Informationstechnik Übungsblatt 1 Einführung 2024 PDF

Einführung in die Informationsverarbeitung Kurs TEMB 2308 Lehrbriefe IT-INF(T)2 und WINDOWS10(T)1 1. Computer 1. Rechenmaschinen und Computer 1.1. Entwicklungsgeschichte Für den Handel entwickelte der Mensch schon früh Zahlensysteme und Rechenhilfen. Bei den Zahlensystemen...

Einführung in die Informationsverarbeitung Kurs TEMB 2308 Lehrbriefe IT-INF(T)2 und WINDOWS10(T)1 1. Computer 1. Rechenmaschinen und Computer 1.1. Entwicklungsgeschichte Für den Handel entwickelte der Mensch schon früh Zahlensysteme und Rechenhilfen. Bei den Zahlensystemen unterscheidet man z.B. additive (römisch) und Stellenwertsysteme (arabisch). Rechenhilfen sind z.B. Rechenbretter und der in Japan und China noch verwendete Abakus. Mechanische Rechenmaschinen wurden z.B. von Schickard und Pascal (beide 17. Jh.) und Babbage (19. Jh.) entwickelt. Durch die Reibung der Mechanik waren aber Grenzen gesetzt. Elektrische Rechenmaschinen waren erst durch die Verwendung des Dualsystems möglich. Der erste funktionsfähige Computer wurde von dem Deutschen Konrad Zuse entwickelt (Z3, als Schalter Relais). Später verwendete man Röhren und John von Neumann (1903 – 1957) schematisierte den Computeraufbau. 1.2. Arbeitsplatzrechner Durch die Verwendung immer kleinerer Bausteine als Schalter wurden immer leistungsfähigere und kleinere Computer möglich (Röhre  Transistor  IC). Dies führte dann zum Arbeitsplatzrechner (siehe S. 4 im Lehrbrief). 1.3. Computerarten (siehe dazu S. 5 und 6) 1.4. Computersystem Es besteht aus zwei Hauptkomponenten: Systemeinheit und Peripherie. Bestandteile der Systemeinheit sind: - Prozessor mit Rechenwerk und Steuerwerk - Hauptspeicher RAM (Random Access Memory), flüchtiger Speicher - Cache (ebenfalls RAM) als schneller Zwischenspeicher - ROM-Speicherbausteine (Read Only Memory), z.B. BIOS (Basic Input Output System) - Festplatte als permanenter Speicher (magnetisch oder SSD = Solid State Disk) - Steckkarten wie Grafikkarte und Netzwerkkarte unterschiedlicher Bauart - Netzteil zur Stromversorgung - Speichergeräte wie Festplatten, USB-Speicher, Speicherkarten, CD bzw. DVD Beispiele für Peripheriegeräte: - Eingabegeräte (Maus, Tastatur, Touchpad, Scanner, usw.) - Ausgabegeräte (Bildschirm, Drucker/Plotter, Lautsprecher/Kopfhörer, usw.) - Anschlüsse/Schnittstellen für Router, USB-Geräte, usw. Einzelheiten siehe im Lehrbrief S. 6 bis 20. 1.5. Auswahlkriterien für ein Computersystem Tabelle S. 21 im Lehrbrief. 