FACHKUNDE

MECHATRONIK

GRUNDLAGEN DER DATENVERARBEITUNG

Stephan Malaun

Herbst 2016

Themenüberblick

EDV-Grundlagen

Betriebssysteme

Gefahrenquellen in der EDV

Programmierung für Einsteiger

Themenüberblick

EDV-Grundlagen

Betriebssysteme

Gefahrenquellen in der EDV

Programmierung für Einsteiger

EDV-Grundlagen

Eingabe

• Tastatur

• Maus

• Scanner

• …..

Verarbeitung

• CPU des PCs

• interne Speicher

• Ein-und Ausgabe-steuerung

Ausgabe

• Monitor

• Drucker

• …..

Verarbeitung von Daten nach dem EVA-Prinzip:

Im Allgemeinen bedeutet Datenverarbeitung, systematisch Informationen

für den Anwender zu gewinnen. Im Mittelpunkt stehen die Beschaffung,

Verarbeitung, Übertragung, Speicherung und/oder Bereitstellung von

speziellen Daten. Durch das „EVA-Prinzip“ lässt sich gut erklären, welcher

Prozess dahinter steht, wie Ergebnisse erzielt und ausgegeben werden.

Erfolgt die Datenverarbeitung mittels digitaler Technologien, spricht

man von Elektronischer Datenverarbeitung (EDV).

1x1 der Datenverarbeitung Begriff Erklärung

Zeichen sind die kleinsten Informationseinheiten am Computer, dargestellt als Bit oder

Byte. 8 Bits = 1 Byte, 1000 Bytes = 1 KB (Kilobyte), 1000 KB = 1 MB (Megabyte),

1000 MB = 1 GB (Gigabyte).

Zeichenvorrat bzw.

Codierung von

Zeichen

Entspricht der Menge aller vereinbarten und oder verfügbaren Zeichen zur

Darstellung von Informationen, d.h. digitale Codes. Im ASCII-Code konnten

damit beispielweise 27 = 128 Zeichen codiert werden (alphanumerische und

numerische Zeichen).

Daten Daten sind der Sammelbegriff für Zeichen oder stetige Funktionen, die als

Informationen zum Zwecke der Verarbeitung nach bestimmten Regeln oder

Übereinkünfte Verwendung finden. Digitale Daten bestehen aus den Zeichen

„1“ oder „0“ (Dualsystem). Analoge Daten wiederum werden durch

physikalische Einheiten repräsentiert und stufenlos verändert, z.B. bei Spannung

in Volt.

Nachrichten Dienen der Weitergabe von Informationen und basieren auf codierten Zeichen

oder kontinuierliche Funktionen. Als Syntax werden Regeln bezeichnet. Zeichen

werden zu Wörtern, Wörter zu Sätzen und als Sprache quasi zusammengesetzt.

Die Semantik ist insbesondere in der Programmierung interessant, insofern

welche Bedeutung die Sprache haben soll. („Programmiersprachen“)

Informationen Die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger ist dadurch

gekennzeichnet, dass Informationen in bestimmter Weise inhaltlich gleich

interpretiert werden. Das wird vor allem durch die Syntax und die Semantik

sichergestellt.

Zentrale EDV-Komponenten

Die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine erfolgt an den

verschiedenen EDV-Schnittstellen. Dabei spielen die EDV-

Komponenten Hard- und Software eine zentrale Rolle.

Hardware umfasst sämtliche technische Geräte zur Daten- und

Informationsverarbeitung. Zur Software gehören Programme für die Ein-

und Ausgabe von Informationen für den Anwender. Diese

ermöglichen die Steuerung von Verarbeitungs-, Übertragungs- und

Speicherprozesse am Computer.

Software kann wiederum in System- und Anwendersoftware unterteilt

werden. Die Anwendersoftware kann ohne Systemsoftware nicht

funktionieren. Erst durch das Betriebssystem kann der Datentransfer in

die PC-Peripherie routinemäßig organisiert, gesteuert und kontrolliert

werden. Eigene Treiber- oder Hilfsprogramme wie z.B. für den Drucker

oder andere Hilfsprogramme ergänzen fehlende Funktionen.

Anwendersoftware

Es gibt verschiedene Formen von Anwendungsprogrammen:

Branchensoftware

• Rechtsanwälte

• Ärzte

• Bauwirtschaft

• Banken

• Etc.

