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RMA Basiswissen IT Ich glaube, es gibt einen weltweiten Bedarf an vielleicht fünf Computern (IBM-Chef Thomas Watson, 1943 ) Basiswissen IT Rechnerarchitektur…
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RMA Basiswissen IT Ich glaube, es gibt einen weltweiten Bedarf an vielleicht fünf Computern (IBM-Chef Thomas Watson, 1943 ) Basiswissen IT Rechnerarchitektur  Die meisten Computer besitzen die sogenannte „Von-Neumann-Architekur“. Programm und Daten teilen sich denselben Speicherbereich.  Erste Computer: Z1 (1937) und Z3 (1941) von Konrad Zuse und ENIAC (1944) von Eckert, Mauchly, Goldstine, von Neumann  1947 wird der Transistor erfunden und kann bald die Röhren ersetzen. „Künftige Computer werden vorausichtlich leichter als 1.5 Tonnen sein“ Basiswissen IT Rechnerarchitektur  4 Komponenten: 1. Arithmetisch-logische Einheit (ALU) 2. Steuereinheit 3. Speicher (RAM, ROM) 4. Eingabe- und Ausgabeinheiten (Tastatur, Maus, Bildschirm, Drucker, Harddisk, Netzwerkkarte etc) (ALU und Steuereinheit heute normalerweise zur CPU (Central- Processing-Unit) vereint.)  Die ALU rechnet (inkl. logische Operationen)  Die Steuereinheit holt Daten und Programmanweisungen aus dem Speicher und führt die Anweisungen unter Benutzung der ALU aus. Basiswissen IT Bits & Bytes - Binärzahlen  Heutige Computer basieren auf Binärzahlen (Bits, ja/nein, 0 und 1),  Einfachere Realisierung von Binärarithmetik und -logik mit elektrischen Schaltkreisen.  Binärsytem: Jede Stelle (Bit) entspricht einer 2er Potenz.  Beispiel: 01101101 = 0*27 + 1 * 26 + 1*25 + 0 * 24 + 1*23 + 1* 22 + 0*21 + 1*20 = 64 + 32 + 8 + 4 + 1 = 109 Basiswissen IT Bits & Bytes - Binärzahlen  Addition (und andere Arithmetik) genau wie im Dezimalsystem: 00100011 = 3510 + 01000101 = 6910 -------------------- 01101000 = 10410  Einfach: Multiplikation mit 2 ist Linksshift, Division durch 2 ist Rechtsshift.  Logische Operationen:  NOT (~): ~1 = 0, ~0=1  AND (&): 1 & 1 = 1, 1 & 0 = 0 , 0 & 1 = 0, 0 & 0 = 0  OR (|) : 1 | 1 = 1, 1 | 0 = 0| 1 = 1, 0| 0 = 0  XOR (^): 1 ^ 1 = 0 ^0 = 0, 1 ^0 = 0^1 = 1 Basiswissen IT Bits & Bytes - Größen  Mit n Bits kann man 2n Zahlen darstellen.  Vorzeichen durch Zweierkomplement. N Name Bytes Wertebereich 4 Nibble 0.5 0...15 -8 ...7 8 Byte 1 0...255 -128...127 16 Word 2 0...65.535 -32768...32767 32 Double 4 0...4.2*109 Word -2.15 *109...+ 2.15 *109 Basiswissen IT Bits & Bytes - Hexadezimalsystem  Sehr gebräuchlich ist das Hexadezimalsystem, jede Stelle entpricht einer Potenz von 16  Neue Zeichen A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15  Eine Stelle entspricht einem Nibble, zwei Stellen einem Byte, 4 Stellen einem Word, 8 Stellen einen Doubleword  Beispiel: 0xBAFF = 11*163 + 10*162 + 15*161 + 15*160 = (47817)10 = 1011 1010 1111 11112 Basiswissen IT Bits & Bytes - Gleitkommazahlen  Reelle Zahlen werden im Gleitkommaformat dargestellt.  Form: z = m*be  „m“ heißt Mantisse, „b“ Basis, „e“ Exponent.  Beispiel: 314.1592 = 3.141592 * 102  Format im Computer (single precision): Basiswissen IT Bits & Bytes - Speicher  Speicher sind in Bytes (=8 bit) organisiert.  In der vorherrschenden 32-bit Architektur hat jede Speicherzelle eine eindeutige Adresse von 4 Byte über die sie angesprochen werden kann. Speichergrößen Name Definition Kilobyte, kB 1024 Bytes Megabyte, MB 1024 kB = 220 Bytes ~ 106 Bytes Gigabyte, GB 1024 MB = 230 Bytes ~ 109 Bytes Terabyte, TB 1024 GB = 240 Bytes ~ 1012 Bytes Basiswissen IT Bits & Bytes – ASCII Code  Zur Darstellung von Buchstaben wurde der ASCII Code eingeführt (1968). Er benutzt nur 7-bit (0-127). Basiswissen IT Bits & Bytes – Beyond ASCII  ISO-8859 Code benutzt das 8.Bit zur Kodierung westeuropäischer Sonderzeichen (ä, ö, ü usw.)  