Grundlagen der Informatik

Grundlagen der Informatik
Ergänzung zum Buch
«Der Computer als Werkzeug»
Informatik …
IT = Information Technology
Die Informationstechnologie ist eine
junge Wissenschaft.
 Die IT-Produkte, sei es Hardware
oder Software, werden in kurzer
Zeit weiterentwickelt.
 Dadurch entstehen immer neue
Begriffe.

S. 12
Information





Was ist Information?
Alles, was wir mit unseren
Sinnesorganen wahrnehmen
Information = Wissen (Kenntnisse)
über Sachverhalte oder Vorgänge
Information ist der bedeutendste
«Rohstoff» dieses Jahrhunderts
Wir leben im Informationszeitalter:
Was sind die Folgen?
S. 13
Information - Computer
Information ist seit jeher für den
Menschen wichtig
 Die richtige Information zur rechten
Zeit …
 Wir müssen eine riesige
Informationsmenge verarbeiten
 Dabei kann uns der Computer
helfen

S. 14
Der Computer
Computer sind «elektronische»
Maschinen
 Der Computer kann nichts anderes
als Schalter betätigen (schreiben)
und die Stellung von Schaltern
erkennen (lesen)
 Computer: von lat. «computare»
(rechnen) oder engl. «to compute»

S. 14
Schalter – binär - dual






Das Geniale am Computer ist, dass
er mit Schaltern arbeitet. Schalter
kennen nur 2 Zustände:
eingeschaltet oder ausgeschaltet
Strom fliesst = eingeschaltet
Strom fliesst nicht = ausgeschaltet
1 = on = eingeschaltet
0 = off = ausgeschaltet
S. 14
Schalter – binär – dual

2 Zustände:
einfache, sichere Verarbeitung

Viele Zustände: fehleranfällig, da
jeder Zustand mit einer
bestimmten Spannung erzeugt
werden müsste
S. 14
Beispiel
Viele Zustände
Wert 1 = Spannung 10 Volt
Wert 2 = Spannung 20 Volt
Wert 3 = Spannung 30 Volt
Wert 4 = Spannung 40 Volt

Wenn eine Spannung um ein paar Volt zu stark oder zu
schwach ist, ergibt das in diesem System einen Fehler.

Im System mit «es fliesst Strom» oder «es fliesst kein Strom»
kann dieser Fehler nicht auftreten!
Binärsystem
Das Binärsystem unterscheidet zwei
sich gegenseitig ausschliessende
Zustände: 0 oder 1, ja oder nein ...
 Ein Binärzeichen (0 oder 1) hat die
Bezeichnung Bit (binary digit).
 Da es im Binärsystem nur die Werte
0 oder 1 gibt, sind für die Darstellung von Informationen viele
Schalter nötig.

S. 15
Binärsystem - Dualsystem
Um das Binärsystem darzustellen,
braucht es das Dualsystem.
 Wir rechnen mit dem Dezimalsystem, der Computer rechnet mit
dem Dualsystem.
 Um eine Zahl vom Dezimal- in das
Dualsystem umzurechnen und
umgekehrt, kann der Rechner von
Windows benutzt werden

S. 15
Dualsystem


Alle Daten innerhalb des Computers
werden über das duale Zahlensystem
verschlüsselt.
Es existieren nur zwei Zustände:
0
 Strom aus
 Nicht magnetisch
1
 Strom an
 Magnetisch
S. 15
Dualsystem


Ein Schalter
0
Zwei Schalter
0
0
Drei Schalter
0
0
S. 15
0
Bei jedem zusätzlichen Schalter verdoppelt sich die Anzahl
Möglichkeiten.
Jede weitere Stelle (Schalter) verdoppelt die Anzahl der
möglichen Schalterstellungen, weil alle vorangegangenen
Möglichkeiten mit je einer 0 oder einer 1 erweitert werden.
Das Dualsystem


Gültige Ziffern: 0 und 1
Zahlenbasis:
2
20
21
22
23
24
25
= 1
= 2
= 4
= 8
= 16
= 32
26 =
64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
210 = 1024
S. 16
Das Dualsystem


