EDV - Zusammenfassung Informatik  PDF

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Informatik Excel Grundlagen...

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HS Osnabrück: Fakultät I&I: Prof. Dr. R. Blohm

Informatik für Ingenieure Inhaltsverzeichnis 1

Einführung ...................................................................................................................... 2 1.1 1.2 1.3

2

Grundlagen der Informatik ............................................................................................. 3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

3

Umgang mit Objekten ..................................................................................................37 Unterprogrammtechnik ................................................................................................40 Mathematische Funktionen ..........................................................................................43 Wichtige String-Funktionen .........................................................................................44 Editier- und Testhilfen .................................................................................................46 Fehlerbehandlung .........................................................................................................47

Spezielle Anwendungen ............................................................................................... 48 7.1 7.2 7.3

8

Wiederholungen im Programm ....................................................................................29 Verzweigungen.............................................................................................................31 Sprungbefehle ..............................................................................................................34 Strukturierung von Programmen ..................................................................................35

Programmiertechniken ................................................................................................. 37 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

7

Codezeilen, Kommentare .............................................................................................19 Variablen ......................................................................................................................19 Variablennamen ...........................................................................................................19 Datentypen ...................................................................................................................20 Variablendeklaration ....................................................................................................20 Zuweisung ....................................................................................................................21 Ein- und Ausgabe Teil 1...............................................................................................22 Konstanten....................................................................................................................23 Operatoren ....................................................................................................................23 Typumwandlungen .......................................................................................................24 Ein- und Ausgabe Teil 2...............................................................................................25

Kontrollstrukturen ........................................................................................................ 28 5.1 5.2 5.3 5.4

6

Betriebssystemfunktionen ............................................................................................15 Tabellenkalkulation mit EXCEL ..................................................................................15 Visual-Basic-Editor ......................................................................................................16 Prozeduren....................................................................................................................17

Sprachelemente............................................................................................................. 19 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11

5

Daten und Datenspeicherung .........................................................................................3 Codierungen ...................................................................................................................4 Aufbau eines Rechners .................................................................................................11 Software .......................................................................................................................12 Betriebssystem .............................................................................................................13 Phasen der Programmentwicklung ...............................................................................14

Entwicklungsumgebung ............................................................................................... 15 3.1 3.2 3.3 3.4

4

Organisation ...................................................................................................................2 Anforderungen aus der Prüfungsordnung: .....................................................................2 Unterlagen zur Vorlesung ..............................................................................................2

Datenfelder ...................................................................................................................48 Dateiverarbeitung .........................................................................................................49 Formulare und Steuerelemente.....................................................................................51

Anhang ......................................................................................................................... 52 8.1 8.2

Sprachelemente in VBA ...............................................................................................52 Prüfungsbewertung.......................................................................................................54

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1

Einführung

1.1

Organisation

Informatik: 1.1 Organisation

Die Lehrveranstaltung besteht aus den beiden Teilen: 1. Vorlesung zur Arbeitsweise eines Computers und zu den Grundlagen des Programmierens, 2. Übungen am Rechner. Zum zweiten Teil gehören: Ausgewählte Programmieraufgaben, die in einem Rechnerraum unter Anleitung bearbeitet werden können. Zusätzlich ist Selbststudium am Rechner notwendig. Einen Rechnerzugang erhält jeder Studierende zu Beginn seines Studiums. Die Prüfungsleistung besteht in einer zweistündigen Programmentwicklung im Rechnerraum gegen Ende des Semesters. 1.2

Anforderungen aus der Prüfungsordnung:

In der Prüfungsordnung sind für die Lehrveranstaltung INFORMATIK folgende Kenntnisse formuliert: Grundkenntnisse über Aufbau und Wirkungsweise von:  Digitalrechnern,  Speichern sowie  Betriebssystemfunktionen. Kenntnisse über den Entwurf von  Algorithmen,  Daten- und  Kontrollstrukturen, Fähigkeiten zum  systematischen Softwareentwurf und zur  Programmierung in einer höheren Programmiersprache sowie zur  Anwendung kommerzieller Softwarepakete. Diese Lehrveranstaltung beschäftigt sich mit der Programmiersprache: VBA = Visual Basic for Application  ist Bestandteil der Anwendungssoftware EXCEL, WINWORD, ACCESS, OUTLOOK, POWER-POINT  ist gut verfügbar  wird gebraucht  hier unter EXCEL (kein EXCEL-Kurs)

1.3

Unterlagen zur Vorlesung

Kämper, Sabine : Grundkurs Programmieren mit Visual Basic, 3. Auflage, Vieweg (2009)

2

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2

Informatik: 2.1 Daten und Datenspeicherung

Grundlagen der Informatik

Ein wichtiges Prinzip der Datenverarbeitung ist das Prinzip: Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe (EVA). Dieses Prinzip gilt für einen Computer, aber auch für ein Programm, das auf dem Computer abläuft und ebenso für abgeschlossene Teilprogramme eines umfangreichen Programms. Eingabe Tastatur Sensor Maus Festplatte

