Grundlagen der Informatik und Algorithmen

Was ist ein Computer?

Ein Computer ist eine Maschine, die in der Lage ist, eine Folge von Operationen mithilfe eines Programms durchzuführen, sodass die Verarbeitung auf einer Menge von Eingabedaten erfolgt.

Hauptkomponenten der Hardware

• Central Processing Unit (CPU)
• Speicher
• Eingabe- und Ausgabegeräte

Central Processing Unit (CPU)

Die CPU ist das „Denken“ oder der „intelligente“ Teil des Computers. Sie ist für die Ausführung von Daten und Befehlen verantwortlich, führt arithmetische und logische Operationen durch und steuert den Betrieb verschiedener Geräte.

Speicher (Memory)

Der Speicher ist für die Speicherung von Daten und Programmen verantwortlich, sei es für kurze Zeit (einmalig) oder lange Zeit (Jahre).

Speichereinheiten

Bit (Binary Digit)

0 oder 1.

Byte (Zeichen)

8 Bit.

Kilobyte (KB)

1024 Byte.

Megabyte (MB)

1024 KB.

Gigabyte (GB)

1024 MB.

Terabyte (TB)

1024 GB.

Hauptspeicher

Der Hauptspeicher ist die schnellste Speichereinheit eines Computers. Damit ein Computer arbeiten kann, müssen alle notwendigen Daten und Programme im Hauptspeicher gespeichert ('geladen') werden.

Arten des Hauptspeichers

• ROM (Read Only Memory)
• RAM (Random Access Memory)

ROM (Read Only Memory)

ROM ist ein Nur-Lese-Speicher. Er enthält in der Regel Programme zum Testen und zur Initialisierung der Maschine, wenn sie eingeschaltet wird.

RAM (Random Access Memory)

RAM erlaubt das Lesen und Schreiben von Informationen. Beim Starten des Computers ist er leer, und dann werden Programme und Daten geladen.

Dateien einer Boot-Diskette

• IO.SYS
• MSDOS.SYS
• COMMAND.COM
• AUTOEXEC.BAT
• CONFIG.SYS
• DRVSPACE.BIN

Software

Software ist der immaterielle Teil eines Computers.

Klassifikation der Software

Systemsoftware (oder das Betriebssystem) und Anwendungssoftware (inklusive Hilfsprogramme).

Betriebssystem (Systemsoftware)

Das Betriebssystem ist der Satz von Programmen, der die Interaktion (Kommunikation) zwischen dem Benutzer und der Hardware ermöglicht. Darüber hinaus verwaltet es die Hardware-Nutzung, um eine gute Performance zu erzielen.

PC-Betriebssysteme

• MS-DOS
• OS/2
• Windows 95, 98, Windows NT
• UNIX

Anwendungssoftware

Anwendungssoftware gilt für alle Programme, die eine bestimmte Funktion erfüllen, um eine spezielle Notwendigkeit des Benutzers zu lösen, ohne die Aufgaben des Betriebssystems zu beeinträchtigen.

Windows Betriebsumgebung

Windows ist eine grafische Benutzeroberfläche, die mit vielen speziell dafür entwickelten Anwendungen arbeitet. Die wichtigsten Merkmale ermöglichen es dem Benutzer, einfach und unterhaltsam zu arbeiten. In der Windows-Umgebung wird der Bildschirm als Desktop bezeichnet, und Funktionen erscheinen in Bereichen, die als Fenster (*Windows*) bekannt sind.

Windows Explorer

Um Dateien mit einer hierarchischen Struktur zu durchsuchen, wird der Windows Explorer verwendet. Anstatt Laufwerke und Ordner in verschiedenen Fenstern zu öffnen, können Sie die Navigation in einem einzigen Fenster erleben.

Algorithmen

Ein Algorithmus ist eine organisierte Reihe von Schritten, die den Prozess beschreiben, der durchgeführt werden muss, um ein spezifisches Problem zu lösen.

Arten von Algorithmen

• Qualitative Algorithmen: Beschreiben die Schritte mithilfe von Worten.
• Quantitative Algorithmen: Verwenden numerische Berechnungen, um die Prozessschritte zu definieren.

Algorithmische Sprachen

Eine algorithmische Sprache ist eine Reihe von Symbolen und Regeln, die Prozesse explizit beschreiben.

Arten algorithmischer Sprachen

• Grafisch: Die grafische Darstellung der Operationen zur Durchführung eines Algorithmus (Flussdiagramm).
• Nicht-Grafisch: Beschreibt deskriptiv die Operationen, die durch einen Algorithmus ausgeführt werden (Pseudocode).

Methodik zur Problemlösung mit dem Computer

1. Problemdefinition
2. Problemanalyse
3. Algorithmus-Design
4. Programmierung
5. Testing und Debugging
6. Dokumentation

Operatoren

Operatoren sind Elemente, die Werte von einer oder mehreren Variablen und/oder Konstanten miteinander in Beziehung setzen. Das heißt, Operatoren ermöglichen es uns, Werte zu manipulieren.

Arithmetische Operatoren

Arithmetische Operatoren ermöglichen die Ausführung mathematischer Operationen auf Werten (Variablen und Konstanten).

+

Addition

-

Subtraktion

*

Multiplikation

/

Division

MOD

Modulo (Rest der ganzzahligen Division)

DIV

Ganzzahlige Division

Relationale Operatoren

Relationale Operatoren werden verwendet, um eine Beziehung zwischen zwei Werten herzustellen. Sie vergleichen diese Werte miteinander und liefern als Ergebnis einen Wahrheitswert (wahr oder falsch).

>

Größer als

<

Kleiner als

>=

Größer als oder gleich

<=

Kleiner als oder gleich

=

Gleich

<>

Ungleich (Verschieden)