2. Software im Überblick Man unterscheidet zwischen Systemsoftware und Anwendungssoftware. Systemsoftware: Betriebssystem (Windows, Unix/Linux, MacOS), Treiber, Dienstprogramme, Steuerung, Compiler/Interpreter, usw. Anwendungssoftware: Standardsoftware (Office, Browser), Grafikprogramme, Branchensoftware, Internetprogramme, Multimedia, Individualprogramme. Einführung in die Informationsverarbeitung Seite 1 von 4 09.04.2024 3. Das Dezimalsystem Es ist ein Stellenwertsystem, das heißt, je nach Stelle kann dieselbe Ziffer einen unterschiedlichen Wert darstellen, wie das Basispolynom zeigt: 4272 = 4 ∙ 1000 + 2 ∙ 100 + 7 ∙ 10 + 2 ∙ 1 = 4 ∙ 103 + 2 ∙ 102 + 7 ∙ 101 + 2 ∙ 100 In römischen Ziffern schaut diese Zahl so aus: MMMMCCLXXII (additives Zahlensystem). Mit einem Stellenwertsystem kann man leicht rechnen, versuchen Sie aber einmal zwei römische Zahlen zu multiplizieren. 4. Allgemeine Stellenwertsysteme Wir verwenden das Dezimalsystem mit der Basis 10 und den Ziffern 0 … 9. Der Computer arbeitet elektrisch und kann deshalb nur zwei Zustände (0/1 bzw. Aus/Ein) verarbeiten. Er verwendet das Dual- oder Binärsystem (Basis 2, Ziffern 0, 1). Da Dualzahlen bei größeren Werten sehr lang werden, hat man in der EDV schon bald zwei weitere Zahlensysteme verwendet: Oktalzahlen (Basis 8, Ziffern 0 … 7) und Hexadezimalzahlen (Basis 16, Ziffern 0 … F) Beispiele: 346Oct = 3 ∙ 82 + 4 ∙ 81 + 6 ∙ 80 = 3 ∙ 64 + 4 ∙ 8 + 6 ∙ 1 = 192 + 32 + 6 = 230 346Hex = 3 ∙ 162 + 4 ∙ 16 + 6 ∙ 160 = 3 ∙ 256 + 4 ∙ 16 + 6 ∙ 1 = 768 + 64 + 6 = 838 Mit dem Windows-Taschenrechner in der Einstellung „Programmierer“ können Sie dies leicht überprüfen. Mithilfe des Basispolynoms kann man jede Zahl eines anderen Zahlensystems in das Dezimalsystem umwandeln, der umgekehrte Weg ist komplizierter. Das Resteverfahren am Beispiel 367Dez  Oktalzahl. 367 : 8 = 45 Rest 7 45 : 8 = 5 Rest 5 5 : 8 = 0 Rest 5  357Dez = 557Okt (von unten nach oben gelesen) Aufgabe: Wandeln Sie die Zahl genauso auch in eine Dual- und Hex-Zahl um. 5. Computerzahlen 5.1. Daten und Information Die kleinste Informationseinheit in der Informatik ist 1 Bit (0/1). Mit n Bit kann man 2n Zustände beschreiben, z.B. mit 5 Bit sind es 25 = 32. Eine Tetrade ist ein Folge von vier Bit. Eine oft verwendete größere Einheit ist das Byte (B): 1 Byte (B) = 8 Bit 10 Umrechnungen: Kilobyte (KB) = 2 B = 1024 B Megabyte (MB) = 220 B = 1024 KB Gigabyte (GB) = 230 B = 1024 MB Terabyte (TB) = 240 B = 1024 GB (Für Näherungswerte wird oft mit den entsprechenden Zehnerpotenzen gerechnet.) Auch andere Größen werden bei Computersystemen verwendet: Wort (32 – 64 Bit); Block (z.B. 512 B) und Cluster (z.B. 5 KB) bei Speichermedien. 5.2. Umrechnung von Computerzahlen Die Umrechnung von Dualzahlen in Oktal- und Hexzahlen kann einfach durch Bildung von Bitgruppen erfolgen: 110101110101Bin = 1101 0111 0101 = 110 101 110 101 = D 7 5 Hex = 6 5 6 5 Okt Aufgaben: a) Wandeln Sie die Zahl 1359Dez in Dual-, Okt- und Hexzahl um. b) Wandeln Sie die Zahl 2376Okt in Dual-, Hex- und Dezimalzahl um. c) Überprüfen Sie die Ergebnisse mit dem Windowsrechner. Einführung in die Informationsverarbeitung Seite 2 von 4 09.04.2024 6. Codierung von Textzeichen 6.1. Codierung von Zahlen Für die Ziffern von 0 bis 9 kann man einfach die Binär- oder Hexwerte der Ziffern verwen- den, benötigt dafür also 4 Bit (eine Tetrade). Da man mit 4 Bit insgesamt 16 Möglichkeiten hat, gibt es auch Tetraden, die keine Ziffer darstellen, die Pseudotetraden. Auf S. 52 im Lehrbrief sind die binär codierten Ziffern des Zehnersystems dargestellt Man nennt diesen Code deshalb BCD-Code (Binary Coded Decimal). 