Unicode definiert 1.114.112 Zeichen, kodiert mit maximal 4 Byte.  Heute am gebräuchlichsten: UTF-8, stellt Unicode mit Byteketten variable Länge dar und enthält den ASCII Code. Basiswissen IT Betriebssysteme  Herzstück eines jeden Computers.  Betriebsysteme sorgen für die Verwaltung und die Koordination der Ressourcen, z.B:  Prozessmanagement  Dateisystem  Ein- und Ausgaben  Unzählige: Z.B. Unix, Linux, VAX, MSDOS, Windows, MacOS, NeXT, BeOS usw. Basiswissen IT Betriebssysteme - Prozesse  Jedes Programm läuft als Prozess:  CPU-Zeit  Speicherbereich  E/A- Zugriff  Multitasking (Nebenläufigkeit):  Scheinbare Gleichzeitig durch schnelles Wechseln zwischen Prozessen. Drei Formen 1. Präemptives Multitasking 2. Koordiniertes Multitasking 3. Echte Parallelität  Multithreading  Threads (engl. Faden) sind „Unterprozesse“  Prozess übernimmt Koordination der Thread- Ressourcen. Basiswissen IT Programmiersprachen  Maschinencode: Folge von „Binärzahlen“ die CPU als Befehle interpretiert.  Assembler: Wie Maschinencode, mit merkbaren Kürzeln (Mnemonics) z.B. jmp 0xffffff00 (springe zu Speicherstelle 0xffffff00) Basiswissen IT Programmiersprachen  Hochsprachen: Müssen in Maschinencode übersetzt werden  Compiler: Übersetzt Programm als ganzes; schneller Code.  Interpreter: Übersetzt Programm zeilenweise; langsamer Code.  Hybrid: Kompilat in Zwischencode (z.B Java: plattformunabhängiger Bytecode), der dann interpretiert wird (z.B. von der JVM). Basiswissen IT Programmiersprachen  Fünf Generationen: 1. Maschinensprache 2. Assembler 3. Hochsprachen (z.B. FORTRAN, COBOL, PASCAL, BASIC, C) 4. 4. Generation (Anwendungssprachen), z.B. SQL 5. KI-Sprachen. Z.B Prolog (für logische Probleme) Objektorientierte Sprachen (z.B. SmallTalk, C++, Java) Basiswissen IT Programmiersprachen  Typische Elemente :  Datentypen (z.B. Ganzzahlen, Gleit- kommazahlen, Arrays, Datenverbünde, Objekte)  Variablen  Logische und arithmetische Operatoren  Verzweigungen (IF–THEN-ELSE)  Schleifen (FOR, WHILE)  Unterprogramme  Ein/Ausgabefunktionen  Wiederverwendbarkeit: Bibliotheken von Programmen einbinden (Linken) Basiswissen IT Programmiersprachen Beispiel: Hello World in C Ausgabe: #include Hello world 0! int main() Hallo Welt 1! { Hello world 2! int i = 0; Hallo Welt 3! for(i = 0; i<10; ++i){ Hello world 4! if( i % 2 == 0) { Hallo Welt 5! printf(„Hello world %d!\n“, i); Hello world 6! } Hallo Welt 7! else{ Hello world 8! printf(„Hallo Welt %d!\n“, i); Hallo Welt 9! } } return 0; } Basiswissen IT Anwendungen  Hauptanwendungen des Computers:  Numerische Berechnungen  Datenbanken  Text-, Bild- & Tonverarbeitung  Kommunikation  Steuern & Regeln  Spielen Basiswissen IT Anwendungen-Numerik  Historisch erste Anwendung: Computer=Rechner  ENIAC war z.B: zur Berechnung ballistischer Flugbahnen für‘s Militär gedacht.  Numerische Algorithmen stecken in fast jeder Anwendung: Z.B.  Berechung des Spektrum eines Klanges,  ein Weichzeichnerfilter in Photoshop,  ein aufwändiges Klimamodell auf einem Supercomputer.  Berechnung eines Neuronenmodells zur Beat- Erkennung. Basiswissen IT Anwendungen - Datenbanken  „Elektronischer Karteikasten“ zur Speicherung und Manipulation von Daten beliebiger Art, z.B.  Personaldaten einer Firma  Lagerbestand  Bibliothekskataloge  Private mp3- Sammlung  Webseiten Basiswissen IT Anwendungen - Datenbanken  Heute am weitverbreitesten: Relationale Datenbanken.  Daten werden in Datenfeldern zu Datensätzen zusammengefasst.  Datensätze werden mit eindeutigen Schlüsseln in Tabellen gespeichert.  Man kann Tabellen  erzeugen, löschen, verändern, kombinieren, abfragen.  Gängige Abfragesprachen basieren meistens auf SQL (Structured Query Language). Basiswissen IT Anwendungen  Text-, Bild- & Tonverarbeitung: Häufigste Anwendung im Personalbereich. Kennt jeder...  