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Begriffe

EDV beruht auf der digitalen Darstellung (binäres Zahlensystem, Codierung von Alphazeichen, strukturelle Zusammenfassung) & ihre technische Realisierung (bzgl. Steuerung der Datenwege, -verarbeitung, -speicherung).

Dualsystem: Operationen werden genauso wie im Dezimalsystem vollzogen, lediglich der Sprung in die nächst größere Stelle wird nicht nach der 9 sondern nach der 1 vollzogen, Z=±åb i *2 ⁱ (b=0,1). Das Hexadezimalsystem wird häufig rechnerintern für die Kontrolle benutzt. Gültige Ziffern sind 0,… 9,A,B,C,D,E,F) Eine Ziffer entspricht 4 duale Ziffern, also 4 Bit: Das heißt, mit 2 Hexadezimalstellen kann ein Byte eindeutig dargestellt werden. - Bsp.: “F” Hexa. = “15” Dezi. = “1111” Dual.

Gleitkommadarstellungen: Reelle Zahlen können prinzipiell nur in begrenzter Genauigkeit dargestellt werden. Mit Gleitkommaformaten werden größere Genauigkeiten & ein größerer Zahlenbereich möglich. Sie besteht aus einer Mantisse (Ziffern des Logarithmus hinter dem Komma) die den Wert in einer gebrochenen ganzen Zahl darstellt & einem Exponenten, der die Stellung des Kommas angibt.

Bit: kleinste für den Computer erkennbare Informationseinheit Einheit, Binary Digit; kann genau 2 verschiedene Werte annehmen: z.B. niedrige- & hohe Spannung (➭ Kondensatoren als Speicher), + & - (➭ Magnetspeicher) “geladen” & “entladen” oder “1” & “0”. Als Grundlage für die nächst größeren Informationseinheiten. Informationen werden im Computer als Bits gespeichert. Diesen logischen Werten entsprechend sind die elektronischen Schaltkreisen dann entweder “eingeschaltet” oder “ausgeschaltet”. Byte: kleinste adressierbare Speichereinheit, Basiseinheit in der EDV. Mit, 8 Bit also2 ⁸ Möglichkeiten sind 256 Zeichen codierbar, die von 0-255 durchnummeriert werden. Die Nummern sind die “Dezimalcodes”. Zur Überprüfung der Parität eines Speicherelementes (+ o. -) wird 8 Datenbits ein Prüfbit zugeordnet. Ein Byte wird in vielen Codes zur Darstellung eines Zeichens verwendet (Codierung von Alphazeichen (Text) in DBCDIC, ASCI.). 2 ¹⁰ Byte = 1024 Byte = 1 Kilobyte = 1 kb

Ein Code ist eine eindeutige Vorschrift zur Abbildung eines Zeichenvorrats. Die meisten Textzeichencodes verwenden 8 Bit zur Darstellung eines Zeichens.

Wichtig für die Wortbreite des PROZESSORS:

Einer- Komplement: = pos. Dezimalzahl ð ein Byte kann von 0 bis 255 darstellen.

Zweier-Komplement: alle Bits werden zur Darstellung negativer Zahlen invertiert (0->1, 1->0). ð Ein Byte reicht dann von -127 bis +127.

= -32786 bis ¹⁶ Als Integer bezeichnet man eine Zweier-Komplement - 16-Bit-Dualzahl (2 +32786).

Entsprechen ist ein Word eine Einer- Komplement 16-Bit-Dualzahl (positive Dezimalzahl, = 0-65535). Heute gebräuchlich 32-Bit lange Darstellung: Longinteger (+/ - 2,15 ¹⁶ 2

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Milliarden). Allgemein gilt auch: Ein Wort ist kleinster im Hauptspeicher adressierbare Bitstring, >= 1 Byte.

Baud: Maßeinheit für die Schrittgeschwindigkeit: Anzahl der pro Sekunde stattfindenden Signalwechsel bei der Datenübertragung (z.B. Modem). Dies kann z.B. einer von vielen Zuständen darstellen. Wird bei jedem stattfindendem Signalwechsel ein binäres Signal übertragen, so stimmt die Schrittgeschwindigkeit mit der Datenübertragungsrate überein,ð dann gilt 1 Baud = 1Bit/ s.

Taktzeit/ Taktfrequenz: Maß der Häufigkeit, mit der das Leitwerk (innere Uhr des Compis) Steuerimpulse (Takte) aussendet. Bei jedem Takt kann der Computer genau eine Umschaltung seiner Bausteine vornehmen. Maßgeblich: Physikalische Eigenschaften der Schaltelemente. Heute, PC-Welt: 600 MHz. Dies sagt jedoch nichts über die effektive Rechenleistung aus.

Wortzeit: Zeit, die der Rechner benötigt, um ein Wort (8, 16, 32, 64 Bit-Länge) verarbeiten zu können (z.B. Lesen bzw. Schreiben eines Speicherwortes). Um eine realistischere Leistungseinschätzung zu erhalten, eignet sich demnach die Wortzeit hierfür eher als die üblich angegebene Taktzeit. Operationszeit: Zeit, die zur Durchführung einer Operation (Operation = elementarer Arbeitsschritt oder Arbeitsvorgang in einer Rechenanlage), eines Befehles benötigt wird. wird gemessen in MOp/ s (mio. Oper./ sec)

Organisatorische Zusammenfassungen: Daten können durch Strukturierung schneller transportiert & verarbeitet werden: Datei: Zusammengefasste und -hängende Daten, betitelt. Die Obergrenze für die Größe einer Datei wird durch die verfügbaren Speichermedien gesetzt. Block: Zusammengesetzte Datensätze in speziellen Datenbereichen einer Datei (Menge aller Datensätze eines Objekts). Satz: Datengruppe mit logisch zusammenhängenden Einzeldaten.