6.2. Byte-Codes für Textsymbole Verwendet man statt 4 Bit ein Byte, also 8 Bit, erhält man 256 Möglichkeiten und kann damit die meisten der üblicherweise verwendeten Zeichen festlegen. Dieser Code heißt EBCD (Extended Binary Coded Decimal). Davon ist der bei Kleincomputern meist verwendet Code abgeleitet, der ASCII-Code (American Standard Code For Information Interchange). Auf den Seiten 55 – 59 finden Sie Tabellen dieser beiden Codes und weitere Eigenschaften. Mithilfe der Alt-Taste und dem Nummernblock können Sie sich die entsprechenden Zeichen anzeigen lassen: Alt+65  A, usw. (soweit auf dem Bildschirm darstellbar). Zeichen können durch Pixelgrafik (einzelne Punkte) oder mit Vektorgrafik (nur einzelne Punkte sind festgelegt, die Linien dazwischen werden berechnet) dargestellt werden. Zeichen in Vektorgrafik (True-Type) können einfach verkleinert und vergrößert werden. 6.3. UNICODE-Zeichen Um die Zeichen aller möglichen Sprachen darzustellen, genügen 256 Zeichen nicht. Hierfür verwendet man UTF (Unicode Transformation Format), der je nach Bedarf aus 1 Byte, 2 Byte oder 4 Byte bestehen kann (Lehrbrief S. 59 – 61). 6.4. Pixelgrafik und Datenkompression Bei einem Zeichen oder einer Grafik entspricht einem Punkt 1 Bit. Sollen Grauwerte oder Farben mitgespeichert werden, benötigt man 1 Byte (Graustufen) oder 3 – 4 Byte für ein Farbbild (Farbtiefe). Die Dichte der Punkte wird in dpi (dots per inch) angegeben. Ein einzelnes Bild auf einem Bildschirm mit Full-HD-Auflösung benötigt bei einer Farbtiefe von 32 Bit an Speicherplatz: 1920 x 1080 x 32 Bit = 66 355 200 Bit = 63,3 Mbit = 7,9 MB. Dadurch braucht man bei einem Video zum Beispiel sehr viel Speicherplatz. Verringern kann man ihn, indem man die Daten komprimiert. Dies geschieht durch Zusammenfassen gleicher Datenteile und Weglassen nicht so wichtiger Teile. Beispiele dafür sind MP3 (Audio) und MP4 (Video). 7. Datenspeicherung und – übertragung 7.1. Arten von Datenträgern Festplatte (intern/extern), USB-Stick, RAM, ROM, SSD, CD/DVD. Eine Übersicht finden Sie auf S. 65 oben im Lehrbrief. 7.2. Aufbau von Datenträgern Durch das Betriebssystem werden z.B. Festplatten in bestimmte Bereiche eingeteilt: Spur (Zylinder), Sektor, Block, Cluster. Bei einer Schallplatte wird ein Musikstück als durchgehende Linie aufgezeichnet. Auf einer CD/DVD oder einer Festplatte wird die Gesamtdatei in Blöcke zerlegt gespeichert, deren Position im MBR (Master Boot Record) festgehalten wird. Die Größe dieser Blöcke kann unterschiedlich sein und auch teilweise frei gewählt werden. Eine größere Menge von Blöcken kann auf einer Festplatte zu einem Cluster oder auch einer Partition zusammengefasst werden. Einführung in die Informationsverarbeitung Seite 3 von 4 09.04.2024  Dazu ein Berechnungsbeispiel: Eine Partition hat die Kapazität 40 MB, die Blockgröße kann 8 KB oder 32 KB betragen. Wie viele Texte von 50 KB können jeweils gespeichert werden? 