Funktionssoftware

• Personalverrechnung

• Produktionsplanung

• Projekt Management

• Lagerverwaltung

• Etc.

Spezialsoftware

• Statistik

• Vermessung

• Grafik

• Tabellenkalkulation

• Textverarbeitung

• Etc.

Die EDV-Nutzung erfolgt unterschiedlich automatisiert. Die

entsprechenden Automatisierungsgrade sind:

• Vollautomation: zur Prozesssteuerung in technischen Branchen

• Teilautomation: Systeme liefern Zwischenergebnisse zur betrieblichen

Entscheidungsfindung

• Aktionsorientierter Datenverarbeitung: Systeme können dem Nutzer

bei der Administration, Disposition, Planung und Kontrolle im

operativen Tagesgeschäft unterstützen

Themenüberblick

EDV-Grundlagen

Betriebssysteme

Gefahrenquellen in der EDV

Programmierung für Einsteiger

Ein Betriebssystem ist ein sehr wichtiges Programm eines jeden Rechners

zur Verwaltung seiner Betriebsmittel und zur Datenkommunikation mit

der Peripherie. Darüber hinaus ist es das zentrale Verbindungsglied

zwischen Anwender und Applikationen.

Betriebssysteme

Beispiele:

WIN XP Mac OS Classic UNIX

WIN VISTA Mac OS X LINUX

Win 7, Win 8

Verwaltung der Prozesse

Unterstützung der

Benutzer bei der

Steuerung der

Hardware-

komponenten

Starten und

Beenden von

Programmen,

Bildschirmanzeige

Bereitstellung von Dienstprogrammen (Datensicherung,

etc.)

Speicher-management

Organisation und

Verwaltung des

(Arbeits-)speichers

Verwaltung der Prozessorressourcen

Geräte-management

Verwaltung der

angeschlossenen

Geräte

Aufgaben eines Betriebssystems

Die „Shell“- Benutzer-

Betriebssystem-Schnittstelle

SHELL

kommando-orientiert, Zeilenorientierte Eingabe durch den Benutzer,

z.B. MS-DOS

grafisch-visuell, direkt vom System angezeigte Anweisungen, z.B. Windows Explorer

Betriebssystem

Hardware, etc.

Durch die Shell bleibt die Komplexität der Kommunikation zwischen Benutzer und den zahlreichen EDV-Komponenten verborgen, was die Anwender-

freundlichkeit wiederum steigert!

-

Einzelbetrieb

(Singletasking)

Mehrprogrammbetrieb

(Multitasking)

Kategorien von Betriebssystemen (BS)

Anwender-programm

Hardware

Betriebssystem

Anwender-programm 1

Anwender-programm 2

Betriebssystem

Hardware

Nachteile Singletasking: • keine ausreichende Nutzung der

Computerressourcen • Systemneustart notwendig bei Fehlern, Programm muss immer neu geladen werden

…..deshalb nicht mehr interessant!!!!

Vorteile Multitasking: • mittels Betriebssystem können mehrere Prozesse gleichzeitig und parallel verwaltet werden • Bsp: UNIX, Windows auf NT-Technik

…. von fundamentaler Bedeutung!

PREEMPTIVES Multitasking

Das Betriebssystem bestimmt wie viel Zeit jedem aktiven

Programm zugeteilt wird (Zeitscheibe) und behält

dadurch die Kontrolle über den Prozessor.

Mehrprogrammbetrieb:

Multitasking Prozessorzeit

Ze

itsc

he

ibe

1

Ze

itsc

he

ibe

2

Ze

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3

Ze

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3

Betriebssystem

Hardware

KOOPERATIVES MULTITASKING

• Vorrangiger Modus bei Apple Macintosh, braucht

weniger Speicherplatz.

• Da immer nur ein Prozess vom Prozessor verarbeitet

werden kann, muss sichergestellt sein dass jede

Anwendung regelmäßig die Kontrolle über die CPU

abgibt (=Yielding)

• Durch den Scheduler wird der Prozessor verwaltet,

welche Verarbeitungen Vorrang haben, egal ob sie

miteinander korrespondieren oder separat laufen

• Prozesse laufen damit im Vorder- und Hintergrund;

durch den Scheduling-Algorithmus werden

Prioritäten gesetzt und Rechenzeit auf bestimmte Zeit

zugeteilt (Zeitintervalle)

Single-Use-Betriebssystem

Bedeutet, dass immer nur 1 Benutzer mit dem PC

arbeitet, weil das Betriebssystem auch so konzipiert ist.