Booten (Startroutine eines Rechners, bootstrap routine): Einschalten ➭Selbsttest ( Vergleich des Setup mit Diagnoseergebnis, bei Fehler Abbruch) ➭ BS-kern laden (letzter Schritt des ROM) ➭ Konfigurationsdateien ausführen ➭ Benutzeroberfläche aktivieren ➭ Programme starten (bei DOS in autoexec.bat) ➭ bereit für Eingabe.

Hardwaremäßige Zusammenstellung zzgl. logischen Zuordnung von Funktionen nennt man “Konfiguration”.

Zentraleinheit, CPU (Central Processing Unit), meint eigentlich den Prozessor (Steuerelement & Rechenelement) zzgl. des Arbeitsspeichers. Landläufig wird damit jedoch nur der Prozessor benannt.

Speicherungsarten, technisch

Dynamische Speicherung,

(auch kapazitive Sp.) temporärer Speicher, flüchtig, Daten gehen nach Ausschalten des Rechners verloren: z.B. Arbeitsspeicher. Bei herkömmlichen Speicherchips wird je Bit ein

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Kondensator in Verbindung mit einem Transistor geschaltet & entweder auf 1 oder auf 0 gestellt (ge-/ entladen). Damit die Bits nicht “umkippen” (der Kondensator sich nicht entlädt) muss die Spannung erneuert werden. Die Erneuerungsfrequenz beschreibt die Refresh-Rate. Diese Speicher müssen also ständig mit Energie versorgt werden. Wegen der Gefahr dass ein Bit “umkippt” (sich entlädt), werden zur Überprüfung der Parität des Speicherelementes (+/ -) 8 Datenbits ein Prüfbit zugeordnet.

Statische Speicherung

Kernspeicher werden heute nicht mehr verwand. Medium ist die magnetische Remanenz des Werkstoffes Ferrit, das bistabiles Verhalten aufweist: eine von 2 Möglichkeiten wird stets angenommen, also wie geschaffen für die duale Darstellung.

Flip-Flop oder Schaltspeicher: Heute verwendet. Zur statischen Speicherung werden Verstärker, z.B. Röhren (veraltet) oder Transistoren bistabil zusammengeschaltet. 4 bis 6 Transistoren je Bit, als Basis großer Schaltspeicher.

Magnetspeicher: 1er Bit als Wechsel der Magnetisierungsrichtung, das 0er Bit als Beibehalten, Verbreitet in der Massenspeicherung.

Optische Speicher: z.B. CD-ROM, mittlerweile z.T. auch wiederbeschreibbar, Binäre Information ist in Form von “pits” (Vertiefungen) & “Lands” (Ebenen) auf der Oberfläche dargestellt. Diese wird von einem Laser abgetastet, dessen Reflexion von einer Fotozelle registriert wird. Hohe Kapazität Zuverlässigkeit, enorm wachsende Verbreitung, auch Datensicherung.

Speicherungsformen, Organisation

sequentielle Speicherung (z.B. auf Magnetband, Kassette): Datenträger & Datenstrukturen können nur in festen vorgegebenen Reihenfolgen gelesen oder beschrieben werden ð lange Zugriffszeit.

direkter/ wahlfreier Zugriff, Random Access, jede Speicherzelle eines Speichers ist unabhängig von ihrer Position auf die gleiche Weise mit dem gleichen Zeitaufwand erreichbar.

Indexsequentieller Zugriff: Zwischenform der beiden erstgenannten: In Tabellen, ggf. in strukturierten Untertabellen, werden Adressen der relevanten Datensätze getrennt gespeichert; kann dann sequentiell gesucht werden oder durch best. Verfahren bei sortierten Tabellen angezielt werden. Diese Speicherungsform erfordert aber die Benutzung von Hilfsprogrammen zur Definition der Datenträgerabschnitte, zur Einspeicherung, Änderung & Löschung von Daten.

Speicher i.d. Rechner-Architektur:

Interne Speicher: Werden direkt von der Zentraleinheit angesteuert:

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Register: Im Prozessor werden für die eigentliche Verarbeitung von Daten & für schnellste Verfügbarkeit Register eingerichtet, Basis ist der Laufzeitspeicher (Verzögerungsglied, logische Schaltung) für 1 Bit.

Cache: Speichereinheit, heute meist im Prozessor, Pufferspeicher zwischen RAM & CPU, besonders schneller Arbeitsspeicher, zum schnelleren Datenzugriff. Bei mod. Prozessoren außerdem L2-Cache (> L1-Cache), zur weiteren Zwischenlagerung (z. Hauptspeicher) hin. Daten & Programme werden schon auf Verdacht bereitgestellt (➭Shadowing), Kapazität bis zu x-Hundert Kb.

