesteuerten Rechner Z3
Aiken baut Mark I, sequentieller Rechner, Multiplikation: 6 s
Mauchly/Eckert entwickeln ENIAC, Röhrentechnologie
Edsac von Wilkes, erster Rechner mit gespeichertem Programm
Rechner der 1. Generation (IBM 650, USA)
Fortran (formula translator), 2. Generation, Transistoren, Ferritspeicher
COBOL, ALGOL
BASIC
3. Generation, integrierte Schaltungen, Mikroprozessoren, PASCAL
Programmiersprache C
Modula, Ada, PCs, Rechnernetze, Workstations
Laptops, Parallel-Rechner
optische Platten, Internet, World Wide Web
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Digitale Informationsverarbeitung
Wichtige Innovationen der Informatik:
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Idee des Algorithmus
Dezimalsystem
Rechenmaschine
Programmierung
programmierbare Rechenmaschine
Duales Zahlensystem und binäre Rechenmaschine
elektrotechnische/elektronische Realisierung der binären
Rechenmaschine
• Einheitliche Speicherung von Daten und Programm im binären Rechner
• höhere Programmiersprachen
• Vernetzung und breite Anwendung (Digitalisierung)
R. Der
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Digitale Informationsverarbeitung
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