Beispiele: MS-DOS, WIN 9x, etc.

Einzel- oder Mehrbenutzerbetrieb

Multi-User-Betriebssystem

• Voraussetzung: Multitasking

• Vorteile: Mehrfachzugriffe zur gleichen Zeit durch

geteilte Systemressourcen

• Über eine Netzwerkverbindung können sich die

Benutzer direkt am Server einwählen und arbeiten

Anwenderprogramme

Anwender

Betriebs-

system

Hardware

Anwender 2

Anwender 1

Betriebs- system

Hardware

Einzel- oder Multiprozessorbetrieb

Betriebssysteme

Single-Prozessor Multiprozessor

• Ein Betriebssystem nutzt die CPU-Leistung eines

einzelnen Prozessors

• Kann die CPU-Leistung von 2-8 Teilnehmern

(Windows NT) oder auch mehr (Linux, Mac OS)

eines zentral verteilten Prozessors nutzen und auf

den gemeinsamen Arbeitsspeicher zugreifen

• Er kann dadurch einerseits den besten Prozessor

einen speziellen Prozess zuweisen, andererseits

alle Prozessoren für alle Prozesse des

Betriebssystems nutzen

Echtzeitbetriebssysteme

Besonderheiten:

• Diese reagieren im Vergleich zu anderen Betriebssystemen auf äußere

Ereignisse innerhalb einer bestimmten Zeitspanne

• Sie werden verwendet in der Überwachung und Steuerung technischer

Prozesse und Geräte sowie zur Erfassung von Messdaten

• Bei all diesen Geräten müssen zeitliche Vorgaben strengstens eingehalten

werden

• Typisch für Hardware von Echtzeitsystemen sind Realzeituhren,

Analog/Digitale-Ein-und Ausgabe, Digitale Anschlüsse verschiedener

Messgeräte und Sensoren

Betriebssysteme wie Windows NT nutzen diese Infrastruktur bzw. Netzwerksystem für die

hierarchische Aufgabenteilung

Server:

Anbieter von Ressourcen, Dienstleistungen

Clients:

Arbeitsstationen, Nutzer

Der Client fordert einen Dienst vom Server an, dieser stellt die Betriebsmittel zur Verfügung.

Client-Server-Modell

Client-Server-Modell

Vorteile Nachteile

• Durchführung von

Softwareaktualisierungen

nur auf wenigen Systemen

• Gezielter Angriff auf Server oder

Hardware-Defekt bedingt

Ausfall des gesamten Netzes

• Ressourceneinsparungen

• Zugriffskontrolle auf Daten

• Flexible Architektur, auf andere

Plattformen portierbar

Client-Server-Kommunikation

In der Praxis

Beispiele für Server

File-Server Auf dem Dateisystem werden Dateien und Platz bereit gestellt

Application-Server Stellt Anwendern den Zugriff auf eine oder mehrere Anwendungen her

Datenbank-Server Basiert auf eine Datenbank, hier werden Daten verwaltet und organisiert; die schnelle Suche sowie Einfügen und Sortieren von Datensätzen sichergestellt

Internet-Server Stellt Internet- und Intranet-Dienste bereit (WWW, FTP, E-Mail, Domain-Name)

Media-Streaming-Server Stellt Multimedia-Daten in Echtzeit und höchster

Datenqualität bereit

Benutzermodus: autonom arbeitende Server

einzelne Anwendungen Threads/Prozesseinheiten Kernelmodus: Betriebssystemkern (Kernel) ist

für die Kommunikation zwischen Server und Client zuständig, die Applikationen als Dienste der Server nutzen

die „HAL“ als Programm zur Konfiguration und Steuerung von Hardware, Adaption für andere Prozessoren notwendig!

das „API“ zur Interface-Gestaltung zwischen der Schnittstelle Betriebssystem und einer Applikation

Module von Client-Server-

Betriebssystemen (auf Windows)

Betriebssystem Linux

• lizenzfreies Betriebssystem

• wird weltweit von Programmierern

weiterentwickelt und im Internet

verbreitet

• auf einigen FTP-Servern können die

Kernel kostenfrei heruntergeladen

werden

• Multitasking- und Multiuserfähigkeit

durch die Shell (Befehleingabe und

Ausgabe des Systems)