Dynamic Random Access Memory, (DRAM bzw. RAM): Arbeitsspeicher o. Hauptspeicher, Dynamisch, wahlfreier Zugriff. Die Speicherzellen der Chips sind in Zeilen & Spalten gegliedert, die durch elektrische Signale direkt angesteuert werden können). Hier: Ablage aller für die gerade laufenden Programme relevanten Daten: Leitung der Befehle zur CPU & wieder Ablage der Ergebnisse. Speicher-Chips in Blockanordnung auf kl. Platinen, Zugriffszeit 60 Nanosekunden.

CMOS: batteriegepufferter RAM-Chip als Speicherort für Setup - Infos (Konfiguration, Uhrzeit)

ROM (Read only Memory, Bausteine, Dauerhafte Infos/ Routinen, die nur gelesen & nicht gelöscht werden können), Festwertspeicher: Daten gehen nach Ausschalten nicht verloren (permanent) wie z.B. das BIOS (Basic input output System).

Statische Speicherchips: viel schneller als Festplatte aber auch viel teuer, langsamer als dynamische Sp.

Externe Speicher:

Speicher, die nicht direkt von der Zentraleinheit adressiert werden (sondern über Schnittstellen & Treibern),ð Peripheriegeräte.

Lochkarten (gähn:-)

Festplatten: (HDD) Wichtigster Massenspeicher, Alu- oder Glas-Magnetplatten 1 oder mehrere (als Stapel). Schreib- bzw. Leseköpfe schweben (Rotationsgeschwindigkeit/ Luftkissenboot) starr mit einander verbunden auf den Plattenoberfläche, in hermetisch abgeschlossenem Gehäuse (damit kein Staubkorn zwischen Pl. u. Kopf kommt, Headcrash!). Plattenunterteilung in Zylindern. Arm schwenkbar & verschiebbar. Wahlfreier Zugriff, Zugriffszeit ca. 10 Millisec., schnellster Massenspeicher für Programme & Daten. Manche Betriebssysteme benutzen die Festplatte als “virtuellen Speicher”, auf dem Daten ausgelagert werden, wenn die Arbeitsspeicherkapazität nicht ausreicht. Kapazität heute ab(!) 6 bis 60 GB. Datenübertragungsrate >6 MB/sec. Verbindungsnormen/ Schnittstellen: IDE-, EIDE- oder SCSI-Festplatte (vgl. Rechnerleistung).

ZIP-Drive: auswechselbare, nicht fest installierte Festplatte, um große Datenmengen auf andere Rechner zu übertragen. Externes Gerät meist Parallel (Druckeranschluss, langsam), internes seriell. 100MB. Sy Quest ist ein ähnliches Verfahren.

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Floppy-Disk: gleiche Prinzip wie ZIP u. HD, Datenträger (Magnetscheibe), jedoch flexibel, ist auswechselbar, aber Speicherkapazität ist wesentlich geringer (1,44MB).

Magnetbänder-Streamer: Datenträger besteht aus dünnen magnetisierbaren

Kunststoffband. Speicherung & Zugriff sequentiell ggf. mehrere Minuten Zugriffszeit. Aufgrund der günstigen Preise von schnellen Plattenspeichern, Magnetbänder meist nur noch zur Datensicherung.

DAT-Streamer: Digitale Speicherbänder, heute im Profibereich da relativ schneller Zugriff (200fach Bandbeschleunig.) & 4-12 GB Kapazität. Spuren werden diagonal beschrieben.

Magnetkarten, als Speicher f. kl. Datenaustausch, z.B. an Geldautomaten, Pferderennen, Parkscheine.

CD-ROM: Digitale Speicherung von Daten, Bild & Ton, wesentlich im Multimediabereich, 1 Spiralspur auf Kunststoffscheibe vgl. optische Speicher, Kapazität 640/ 757MB; Übertragungsrate >1GB/ sec

DVD: Seit 1995 auch Video-CDs mit 2 x 4,7 GB Kapaz., Konkurrenz zur Videokassette.

Magnetoptische Laufwerke MOD: Magnetisierung bei Einwirkung von Hitze durch Laserstrahl ðgeringes Magnetfeld ð hohe Kapazität. Lesbar durch Drehung der Polarisationsrichtung von Laserlicht (Kerr-Effekt); bis 5 GB, Laufwerke teuer, daher kein aufkommen, (ó CD-Brenner)

Einflussgrößen der Rechnerleistung:

Bus: Datentransfer zwischen den Modulen, Adress-, Daten-, Steuerbus (Befehls-); Übermittlung durch elektr. Leitung, oder optische Verbindung (Glasfaser):

ISA (16-Bit, 5MB/ sec),

aufbauend EISA (32-Bit, 33MB/ sec),

PCI: (32-Bit, 132MB/ s o. 64-Bit, 264MB). BusóCPU entkoppelt - schneller, offener Standard (Intel).

Schnellerer Speicherzugriff durch den DMA-Kanal (Festplatte-Arbeitsspeicher).

Schnittstellen: IDE veraltet, kostengünstig; EIDE wurden wegen schneller CD-ROM eingeführt, langsamstes Gerät bestimmt die Datentransferrate; SCSI hohe Datenübertragungsrate für HDD, CD-ROM, -Brenner, Scanner, bis 20MB/ sec, Geräte werden Leistungs-individuell bedient, teuer.

Kapazität d. Cache-Speichers als Zwischenlager bestimmen die Leistung des Prozessors mit (teuer).

Co-Prozessor können bestimmte Rechenfunktionen übernehmen.