Gültige Ziffern:
Zahlenbasis:
0 und 1
2
Vierer
Zweier
Einer
= 22
= 21
= 20
1*1
0*2
1*4
=1
=0
=4
101
S. 16
Zahlen innerhalb eines
Computers

Dezimalsystem
743
3 Einer
4 Zehner
7 Hunderter
= 3 * 100
= 4 * 101
= 7 * 102

Dualsystem
10 1110 0111
1*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
S. 16
Codes

In der Informatik dienen Codes zur Zuweisung von
Zeichen (z. B. Buchstaben und Zahlen) im
Binärsystem. Damit Zeichen (Informationen) vom
Computer verarbeitet werden können, müssen sie in
das binäre System umgerechnet werden.

Wird die Codierung standardisiert, können alle
Computer mit dem gleichen Standard-Code die
gleichen Zeichen mit dem gleichen Code darstellen,
d. h., ein A ist nicht nur in der Schweiz ein A, sondern
auch in Amerika.
S. 16
Die ASCII-Codierung

American Standard Code for Information Interchange

Für die ASCII-Codierung werden für jedes Zeichen
1 Byte = 8 Bit benutzt

Das heisst, der ASCII-Code kann 28
(256 Zeichen) mögliche Zeichen aufnehmen
S. 16
Weitere Codierungsarten
S. 16

EBCDI (Extended Binary Coded Decimal
Interchange)

ANSI (American National Standards Institute)

Unicode (Darstellung von Zeichen aller bekannten
Sprachen mit verschiedensten Schriftzeichen, wie
z. B. Japanisch), 16-bit ≈ 65 000 mögliche Zeichen
Analog - digital
Unsere Sinnesorgane nehmen
analoge Signale auf (z. B. Schallwellen)
 Der Computer kann keine analogen
Signale aufnehmen oder verarbeiten.
 Der Computer kann nur digitale
(binäre) Werte verarbeiten
 Analoge Werte müssen also in digitale
Werte umgewandelt werden 
digitalisieren

S. 17
S. 18
S. 19
Analoge und digital Anzeige

Analoge Anzeige
 Analog =
entsprechend,
vergleichbar

Digitale Anzeige
 Digit (engl.) = Zahl
 Daten werden
immer durch Ziffern
dargestellt.
Vorteile von digitalen
Informationen


Sie können vom Computer
verarbeitet werden
Digitale Werte können jederzeit
ohne Verluste kopiert werden  0
bleibt 0 und 1 bleibt 1
S. 19
Daten
S. 16


Daten sind Informationen, die ein
Computer lesen und verarbeiten
kann
Daten werden in digitaler Form




erfasst
bearbeitet
ausgewertet
übertragen
Informationen und Daten
Zeichen = Elemente zur Darstellung von
Informationen
 Buchstaben (A bis Z)
 Zahlen (0 bis 9)
 Sonderzeichen (, . - ; : ? $ § “ ! & %)

Daten = Zum Zweck der Verarbeitung
gebildete Informationen




Numerisch
Alphanumerisch
Datum/Zeit
Logisch (wahr - falsch)
EVA
S. 22

Eingabe - Verarbeitung – Ausgabe

EVA ist die grundlegende
Verarbeitungsweise eines
Computers
EVA-Prinzip am Beispiel Geldautomat

Eingabe
 Scheckkarte
 Geheimzahl
 Funktion (z.B. gewünschter Betrag)

Verarbeitung
 Prüfung Geheimzahl, Kontostand, eventuell sperren

Ausgabe
 Karte
 Geldbetrag oder Hinweis, dass die Auszahlung nicht
möglich ist
 Meldung über den aktuellen Kontostand
Das EVA-Prinzip - die Eingabe
Eingabe
Das EVA-Prinzip
- Eingabe und Verarbeitung
Eingabe
Verarbeitung
Das EVA-Prinzip
Ausgabe
Eingabe
Verarbeitung
EVA - Programme
Für die Verarbeitung braucht es Programme
(Software)
 Programme verarbeiten die Daten nach einer
bestimmten Methode (Algorithmus)
 Die Daten müssen also nicht manuell
verarbeitet werden. Sie werden automatisch
verarbeitet  automatische Datenverarbeitung

Begriff Informatik

Information

Automatik

Zusammen  Informatik