40∙10242 40 MB = 4010242 B 8 KB = 81024 B  = 5120 Blöcke 8∙1024 40∙10242 32 KB = 321024 B  = 1280 Blöcke 32∙1024 50 KB belegen dann 7 Blöcke (bei 8 KB) bzw. 2 Blöcke (bei 32 KB).  5120 / 7 = 731,4 = 731 Texte bzw. 1280 / 2 = 640 Texte Beachten Sie: Blöcke können immer nur ganz belegt werden. Lesen Sie dazu auch das Kapitel 7.2 im Lehrbrief. 7.3. Dateien und Ordner Um die Verwaltung der Blöcke muss sich ein Benutzer nicht kümmern, das macht das Betriebssystem. Die logische Ordnung beim Speichern kann man aber selbst festlegen. Dazu werden Namen für die Dateien vergeben, und die Dateien in Ordnern und Unter- ordnern gespeichert (mithilfe des Explorers). Bei den Dateien kann man die Art der Datei an der Endung erkennen: ausführbare Dateien (.exe,.bat,.com), sind mit Vorsicht zu behandeln (E-Mail) nicht ausführbare Dateien (Datendateien) haben unterschiedliche Endungen, die auf das Programm hinweisen, mit dem sie erstellt oder geöffnet werden können. Bei manchen Dateien ist eine Kompression schon vorgesehen (JPEG). 7.4. Technische Einheiten Dazu gehören Angaben wie Zugriffs- und Datenübertragungsgeschwindigkeit, Bildschirm- und Druckerauflösung und Eigenschaften des Datenträgers. 7.4.1 Zugriff auf den Datenträger Für CD/DVD gibt es Abkürzungen für die mögliche Art des Zugriffs: CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW, BD-R, BD-RE (siehe S. 69 Lehrbrief). Die Zugriffszeit ( in ms) gibt an, wie lange es dauert bis der Vorgang beginnt (Lesen/Schreiben), die Übertragungsgeschwindigkeit (in MB/s) gibt die Datenmenge an, die in einer Sekunde übertragen werden kann (z.B. SSD bis über 500 MB/s). 7.4.2 Allgemeine Datendarstellung Alle Daten werden durch Bitfolgen übertragen, die von der Art der Daten (Ton, Bild sw/Farbe, usw.) abhängen. 7.4.3 Bildraster Ein Bildraster gibt an, aus wie vielen Pixeln horizontal und vertikal ein Bild besteht. Bei Full-HD z.B. aus 1920 Pixeln horizontal und 1080 vertikal mit der Farbtiefe 32 Bit. 7.4.4 Auflösung (dpi = dots per inch) Sie gibt an, wie viele Pixel die Länge 1 Inch (1 Zoll = 2,54 cm) ergeben. Bildschirm ca. 100 dpi, Drucker bis zu 1200 dpi und mehr. Aufgabe: Berechnen Sie die Auflösung bei einem 127 cm Bildschirm (16:9) in Full-HD. 7.4.5 Datenübertragung Die Einheit der Datenübertragungsgeschwindigkeit ist bps (bits per second), meist in größeren Einheiten verwendet (Kbit, Mbit). Aufgabe: Ein Video mit 400 MB soll übertragen werden mit: a) einem 56 Kbit/s Modem b) einer VDSL-Leitung mit 50 Mbit/s Berechnen Sie jeweils die Übertragungsdauer. Einführung in die Informationsverarbeitung Seite 4 von 4 09.04.2024