Die Festplatten - Zugriffszeit ist heute nur ein Bruchteil gegenüber der von vor Jahren.

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Auch die Kapazität des Arbeitsspeichers kann limitierend sein.

Weitere Boards mit CPU sind an Schnittstellen des Motherboards einsteckbar, z.B. zur Verwaltung der Massenspeicher.

ð Engpass feststellen!.

Softwaresysteme für PCs Betriebssysteme (Systemsoftware) als Mittler zw. Prozessor & Anwendungssoftw., diese vermittelt zwischen BS & Benutzer.

Betriebssystem:

Operating System. Heute in Schichtenarchitektur: Kern (Organisationsprogramm) ➭ Systemaufruf ➭ Benutzeroberfläche ➭ Hilfsprogramme & Anwendungen. Beispiele:

PC-Welt: PS/ 2, , Windows xx, LINUX, MS-DOS, MAC-OS.

IBM-Welt: OS/ 2, OS 400, PC-DOS,

Offene Systeme: UNIX, LINUX

Def.: Bindeglied zwischen Hardware & Anwendungsprogrammen, Systemsoftware. Zugeschnitten auf Rechnertyp, manche jedoch Portierbar (UNIX). Die Befehlsbreite eines BS soll auf die des Prozessors abgestimmt sein. Aufgaben immer umfangreicher: Starten & Beenden des Betriebs, Hardware Steuerung, Fehlerdiagnose,

Anwendungsprogrammkontrolle, Verwaltung & Bereitstellung von Konfigurationen, Nutzerprofilen, Zugriffsrechten, Bereitstellung von Dienstprogrammen (Sortier-, Editier-, Kompressions-, Transferprogramme, Treiber, kl. Anwendungen) Organisation & Verwaltung der Speichermedien, der Aus- und Eingabegeräte, der Dateien, des Arbeitsspeichers (Shadowing: Abbilden von Datenbereichen im Arbeitsspeicher nach erwartetem Bedarf, Swapping: Auslagerung von Dateiteilen in den Virtuellen Arbeitsspeicher (HD), Paging: Swapping in Blöcken), Spool-Betrieb: Bedienung von langsamer Peripherie parallel zur Anwendung (Drucken im Hintergrund).

Betriebsarten:

Einprogrammbetrieb (DOS, die gerade genutzte Anwendung hat die volle Kontrolle, bei Berechnungen ist nichts weiter möglich). Multitasking: mehrere Programme laufen nebeneinander, gleichzeitig im RAM. BS achtet darauf, dass v.d. Anwendungen nicht “fremde” Daten im RAM geändert werden. Kooperatives Multitasking: BS hat nur bedingte Kontrolle über die Anwendungen, BS ist darauf angewiesen, dass Anwendungen Kapazitäten freigeben (Windows) Echtes Multitasking: Zeitscheiben (Zeitsequenzen, Millisekunden) werden nach gleichmäßig o. nach Priorität vergeben (die meisten modernen BS). Multithreading: Ein Programm kann gleichzeitig in verschiedenen Funktionen arbeiten (suchen, rechnen, Text aufnehmen)

Multi-User-Betrieb: Mehrere Anwender werden bedient. Timesharing: Kapazitäten der Anwender in Zeitscheiben teilen evtl. mit Prioritätensetzung, je nach Konfig. (vgl.

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Batchverarbeitung). Virtual Machine (VM): BS simuliert dem Anwender den Single-User-Betrieb (Zugeteilte Massenspeicherkapazität, individuelle Konfiguration etc).

Stapelverarbeitung: (Batch-)Der Anwender übergibt dem Rechner einen Job, kann in der Abarbeitungszeit andere Aufgaben erledigen. Im interaktiven Betrieb reagiert der Rechner auf jede Anforderung des Anwenders, Stapeljobs werden zurückgestellt. Kombination gewährleistet gute Auslastung & Antwortzeiten, sofern keine Überlastung.

Netzarchitekturen

zentrale Peripherie & Verarbeitung ist die klassische Organisationsform, ein Rechner steht zentral zur Verfügung der gleichzeitig die Organisationsstruktur des Unternehmens & der Projekte & Aufgaben stützt. Dadurch kommt es neben der besseren Auslastung der Rechnerkapazität & zu einem homogenen (jedoch schlechten) Service, unternehmensintern (völlig out!).

Dezentrale Peripherie -Zentrale Verarbeitung war lange Stand der Technik, zentral steht der Hostrechner, der wiederum in einem Rechnerverbund zu maximaler Verarbeitungskapazität kommt (z.B. Hochschulnetz). Wurde wegen preisgünstiger Kleinrechner verdrängt.

Dezentrale Peripherie & Verarbeitung bietet den Vorteil des individuellen Anwendens, hat aber den Nachteil von den freistehenden Überkapazitäten & fehlender

Integrationsmöglichkeit der Abteilungen & Anwendungen. Wegen preisgünstiger PCs beliebt geworden Vernetzte PCs stellen eine neue Systemarchitektur für besonders verzweigte Organisationen (BS heute: UNIX, Windows NT). Es ist einen spezifischen Eignung für den jeweiligen Einsatz möglich, dennoch steht eine gemeinsame Datenbank zur Verfügung. Problematisch ist die Gefahr der Inkompatibilität der Datenbestände, vor allem dann, wenn an verschiedenen Stellen gleichzeitig an einem Projekt gearbeitet wird. Client-Server-Architektur: Ein Gerät bedient die anderen mit Datensicherungs- Such- & Kapazitätsverteilungsaufgaben (Server, spezielle PCs, RISC-Maschinen mit hoher Leistung & Betriebsicherheit [z.B. Plattenspiegelung]), werden die o.g. Nachteile versucht zu vermeiden.