• Shell lässt sich beliebig tauschen und

mehrere gleichzeitig koexistieren

(Festlegung Benutzer-LogIns)

• Vorteile: hohe Portabilität und

Plattformneutralität

Module eines Linux-Betriebssystems

Themenüberblick

EDV-Grundlagen

Betriebssysteme

Gefahrenquellen in der EDV

Programmierung für Einsteiger

Mögliche Gefahren und

Risiken betrieblicher EDV-

Nutzung Angriffsmöglichkeiten entstehen vor allem durch die Internetpräsenz

(Firmendaten auf Webserver) und die betriebliche Kommunikation über

Netzwerke (FTP-Servernutzung sowie öffentlicher Zusammenschluss von

Firmennetzwerken im Netz)

Formen:

• Diebstahl von sensiblen internen Daten sowie Betriebs-Know-How („passiver“, nicht-autorisierter Angriff), auch im internen Netz

• Böswillige Datenverfälschungen sowie Manipulationen („aktive“ Angriffe zur unautorisierten Informationsgewinnung sowie deren Modifikation, Betriebsspionage, „Hacker“, Angriffsattacken durch Viren, Würmer und Trojaner)

• Störungen betriebsinterner und externer Kommunikation durch Angriffe durch Schwachstellen und Sicherheitslücken (Passwörter, Daten-Verschlüsselungen)

• gezielte illegale Angriffe in den Rechnersystemen , die Störungen in den Betriebs-abläufen hervorrufen

Konsequenzen reichen von juristischen Schwierigkeiten für private Personen oder dem

Unternehmen bis zu finanziellen Verlusten sowie Image-Schäden.

Themenüberblick

EDV-Grundlagen

Betriebssysteme

Gefahrenquellen in der EDV

Programmierung für Einsteiger

Programmiersprachen dienen Benutzern

zur Aufgaben- und Problemlösung am

PC

es werden prozessorabhängige und –

unabhängige/problemorientierte

Sprachen unterschieden

Einteilung in niedere (Maschinensprache

und Assembler) und höhere Sprachen

(C, C++, Java)

Programmierung für Einsteiger

C++ und Java sind universell und

objektorientiert

SQL speziell für Datenbanken entwickelt

STEP 7 in der Automatisierungstechnik mit

grafischer Oberfläche

um an verschiedenen Betriebssystemen

und Prozessoren zu funktionieren, sind

Compiler (Übersetzer) notwendig

Beispiele für Hochsprachen

Entspricht einer endlichen Folge von

eindeutigen Anweisungen bzw. Befehlen

am PC

Zur Lösung eines Problems existiert eine

entsprechende Berechnungsvorschrift

(Lösungsalgorithmus)

Ein- und Ausgabe wird durch Funktions(-

blöcke) oder Methoden (Operationen

wie Addieren oder Vergleichen)

Der Algorithmus

mit verschiedenen Variablen werden entsprechende Werte gespeichert

sie dienen als Platzhalter z.B. für ein Rechenergebnis in der Programmierung

Werte sind z.B. ganze Zahlenwerte (Integer Zahlen, int; Gleitkommazahlen – Fließpunktzahlen, float oder Zeichenketten, String)

Beim Datentyp Konstante verändert sich der Wert der Variable nicht

Datentypen werden in Form von Operatoren verknüpft

Nutzung von Datentypen

elementare Anweisungsform

= strukturierte Darstellungsform zur

Entwicklung eines Programmablaufs

mittels Lösungsalgorithmus bei vielen

Sequenzen, damit Abarbeitung ohne

Verzweigungen und Wiederholungen

möglich

effiziente Methode im strukturierten

Programmieren wie z.B. Pascal oder C++

Das Struktogramm „Sequenz“ in

der Programmentwicklung

Auswahlanweisung, d.h. ob bestimmte

Bedingungen erfüllt werden:

› einseitig: if-Abfrage

› Zweiseitig: If-else Abfrage

Schleifenstrukturen finden ihren Einsatz

bei ganzen Blöcken an Anweisungen

oder Wiederholungen (kopf- oder

fußgesteuert)

Struktogramm „Selektion“ und

Wiederholungsanweisungen