Kommunikation: Dito. E-Mail, Chat, IP-Telefonie etc...  Steuern & Regeln: Über Hardware-Schnittstellen ein- oder zweiseitige Kommunikation mit externen Geräten zum Regeln, Steuern, und Überwachen derselben. Z.B. MIDI  Spielen... Basiswissen IT Internet & Co.  Historisch entstand das Internet aus dem ARPANET(1969), das vier militärische forschende Universitäten in Amerika über Telefonleitungen vernetzte.  Internet ist ein Netz von Netzen: Basiswissen IT Internet & Co. –TCP/IP  Netzwerkprotokolle: Kommunikation zwischen Rechnern  Meistens basierend auf TCP/IP.  IP (Internet Protocol). Erste logische Schicht.  IPv4 benutzt 32-bit Adressen, z.B. 192.168.202.53 (=0xC0A8CA34)  Eindeutige IP-Adresse („Telefonnummer“) für jeden Rechner.  65536 verschiedene Ports („Nebenanschlüsse“).  HTTP benutzt z.B Port 80, SMTP (Mail) Port 25.  DNS-Server bilden das „Telefonbuch“  Unter dem Eintrag www.uni-hamburg.de ist z.B. die IP-Adresse 132.100.32.72 zu finden. Basiswissen IT Internet & Co. – TCP/IP  IP verschickt Daten paketweise.  Paket besteht aus  Header (mit IP-Adresse)  Datenteil  Die Daten stellen zweite logische Schicht dar: die Transportschicht, z.B.  TCP (Transmission Control Protocol)  UDP (User Datagram Protocol)  Mit TCP/IP- oder UDP-Paketen werden weitere Protokolle implementiert werden, die Internetdienste (höchste Schicht).  Z.B. HTTP, FTP, SMTP, TELNET usw. Basiswissen IT Internet & Co. - WWW  Das WWW entstand 1991 im CERN und ist das „logische“ Netz der Webserver im Internet.  WWW baut auf HTTP auf (HyperText Transfer Protocol), das wiederum TCP/IP benutzt.  Ein Webserver ist ein Programm, kein Rechner!  HTTP benutzt URL‘s (oder URI), z.B. http://www.google.de/search?hl=de&q=uni+hamburg um eine Ressource im WWW zu lokalisieren. Basiswissen IT Internet & Co. - HTTP  Typische Kommunikation: 1. User: http://www.mu-on.org/RMA/RMA.html 2. Browser fragt (s)einen DNS nach der IP von www.mu- on.org, Antwort: 212. 227.118.118. 3. Browser stellt TCP/IP Verbindung mit 212. 227.127.91auf Port 80 her. 4. Browser schickt Anfrage an den Webserver: GET /RMA.html HTTP/1.1 5. Webserver antwortet: HTTP/1.1 200 OK Server: Apache/1.3.29 (Unix) Content-Length: 3467 Content-Language: de Content-Type: text/html Connection: close (ab hier Inhalt von RMA.html) Basiswissen IT Internet & Co. - HMTL  Webseiten typischerweise in HTML (HyperText Markup Language)  HTML ist eine Dokumentenbeschreibungssprache keine Programmiersprache, kann aber (Javascript-)Programmteile enthalten!  HTML-Seiten können per CGI (Common Gateway Interface) dynamisch vom Webserver erzeugt werden. Z.B. Suchanfrage bei Google. Webserver startet CGI- Script, dass in der Datenbank nachschaut, und anhand der Ergebnisse eine HTML-Datei erzeugt.  Verbreiteste CGI-Sprachen: Perl, PHP. Basiswissen IT Internet & Co. - HTML  Beispiel: „Hello World“ in HTML Hello world

Hello world

In diesem Paragraphen stehen unwichtige Dinge.

Basiswissen IT Internet & Co. - XML  XML (eXtensible Markup Language)  Zunehmende weite Verbreitung für verschiedene Zwecke  Sehr flexibel  Kann quasi selbstbeschreibend sein.  Trennung von Daten und Darstellung (Document/View)  Eignet sich auch als Datenbankformat.  Beliebigen Daten zwischen Tags (Anfangs/Endtag)  Tags haben einen Name und beliebige Attribute, z.B Franz Schubert  Baumstruktur mit einem höchsten Knoten  Man kann eigene Dokumententypen definieren (DTD‘s, XML Schema) Basiswissen IT Internet & Co. - XML  XSL(T): Transformation von XML-Dokument in z.B.  HTML-Seite  PDF-Datei  Finale-Partitur  Anderes XML Dokument  Etc. Basiswissen IT Internet & Co. - XML BEISPIEL MusicXML D. 911 Winterreise 22 Mut Franz Schubert Wilhelm Müller
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