Lokale Netze (LAN)

Gemeinsame Nutzung von Info, Daten, Peripheriegeräten (auch Modem), Nachrichten- & Dokumentenaustausch, nur einer kann das Netz nutzen. Rechnertypen: Mainframe (>300 Terminals, RZ-Betrieb), Minicomputer (<300 Terminals, teilweise RZ-Betrieb), Workstations, PC. Alle Typen sind Multiuser- & -taskingfähig.

Anordnungsmöglichkeiten: Stern-, Baum-, Bus-, Ring-Topologie: Übertragungsverfahren ist z.B. “Token-Ring” von IBM: Ähnlich dem Kreisverkehr, wer die Nachricht überträgt hat das “Token” (= Pfand) . Nach Empfang wird ein Kontrollbit geändert, die Nachricht durchläuft den Kreis, der ursprüngliche Sender erhält diese Nachricht als Kontrolle zurück & gibt das Token frei.

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Überlokale Netze (WAN) Verbindungsarten: Temporär/ Festgeschaltet/ Wählbar.

Datenbanken

sind Systeme zur Beschreibung, Speicherung & Wiedergewinnung von umfangreichen Datenmengen, die von mehreren Anwendungsprogrammen benutzt werden. Ziel ist Datensicherung, schnelle Verfügbarkeit, Ressourcensparen. Dazu werden die Daten archiviert & manipuliert. Es besteht aus: Datenbasis (besteht aus ➭ Dateien ➭ Datensätzen ➭ Datenfeldern) & den Datenpflege- & Verwaltungsprogrammen (Datenbanksoftware, Datenbankmanagement - System), welche die Daten entsprechend den vorgegebenen Beschreibungen abspeichern, auffinden oder weitere Operationen mit den Daten durchführen.

Merkmale: Gemeinsame, redundanzfreie Haltung aller relevanten Daten, bei Verfügbarkeit für alle Zwecke, Sicherheit automatisch auch bei Transaktionen, leichte Pflegbarkeit, Erweiterbarkeit, normierter Anschluss von Anwenderprogrammen. Die Daten werden nach verschiedenen Modellen strukturiert & verknüpft: Hierarchische Modelle (Baumstruktur, schnelle Datenfindung), Netzwerkmodell (erlaubt komplizierte Verbindungen, soll Doppelspeicherungen verhindern), Entity Relationschip Modell (Anordnung in Tabellen = Relationen), Objektorientierte Modelle. Beispiele für Datenbanken: ADABAS, DB2, D-BASE, INGRES, ORACLE, RDB, ACCESS.

Programmiersprachen:

Sprache zur Formulierung von Rechenvorschriften, d.h. Datenstrukturen u. Algorithmen die von einem Compi ausgeführt werden können. Sie lassen sich nach Grad der Formalisierung (Stufen) & in Generationen einteilen. Je höher die Sprache ist, desto größer die Entfernung vom Maschinencode, damit aber auch mehr Unabhängigkeit vom Prozessortyp. Ziel ist der menschlichen Kommunikation nahe zu kommen. Wichtigste Schnittstelle zur Benutzung von Compis. Syntax (Schreibregeln) & Semantik (Wortbedeutung) werden eindeutig definiert.

Maschinensprache: Binäre Anweisung (1. Generation). Assemblersprachen, Low Level Language (LLL): Memotechnische Abk., Prozessor orientiert (2. Gen.).

Höhere Programmiersprachen: Problemorientierte P. (HLL, 3. Gen.): Übergang: Fortran (Ursprung, 1954) heute Fortran 90 (Wissenschaft), Pascal (Lehrzweck), C (gut portierbar), Basic (einfach, Visual- heute mit Pascal-Struktur), Cobol (“geschwätzig”, kaufm., gut portierbar, beliebt). Abfragesprachen (Funktionale-, Logische-, KI-Sprachen): (4. Gen.) Lisp ➭ Prolog (wichtig in KI, Expertensysteme). ➭ Objektorientierte P. (5. Gen., ab 1990, arbeitet grafisch, mit Maus): C++ (objektorientiertes C, im Siegeszug), Smalltalk, Turbo-Pascal (von Pascal (didaktisch entwickelt), stark im PC-Bereich).

Programmieren:

heißt: Befehle/ Quellcode (= Source-Code) erstellen (Befehle niederschreiben/ Generieren). Der Quellcode von höheren Programmiersprachen ist von der CPU nicht lesbar

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ð Compiler übersetzt diesen (beim Test großer Progr. statt dessen durch Interpreter direkt analysiert & ausgeführt, da kompilieren aufwendig. [Interpreter heute fast nur noch zur Makroausführung z.B. bei Word o. Excel]) ➭ Objektprogramm im Maschinencode (= Objekt-Code). Der Code ist gegliedert in Kettung von Hauptprogrammen, Aufteilung in möglichst vielen Unterprogrammen (fördert die Wiederverwendbarkeit der UPs) mit Hierarchie, vorwärtsgerichtete Sequenz, Trennung von Oberflächen- & Berechnungsteilen, innere Dokumentation. Datenbanken/ Bibs enthalten häufig genutzte Funktionen Prozeduren, Unterprogramme ¹ (UPs stehen an beliebiger Stelle im Speicher & werden durch “Links” aus der Bibliothek an der angegebenen Adresse angesprochen, & dem System beigestellt (u.a. Ursache für das datenmäßige Wachstum der Software in der zeitlichen Entwicklung). Linker führen Bibs & das Objektprogramm zusammen. Parser überprüfen die Syntax.

