RMA Basiswissen IT

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RMABasiswissen IT

• Ich glaube, es gibt einen weltweiten Bedarf an
  vielleicht fünf Computern
• (IBM-Chef Thomas Watson, 1943 )

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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

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Basiswissen IT Rechnerarchitektur

• 4 Komponenten
• Arithmetisch-logische Einheit (ALU)
• Steuereinheit
• Speicher (RAM, ROM)
• 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.

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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
• 027 1 26 125 0 24 123 1 22
  021 120
• 64 32 8 4 1 109

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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, 01
• 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 01 1

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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 Word 4 0...4.2109 -2.15 109... 2.15 109
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Basiswissen IT Bits Bytes - Hexadezimalsystem

• Sehr gebräuchlich ist das Hexadezimalsystem, jede
  Stelle entpricht einer Potenz von 16
• Neue Zeichen A10, B11, C12, D13,
• E14, F15
• Eine Stelle entspricht einem Nibble, zwei Stellen
  einem Byte, 4 Stellen einem Word, 8 Stellen einen
  Doubleword
• Beispiel
• 0xBAFF
• 11163 10162 15161 15160
• (47817)10
• 1011 1010 1111 11112

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Basiswissen IT Bits Bytes - Gleitkommazahlen

• Reelle Zahlen werden im Gleitkommaformat
  dargestellt.
• Form z mbe
• m heißt Mantisse, b Basis, e Exponent.
• Beispiel
• 314.1592 3.141592 102
• Format im Computer (single precision)

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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
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Basiswissen IT Bits Bytes ASCII Code

• Zur Darstellung von Buchstaben wurde der ASCII
  Code eingeführt (1968). Er benutzt nur 7-bit
  (0-127).

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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.

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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.

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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
• Präemptives Multitasking
• Koordiniertes Multitasking
• Echte Parallelität
• Multithreading
• Threads (engl. Faden) sind Unterprozesse
• Prozess übernimmt Koordination der
  Thread-Ressourcen.

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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)

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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).

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Basiswissen IT Programmiersprachen

• Fünf Generationen
• Maschinensprache
• Assembler
• Hochsprachen (z.B. FORTRAN, COBOL, PASCAL, BASIC,
  C)
• 4. Generation (Anwendungssprachen), z.B. SQL
• KI-Sprachen. Z.B Prolog (für logische Probleme)
• Objektorientierte Sprachen (z.B. SmallTalk, C,
  Java)

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Basiswissen IT Programmiersprachen

• Typische Elemente
• Datentypen (z.B. Ganzzahlen, Gleit-kommazahlen,
  Arrays, Datenverbünde, Objekte)
• Variablen
• Logische und arithmetische Operatoren
• Verzweigungen (IFTHEN-ELSE)
• Schleifen (FOR, WHILE)
• Unterprogramme
• Ein/Ausgabefunktionen
• Wiederverwendbarkeit Bibliotheken von Programmen
  einbinden (Linken)

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Basiswissen IT Programmiersprachen

• Beispiel Hello World in C
• include ltstdio.hgt
• int main()
• int i 0
• for(i 0 ilt10 i)
• if( i 2 0)
• printf(Hello world d!\n, i)
• else
• printf(Hallo Welt d!\n, i)
• return 0

Ausgabe Hello world 0! Hallo Welt 1! Hello world 2! Hallo Welt 3! Hello world 4! Hallo Welt 5! Hello world 6! Hallo Welt 7! Hello world 8! Hallo Welt 9!
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Basiswissen IT Anwendungen

• Hauptanwendungen des Computers
• Numerische Berechnungen
• Datenbanken
• Text-, Bild- Tonverarbeitung
• Kommunikation
• Steuern Regeln
• Spielen

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Basiswissen IT Anwendungen-Numerik

• Historisch erste Anwendung ComputerRechner
• ENIAC war z.B zur Berechnung ballistischer
  Flugbahnen fürs 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.

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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

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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).

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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...

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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

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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.

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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.

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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 URLs (oder URI), z.B.
  http//www.google.de/search?hldequnihamburg
• um eine Ressource im WWW zu lokalisieren.

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Basiswissen IT Internet Co. - HTTP

• Typische Kommunikation
• User http//www.mu-on.org/RMA/RMA.html
• Browser fragt (s)einen DNS nach der IP von
  www.mu-on.org, Antwort 212. 227.118.118.
• Browser stellt TCP/IP Verbindung mit 212.
  227.127.91auf Port 80 her.
• Browser schickt Anfrage an den Webserver
  GET /RMA.html HTTP/1.1
• 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)

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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.

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Basiswissen IT Internet Co. - HTML

• Beispiel Hello World in HTML
• lthtmlgt
• ltheadgt
• lttitlegtHello worldlt/titlegt
• lt/headgt
• ltbodygt
• lth1gt Hello worldlt/h1gt
• ltpgt
• In diesem Paragraphen stehen unwichtige Dinge.
• lt/pgt
• lt/bodygt
• lt/htmlgt

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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
• ltcreator type"composer"gtFranz
  Schubertlt/creatorgt
• Baumstruktur mit einem höchsten Knoten
• Man kann eigene Dokumententypen definieren
  (DTDs, XML Schema)

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Basiswissen IT Internet Co. - XML

• XSL(T) Transformation von XML-Dokument in z.B.
• HTML-Seite
• PDF-Datei
• Finale-Partitur
• Anderes XML Dokument
• Etc.

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Basiswissen IT Internet Co. - XML

• BEISPIEL MusicXML
• lt?xml version"1.0" standalone"no"?gt
• lt!DOCTYPE score-partwise PUBLIC
  "-//Recordare//DTD MusicXML 1.0 Partwise//EN"
  "http//www.musicxml.org/dtds/partwise.dtd"gt
• ltscore-partwisegt
• ltworkgt
• ltwork-numbergtD. 911lt/work-numbergt
• ltwork-titlegtWinterreiselt/work-titlegt
• lt/workgt
• ltmovement-numbergt22lt/movement-numbergt
• ltmovement-titlegtMutlt/movement-titlegt
• ltidentificationgt
• ltcreator type"composer"gtFranz
  Schubertlt/creatorgt
• ltcreator type"poet"gtWilhelm Müllerlt/creatorgt
• lt/identificationgt
• lt/score-partwisegt