Informatik (computer science)

• ist die Wissenschaft, Technik und Anwendung der automatisierten (maschinellen) Verarbeitung und Übermittlung von Informationen mittels digitaler Rechensysteme (Computer).
• ist eine Wissenschafts- und Technologiedisziplin, die sich mit Methoden und Verfahren der automatisierten Informationsverarbeitung befasst.

Kerngebiete der Informatik

• Technische Informatik

- funktioneller Aufbau von Computern, Peripheriegeräte einschliesslich Rechnernetze, logische und technische Entwürfe von Schaltungen und Geräten
• Praktische Informatik

- Methoden und Hilfsmittel zum Entwurf und zur Umsetzung von Problemlösungen auf dem Computer; z.B. Programmiersprachen, Algorithmen, Datenstrukturen
• Theoretische Informatik

- modelliert, untersucht und bewertet grundlegende Strukturen und Methoden mit mathematischen Hilfsmitteln; z.B. Automaten-, Komplexitäts-, Bedienungstheorie
• Angewandte Informatik

- Einsatz von Rechnern für Problemlösungen in verschiedensten Arbeitsbereichen; z.B. Wirtschaftsinformatik, Rechtsinformatik, Medizinische Informatik, Verwaltungsinformatik, Ingenieursinformatik, Medieninformatik

Anwendungsgebiete der Informatik

• Kommerzielle, verwaltungstechnische Aufgaben
• Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, Grafik
• Datenbanken, Informationssysteme
• Technische, wissenschaftliche Berechnungen
• Steuern und Regeln, Prozessautomatisierung
• Rechen- und Kommunikationssysteme
• Medizin, Gesundheitswesen
• Millitär
• Wirtschaft

Algorithmus

• Ein Algorithmus ist ein allgemeines Schema zur Lösung einer Klasse von Problemen. Er beschreibt, wie eine komplexe Aufgabe als Folge von einfacheren Aktionen in einzelnen Schritten gelöst werden kann.

Unterschied zwischen Algorithmus und Programm

• Ein Programm ist die Codierung eines Algorithmus in einer Programmiersprache. Programmiersprachen übernehmen die Vermittlerrolle zwischen Menschen und Maschinen, sie sind künstliche Sprachen zur präzisen Formulierung von Algorithmen.

Betriebssystem

• Das Betriebssystem ist ein vollständiges Programm zum Betreiben eines Rechensystems und zur Ausführung von Anwendungsprogrammen auf dem Rechensystem.
• Es bildet zusammen mit den Eigenschaften der Rechenanlage die Grundlage der möglichen Betriebsarten des Rechensystems.
• Es steuert und überwacht die Abwicklung von Programmen und ist praktisch das Bindeglied zwischen der Computerhardware und Anwendungssoftware.

Beispiele für Betriebssysteme

• MS-DOS , UNIX , OS/2 , Windows NT , Windows 95

Aufbau eines Betriebssystems (am Beispiel DOS)

• Der Hardware-Kern (Prozessor) eines Rechensystems wird im allgemeinen in einen Software-Kern (BIOS = Basic Input Output System) eingebettet.
• Ziel: Die Schaffung einheitlicher Schnittstellen zu der vom Hersteller verwendeten Hardware.
• Im BIOS ist z.B. die Bedienung der seriellen Schnittstellen realisiert.

Dadurch ist für das Betriebssystem unwichtig, welcher Schnittstellenbaustein in welcher Betriebsart verwendet wird, weil das BIOS diesem auf allen Rechnern eine einheitliche Schnittstelle zur Verfügung stellt.

Ein Programm ist die präzise Formulierung eines Algorithmus in einer Programmiersprache. Die durch den Rechner auszuführenden Aktionen werden dabei durch Anweisungen ausgedrückt. Die Tätigkeit einen Algorithmus als Programm zu formulieren, heisst Programmierung.

Man unterscheidet bezüglich der Fähigkeit einer Programmiersprache

Maschinensprachen - Sprachen der 1.Generation

• sind direkt interpretierbar für das Rechensystem und haben eine binäre Darstellung. Sie verwenden absolute Adressen und ihre Ausdrucksmittel sind sehr begrenzt. Maschinenbefehle (Anweisungen in Maschinensprache) können nur relativ kleine Teile eines Algorithmus ausdrücken. Anwendung: Spezialgebiete

Assemblersprachen - Sprachen der 2.Generation

• verwenden mnemotechnische Abkürzungen als Bezeichner für Variablen und Befehle. Die Konstrukte sind strukturäquivalent zu den Befehlen des Rechensystems. Sie erlauben den direkten Zugriff auf Speicherzellen der Maschine. Der Assemblierer übersetzt das Assemblerprogramm vor der Ausführung in ein Maschinenprogramm. Anwendung: systemnahe Bereich und für technische Anwendungen