Ablauf: Verbale Definition des Problems ðProblemstrukturierung & -analyse ð Wahl des

Programmierwerkzeuges (P. Lauf unabhängig von Werkzeug? [Verkaufsfähig?],

Programmiersprachenkenntnisse?, vorhandener Funktionsbestand (Datenbank, Statistik)) ð Entwicklung & Dokumentation der Algorithmen ð Programm erstellen ð testen ð Dokumentieren (innere D., Installation, Fachd., Benutzerd., Schulungsunterlagen) - fettisch!

Wissensbasierte Systeme

= Experten-Systeme verfügen über Wissensbasis, W.verarbeitung & Benutzeroberfläche. Erste Abweichung von dem v.-Neumann-Maschinen-Prinzip. Bisher streng sequenzieller (fortlaufend, nacheinander zu verarbeiten) Ablauf, Aufgabenbearbeitung nach einem Algorithmus, mit festgelegten Handlungsanweisungen. W.b. Systeme schaffen sich einen Vorrat an Wissen, was der Rechner sich selbst strukturiert & organisiert, womit er sich orientiert. Der Rechner fragt sich von der Zielsetzung aus zurück zu den Quelldaten der Aufgabenstellung (Rückwärtsverkettung durch Inferenzmaschine). Komponenten des Shells: Wissenserwerbskomponenten, Wissensbasis, Schnittstellen (Anschlüsse,

Programme), Erklärungskomponente Inferenzmaschine, Runtime-Version: Oberfläche ð Inferenz ð Schnittstellen ð Wissensbasis. Anwendungsgebiete: Diagnose (Maschinen, Umwelttechnik, Medizin), Beratung (Kredite, Versicherung, Werkstoffe), Konfiguration (Anlagen, Fahrzeuge), Planung & Entscheidungsvorbereitung (Auftrags-, Ablauf-, Engpassplanung, Einkauf, Überwachung), Recherche (Literatur), Konstruktion (Statik)

Modelle für Planung & Berechnung

Planen: gedankliches Vorweghandeln & Dokumentieren ➭ Entscheidungen treffen ➭ Handeln. Die Planung geschieht am (vereinfachten) Modell, da man nicht alle Einflussparameter berücksichtigen braucht & kann. Das Modell muss die betrachtete Wirklichkeit in den relevanten Eigenschaften abbilden & ingenieurstechnische, planerische Bearbeitung & Berechnung ermöglichen.

¹ Begriff Unterprogramme ist veraltet, heute spricht man eher von Funktionen und Prozeduren

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Keiner der in Wechselwirkung stehenden Zielgrößen Wirtschaftlichkeit, Sicherheit & Akzeptanz darf vernachlässigt werden & das Verhältnis muss entsprechend des Anspruchs optimiert werden. Der Verantwortung im Umgang mit dem Modell ist dabei immer den Bezug zur Realität zu halten (Gefahr der “terrible Simplifikation”). Aufgabenstellung, Ablauf: reale Situation ➭ modellhaft Betrachtung ➭ mathematisch Funktion ➭ numerische Form ➭ numerische Lösung ➭ mathematische Lösung ➭ Integration der Lösung in der Realität. Beispiele: Balkenstatik ó Differenzialgleichung der linearen Elastizität, Gelände ó Kartografie des Geländes.

Numerische Modelle

Genauigkeit & Ergebnisstabilität: Resultat muss wirtschaftlich (Rechenaufwand), genau (Stellenverluste) & mathematisch richtig sein. In Wissenschaftlichen & technischen Anwendungen ist eine hohe Genauigkeit gefordert, die durch das prozessorinterne Gleitkommaformat gewährleistet wird (vgl. S. 2).

Zufallszahlen sind “Pseudo-Z.”, da deterministisch generiert. Angewendet zur Steuerung & Simulation von nicht-beeinflussbaren Prozessen. (Wetter, Verkehr, Kunstwörter)

DV am BAU

Aufgabengebiete: Kommerzielle DV (Lohnabrechnung), kaufmännische DV (AVA), organisatorische DV (Arbeitsvorbereitung, Projektsteuerung), technische DV (Statik, Bauphysik, CAD). Maßgeblich für die Eindringtiefe & die zielgerichtete Nutzung der EDV ist bis heute das psychologische Führungsverhalten & die Organisationsstruktur eines Unternehmens. Ziel ist ein komplexes Controlling-System, das die verschiedenen Bereiche umschließt.

