Post on 18-Nov-2020
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)
1 Grundbegriffe des Informationsverarbeitung
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
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1 Grundbegriffe des Informationsverarbeitung
Inhaltsverzeichnis
1. Grundbegriffe der Datenverarbeitung2. Komponenten eines Rechnersystems 3. Darstellung von Informationen4. Softwarearten 5. Anwendungsarchitektur 6. Grundkonzepte Datenbanken7. Datenmodellierung 8. Informations- und Wissensmanagement
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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
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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
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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
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Ziele der Informationsverarbeitung
Rationalisierung: KosteneinsparungenBearbeitung großer DatenmengenAktuelle, umfassende InformationHohe Qualität der Ergebnisse (komplexe Rechnungen in kurzer Zeit)Straffe Abwicklung von ProzessenStrategische Wettbewerbsvorteile
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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
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Erste Ansätze
1100 v. Chr. AbakusAddition, Subtraktion, Multiplikation und Division per Verschiebung der Kugeln mit der Hand
1617 Rechenstäbchen (John Napier Laird of Merchiston)
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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
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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
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Der erste Computer Zuse Z31934-1943 Zuse Z3 (Konrad Zuse)
Erster funktionsfähiger Computer
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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
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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
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Computergenerationen von 1946-1960
1946-1952 Neumann-Maschine (John von Neumann)
EDVAC
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Computergenerationen von 1962-1980
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
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Personalcomputer
1974 Die ersten Homecomputer
ALTAIR-8800
Commodore (PET)
Tandy Radio Shack (TRS-80)
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Personalcomputer
1977 Apple-Computer
Erste Farbgrafiken waren möglich
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Personalcomputer
1981 IBM-PersonalcomputerGrundstein für den heutigen PersonalcomputerstandardProzessor von IntelBetriebssystem MS-DOS von Microsoft
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Personalcomputer
1987 Apple MacintoshGrafische Benutzerführung
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Ab 1985 Vernetzung von Computern
2003/2004 Vernetzung der Computer ohne Kabel über Funk - WLAN (Wireles-LAN) Access-Points
Die Vernetzung von Computern
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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
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Tragbare Computer (Laptops/Notebooks / Palm PC´s)
LINUXFreies Betriebssystem (jeder kann mitentwickeln)Unix- Derivat: Preisgünstig, StabilServersystem der Zukunft ?
Das letzte Jahrzehnt
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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
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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
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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
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Einsatzgebiete eines Computers
Allgemein: Verarbeitung von Informationen in Informations- und Anwendungssystemen
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Informations- -und Anwendungssystem
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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.
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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
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Informationssysteme im Unternehmen
GlobalisierungZunehmende Bedeutung wissens-und informationsbasierter DienstleistungsgesellschaftenWandel der UnternehmenEntstehung des vernetzten Unternehmens
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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.
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Funktionen eines Anwendungssystems
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Informationssysteme aus Unternehmenssicht
Informationssysteme stellen aus wirtschaftlicher Sicht ein wichtiges Wertschöpfungsinstrument für Unternehmen darElemente eines Informationssystems umfassen die Bereiche
OrganisationManagementTechnik
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Wertschöpfungskette von Unternehmensinformation
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Anwendungssysteme
1 Grundbegriffe des Informationsverarbeitung
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
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Hauptarten von Anwendungssystemen
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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)
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Gliederung von Information
Erscheinungsform: Schrift, Ton, BildRepräsentationsform: digital, analogAufgabe im Steuerprozess: Steuerdaten, Nutzdaten
Nutzdaten werden weiterhin untergliedert in Stammdaten und Änderungsdaten
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Informationen und Daten
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Datentypen
1 Grundbegriffe des Informationsverarbeitung
Datentypen – einfache Datentypen
Datentyp Beispiel
Text Forschung
Ganzzahlige Zahl 16
Gleitkommazahl 3,1415
Festkommazahl 17,20
Wahrheitswert WAHR, FALSCH
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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
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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
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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
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Rechnergestützte Verarbeitung von Information
Zur Informationsverarbeitung zählt jeder Vorgang, der sich auf die Erfassung, Speicherung, Übertragung oder Transformation von Daten bezieht.
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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
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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
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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
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Zahlen innerhalb eines Computers
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
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Zahlen innerhalb eines Computers
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Grundlagen der Codierung
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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
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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)
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Darstellung von Informationen
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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)
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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)
1 Grundbegriffe des Informationsverarbeitung
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.
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Töne und Bilder im Computer
Töne, Bilder und VideosWerden als Folge von Nullen und Einsen verwaltet
Ergeben eine hohe Qualität
Erfordern enormen Rechenaufwand
1 Grundbegriffe des Informationsverarbeitung
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
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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
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Maßnahmen gegen Rundungsfehler
Genügend Nachkommastellen vorsehen
Korrekturmaßnahmen einbauen
Stellen dezimal darstellen