Problemorientierte Sprachen (Hochsprachen) - Sprachen der 3.Generation

• sind geeignet Algorithmen aus einem bestimmten Anwendungsbereich unabhängig von einer bestimmten Rechenanlage abzufassen. Sie lehnen sich an eine in dem betreffenden Bereich übliche Schreibweise.
• sind unabhängig von der Rechenanlage auf der sie eingesetzt werden
• orientieren sich in der Auswahl ihrer Konstrukte und in der Art der Darstellung am Anwendungsbereich
• Bsp.: FORTRAN , COBOL , BASIC , PASCAL , C , ADA , C++ , JAVA

Sprachen der 4.Generation

• befassen sich mit der Beschreibung, was gelöst werden muss, und weniger damit wie man zu einer Problemlösung kommt. Bsp.: NATURAL und SQL

Ein geschriebenes Programm heisst Quellprogramm. Es muß vor seiner Ausführung auf einer bestimmten Rechenanlage in eine für diese verständliche Maschinensprache übersetzt werden mit dem benötigten Übersetzungsprogramm (Compiler oder Interpreter).
 

Syntax und Semantik

• Syntax beschreibt den korrekten Aufbau der Konstrukte (Anweisungen, Deklarationen, ...) einer Programmiersprache. Dieser Aufbau wird durch eine Mengen von Terminalsymbolen und durch die Regeln einer Grammatik bestimmt.
• Semantik legt die Beziehung zwischen den Sprachzeichen, bzw. Worten und deren Bedeutung, d.h. die Logik der Sprache, fest. Sie beschreibt die Bedeutung, die sich aus den nach den Regeln der Syntax gebildeten Konstrukte bei deren Interpretation durch die ausführende Maschine ergeben soll.

Die Erweiterte Backus-Naur-Form (EBNF) und Syntaxdiagramme sind Metasprachen zur Beschreibung der Syntax von Programmiersprachen. Ihre Sprachelemente heissen Metasymbole.
Die Syntaxdefinition einer Programmiersprache durch die EBNF besteht aus einer Menge von Regeln einer Grammatik G = (T = Terminalsymbole, N = Nichtterminalsymbole, P = Produktionen, S = Startsymbole).
 

allgemeine Definitionen

Der menschliche Benutzer (engl. user) ist eine Person in der Rolle eines Auftraggebers oder Auftragnehmers gegenüber einem Rechensystem.

Ein Benutzertyp (Benutzermodell) ist durch eine Menge von Benutzercharakteristika gegeben.

Die Benutzerschnittstelle (Benutzeroberfläche, Mensch-Maschine-Schnittstelle) ist die Gesamtheit der dem Benutzer für den Dialog zur Verfügung stehenden Hardware eines interaktiven Systems und dessen Verhalten in Abhängigkeit von den Benutzereingaben, festgelegt durch die Software.

Ein Dialog ist ein Ablauf, bei dem der Benutzer zur Abwicklung einer Arbeitsaufgabe Daten eingibt und jeweils Rückmeldungen über die Verarbeitung dieser Daten erhält.

Mit Prozeß wird die Umformung oder der Transport von Materie, Energie oder Information bezeichnet.
Unter einem System wird eine abgegrenzte Anordnung von aufeinander einwirkenden Prozessen verstanden.
 

Ergonomie

• Darunter wird die Erforschung der Leistungsmöglichkeiten und optimalen Arbeitsbedingungen des Menschen verstanden
• ist die Lehre von der Arbeit des Menschen
• ermittelt Gesetzmäßigkeiten zur Gestaltung menschlicher Arbeit

Hardware-Ergonomie

• Ziel ist die optimale Nutzung des Systems ohne die Gesundheit des Anwenders zu beeinträchtigen.

Software-Ergonomie

• Darunter wird die Anpassung der Nutzungsbedingungen eines Computersystems an Eigenschaften der Benutzer und ihrer Eigenarten bei der Aufgabenausführung verstanden.
• ist die Anpassung eines Arbeitssystems an die physischen und psychischen Eigenschaften des Menschen

Internet

• ist ein weltweites Netzwerk, das aus einer riesigen und ständig wachsenden Menge an Computern besteht. Diese sind größtenteils untereinander über Standleitungen verbunden. Es ist mittlerweile praktisch von überall möglich, eine Verbindung ins Internet aufzubauen um dann Informationen zum Ortstarif abzurufen.

• unter bestimmten Voraussetzungen Nachrichten (E-Mails) versenden
• online kommunizieren (chatten)
• im World Wide Web "surfen"
• mit Hilfe von Suchmaschinen Auskunft über bestimmte Themen holen
• eine Homepage erstellen
• aktuelle Nachrichten aus aller Welt erkunden, je nach Interesse Internetseiten erforschen