Programmsystem AVA

² Erfassung des LVs, Standard-Leistungsbuchtexte & freie Texte (für die

Leistungsausschreibung). Arbeiten mit Stammpositionen & -daten mit Kurz- & Langtexten, werden in Datensätzen gehalten & in beliebiger Zusammenstellung erstellt & verändert (erster EDV-Bereich im Bauwesen). Diese Datensätze werden mit Preisansätzen aus Preisdateien (Angaben über Löhne, Materialien, Geräten, AGK) für die

Positionskalkulation & Ausschreibung verknüpft (Kalkulationsverfahren: vorbestimmte

2 Standard-Leistungsbuch (STLB) enthält standardisierte Texte zur einheitlichen, eindeutigen & erschöpfenden Beschreibung von Leistungen für eine Ausschreibung. Bedingung der VOB/A, damit alle Bewerber die Beschreibung identisch erfassen, Aufwandsersparnis. Es ist in Gruppen gegliedert, z.B. Hochbau, Tiefbau, Elektroanlagen, diese Gruppe in Leistungsbereiche. Ziel des

Gemeinschaftsausschusses Elektronik im Bauwesen (GAEB) war 1965 bei der Entwicklung des Standard-Leistungsbuches, neben dem Finden einheitlicher Begriffsbestimmungen für Ausschreibung, Angebot den Vergleich und die Abrechnung mit Hilfe der elektronischen Datenverarbeitung zu ermöglichen. Die Texte deshalb auch mit Schlüsselnummern versehen.

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Zuschläge, Endsumme). Durchführung von Preisanalysen mit Tabellen & Grafiken zur Kalkulationsoptimierung (Kostenschwerpunkte, Preisspiegel etc.). Erstellung von Angebotsschreiben etc. (Textverarbeitung), Adress-, Maschinen-, Materialverwaltung etc. (Datenbanken), Terminpläne, Gerätedisposition, Aufmasserfassung, Rechnung, Nachkalkulation.

Programme sind heute in einfach zu handhabender Windows-Oberfläche, sowohl in LAN als auch in WAN nutzbar.

CAD (Computerunterstütztes Konstruieren).

Zeichnung ist Übertragungsmedium im BAU. 2-D: Aufbauend auf Punkt, Strichen & Kreisen

Komfort durch Objektgruppen ð “Linienverwalten”: für den BAU nicht ausreichend. Hier nur die datenmäßige 3-D Abbildung geeignet: Außer der umfangreichen Funktionspalette zur Konstruktion (u.a. Aufteilung der Objekte in Layer = Schichten), kann der Anwender auf eine umfangreiche Datenbank von vordefinierten Objekten zurückgreifen. Grundoperationen: Koordinaten & Maßstäbe (entsprechend des Anwendungsgebietes), Bemaßung & Beschriftung (genau & normgerecht), Berechnungen (v.a. bei komplizierten Konstruktionen), Attributsteuerung (z.B. für Materialeigenschaften), Programmierung

(Applikationsentwicklung) Aufgaben im Bau: Generierung von Schnitten, Ansichten, Perspektiven, Massenberechnungen für Ausschreibungen etc., Verwendung der Gebäudegeometrie für technische Berechnungen (Wärmeschutz, Statik), Kostenplanung & Präsentation (realistische Objektoberflächengestaltung & Belichtungseffekte möglich). Programme sind teuer Hardware umfangreich. Vorraussetzung: Leistungsstarke 32-Bit & 64-Bit Systeme, große Massenspeicher, Grafik-Bildschirm (> 20”) Alpha-Bildschirm, Tastatur, Maus, Tablett mit “Lupe”/ Stift, Drucker/Plotter (z.B. Laserplotter), CD-Brenner, CD-ROM, meist in Arbeitsgruppen vernetzte Workstations/ PCs, heute auch auf Arbeitsplatzrechnern. Vor Einführung ist notwendig eingearbeitete Leute zu haben oder Schulungen durchzuführen.

Controlling, durchgängige Bearbeitung in der Kostenplanung, Konstruktion, über die Zuordnung der Vergabeeinheiten in der Ablaufplanung bis hin zur Abrechnung. Verknüpfungen zu CAD Programmen sind mittlerweile auch möglich. Programme für die Ablaufplanung & Zeitvorgaben (Projektsteuerung auf Basis von Balkenplänen u. Netzpläne) sind wesentlich (z.B. MS-Projekt).

Integration:

Ziel ist die Redundanzfreie Datennutzung & -weitergabe der verschiedenen Abteilungen: BWL mit Finanz- & Rechnungswesen, sowie technische und organisatorische Planung, Info, Zeit-, Wertverlustvermeidung, schnelle Disposition, Flexibilität, Fehler-, Redundanz- & Inkonsistenzvermeidung, mehr Sicherheit, Qualität, Ressourcen- & Infoausnutzung. Betroffen sind im Bauwesen Der Betriebswirtschaftliche, der technische und der organisatorische Bereich. Hierzu muss EDV-mäßig ein Datentransfer zwischen den Beteiligten hergestellt werden. In den Bereichen selbst ist mittlerweile eine integrative Datenhaltung & -bearbeitung gewährleistet (Angebote und Leistungsverzeichnisse werden

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mittlerweile oft verpflichtend auch in Diskettenform weitergereicht), langsamer entwickeln sich Möglichkeiten der Datennutzung zwischen den genannten Gruppen. Bsp.: Konstruktion

ð Kalkulation ð Bauablaufplanung. Grenzen sind durch gegebene Inkompatibilität der Datenformate gegeben. Problematisch ist der überproportionale Einfluss kleiner ursächlicher Störelemente; der asymptotische Nutzenverlauf ist aufgrund unberechenbarer und nicht vorhersagbarer Chaoseinflüsse ab einem gewissen Niveau gestoppt. Weiterentwicklungen, die Probleme bewältigen (technischer und organisatorischer Art) erfordern viele “Trials & Errors”. “Windows 95” und “-NT” haben sich in der Branche zum technischen Standard entwickelt, was eine Integration erleichternd entgegensteuert.

Einführung von Branchensoftware

Aufgabenumfang & Verantwortlichkeit klären & fixieren ➭ organisatorischen Ablauf festlegen ð Analyse der Bedürfnisse an Hard- & Software, Modellbildung (Feststellung von Ist-Zustand, (potentielle) Schwierigkeiten, Zeit- & Ablaufplan, Abnahmebedingungen) ð Beschaffung von Hardware, Systemsoftware, notwendiger Anwendungsprogramme ð Installation, Bereitstellung der Funktionen & Konfiguration ➭ Standardtests ð Einweisungsphase mit Betreuung, Schulung ð Testphase, Modifikation, Erweiterung, Anpassung ð Gesamtsystemtest ➭ Schulung aller Funktionen “on the Job” ð schrittweise Normalbetriebeinführung ðTuning & Einstellung ð Abnahme ð Konsolidierung.

Nach wie vor besteht häufig das Leistungsvermögen & die Nutzungsintention einer DV-Anlage im krassen Gegensatz zu der tatsächlichen Nutzung. Eine Erhöhung des allgemeinen Kenntnisstandes beim DV-Anwender & denen die es werden sollen, sollte dem entgegenwirken.

Im Handwerk müssen vor allem universell zugeschnittene Programme eingesetzt werden, die preiswert sind & von daher auch einfach aufgebaut sind (ausgefeilte Optik versus praktische Handhabung). Funktionen: Auftragsbearbeitung, Stammdatenverwaltung (Datenbank), Dienstfunktionen (Statistiken, Jahresabschlüsse, Datensicherung),

Schnittstellen zu anderen Systemen (GAEB, DATANORM, OPUS), Buchführung, Lohnbuchhaltung, Baustellenverwaltung etc.

Probleme in der Disposition

Betriebsstruktur ist gewachsen, nicht bewusst organisiert. Damit: Chef unersetzbar & überfordert, keinen Stellvertreter, Mitarbeiter überfordert, im Konflikt ➭ Zuverlässigkeit & Qualifikation sinkt, wenig Umsicht, hart umkämpfter Markt (Termin-, Rationalisierungsdruck), Technologiefortschritt, Integration & Logistik komplexer, geringe Rendite. Abhilfe durch Erkenntnis der Misssituation, Problemanalyse, Lösungsentwicklung, Integrative Ansätze mit klarer Struktur (Verantwortung), kurzen Wegen, flacher Hierarchie.

Schule

PCs

Volger: EDV im Bauwesen, Klausurvorbereitung, Stand: 2/2000 14

Ziel: Grundkenntnisse vermitteln (Prinzip der EDV, Bedienung, Auswirkungen), Berührungsängste abbauen, Wesentliches & Unwesentliches trennen. Didaktik: Wirklichkeitsbezug herstellen, anknüpfend and den alltäglichen Compikontakt (PC, CNC-Maschinen, Homebanking, e-Mail, Presseschlagzeilen). Dabei Generelles durch den Bezug auf das hintergründige Funktionieren im Rechner hervorheben. Dadurch Vermittlung vor allem allgemeiner DV-Kenntnisse von dauerhaftem Wert.

Desillusionierung durch Wissensvermittlung & -einordnung (Relativierung). Herausstellung der Priorität von technischem Verständnis vs. blenderischen Effekten & technischen Daten (Spiele, schneller-besser-schöner). Im Berufsbildern ist die DV fester Bestandteil geworden, ein PC müssen viele einsetzen können (CNC-Maschinen, CAD-Anwendungen, Branchensoftware). Neueinstellungen werden häufig davon abhängig gemacht, ob die neue Kraft das Unternehmen mit neuen aktuellen Kenntnissen voran bringen kann. Auf der anderen Seite müssen Anwender eine kritische Distanz zu dem neuen Instrument entwickeln & Ergebnisse aus dem Rechner manuell überprüfen können. Wenn der Rechner fehlende Fachkenntnisse kompensiert, ist eine derartige Kontrolle (& auch Weiterentwicklung) nicht möglich.

CNC-Bearbeitung:

Verlagerung der Fachqualität in den Vorbereitungsbereich. Curricula: Beleuchtung von technische Unterschiede & Gemeinsamkeiten mit allg. EDV, Bedienung, Fehlerbehebung, Schwierigkeiten, Chancen. Umgang mit Plänen, Dokumentenerzeugung, Grundlagen der Automation, Information, Kommunikation ➭ Schlüsselqualifikationen & Handlungskompetenz fördern, Wichtigkeit der beruflichen Orientierung ins Bewusstsein holen. Praktische Projekte, Planspiele (am besten mit Fehler) wenn möglich.

Literaturtip:

Precht, Meier, Kleinlein: EDV Grundwissen. Bonn, Addison-Wesley-Longman, 1997; Neuauflage(n) gibt’s auch: 1999,...(?)

Nachfolgend: Fuschzettelvorlage. ;-)

Installation, Bereitstellung der

notw. Geräte, Fkt. & Konfig. ➭

ð Standardtests

Einweisungsphase (Betreuung,

ð Schulung) Test-phase,

Modifikation, Anpassung,

Erweiterung, ð Gesamtsys.test