Verarbeitung Rechner (Mikroprozessor), CPU Software Algorithmus

Ausgabe Bildschirm Stellglieder, Schrittmotor Drucker, Plotter Festplatte LED

Bild 2.1: Beispiele zum Prinzip EVA 2.1

Daten und Datenspeicherung

Begriffe:  Informatik: Information und Automatik  Bit: = binary digit (= Binärziffer; „0“ bzw. „1“)  Wort: Folge von n Bits (n  N)  Byte: Folge von 8 Bits Die Bedeutung der Codierung mit Bits erwächst aus der idealen technischen Realisierbarkeit. Mit einer Folge von n Bits kann man N verschiedene Zahlen darstellen. Für N gilt dann: N = 2n 256 = 28 1 kByte (Kilobyte) = 1024 Byte = 210 Byte 1 Mbyte (Megabyte) = 1024 kByte 1 Gbyte (Gigabyte) = 1024 MByte Speichermedien:  Halbleiter (Chip)  optische Speicher (CD, DVD, Lochkarte)  magnetische Speicher (Festplatte, Diskette, Bandgerät) Speichertypen der Halbleiterspeicher: Festwertspeicher:  ROM (Festwertspeicher, read-only-memory),  PROM (programmierbarer Festwertspeicher),  EPROM (löschbarer programmierbarer Festwertspeicher) Schreib-Lese-Speicher:  RAM (Random access memory) Speicherverwaltung  wahlfreier Zugriff (RAM)  sequentiell Datei, File = Sammlung von aufeinanderfolgenden Bytes mit Name. Der Name ist frei wählbar.

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2.2

Informatik: 2.2 Codierungen

Codierungen

Eine Folge von gespeicherten Bits kann sehr unterschiedliche Bedeutungen haben. Es kann sich um Zahlen handeln, oder aber um Text, oder aber um Programmcode. In vielen Fällen handelt es sich um Zahlen, die wiederum – je nach Anwendung - auf unterschiedliche Weise vom Computer gelesen und verarbeitet werden. Auf jeden Fall muss die Art der Codierung eindeutig festgelegt sein. Definition Nach DIN 44300 gilt: Ein Code ist eine Vorschrift für die eindeutige Zuordnung der Zeichen eines Zeichenvorrats zu denjenigen eines anderen Zeichenvorrates (Bildmenge). Bei einem Binärcode besteht die Bildmenge aus Kombinationen von Binärzeichen. Binär bedeutet: zweiwertig, dies können z. B. zwei Schaltzustände sein. In der EDV sind alle gespeicherten Daten binäre Daten. Codes kann man folgendermaßen gliedern: Codes Numerische Codes Wortcodes (z. B. Dualcode)

Alphanumerische Codes (z.B. ASCII, Lochkarten, Lochstreifen)

Zifferncodes (z. B. BCD)

Bild 2.2: Einteilung der Codes Zahlensysteme Um numerische Codes zu verstehen, muss man sich das Bildungsgesetz von unserem ZehnerZahlensystems verdeutlichen. Es handelt sich um ein bewertetes Zahlensystem, d.h. jede Ziffer hat gemäß ihrer Position eine bestimmte Wertigkeit. Die Ziffer besagt, wie oft die entsprechende Wertigkeit vorhanden ist. Die Zahl 5 0 3 2 bedeutet: = 2*100 2 *1 = 3*101 3 *10 = 0*102 0 * 100 = 5*103 5 * 1000 Bei der Stellenschreibweise hat die Null die Bedeutung, die Position der Ziffern festzulegen. Es gilt das Bildungsgesetz:

N

l

n

j

* 10 j

j

*Bj

j 0

Allgemeiner kann man schreiben:

N 

l

n j 0

N = Zahlenwert nj = Ziffer an der Stelle j j = ganze Zahl B = Basis 0 < nj < B-1 l-1 = Zahl der Stellen

Diese Verallgemeinerung wird benötigt, weil der Mikroprozessor in einem anderen Zahlensystem rechnet.

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Informatik: 2.2 Codierungen

Für die Informatik wichtige Zahlensysteme sind in dem folgenden Bild angegeben. Basis

Bezeichnung

B=2 B=8 B = 10 B = 16

Dualsystem Oktalsystem Dezimalsystem Hexadezimalsystem

Beispiele zur Schreibweise der Zahlen 1101 B 11012 15 O 158 13 D 1310 13 H 1316

Bild 2.3: Bezeichnungen einiger Zahlensysteme Für den Computer ist ausschließlich das Dualsystem von Bedeutung. Das Oktalsystem und das Hexadezimalsystem vereinfachen für den Menschen den Umgang mit Dualzahlen. Im Oktalsystem werden drei Dualziffern, im Hexadezimalsystem werden vier Dualziffern zu einer Ziffer des Systems zusammengefasst. In dem folgenden Bild sind Zahlen verschiedener Zahlensysteme mit gleichem Zahlenwert nebeneinander gestellt. Bezeichnung Basis

dezimal 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

dual 2 00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111 10000 10001 10010

oktal 8 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 20 21 22

hexadezimal 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 10 11 12

Bild 2.4: Zahlenbeispiele einiger Zahlensysteme Umwandlung von Zahlen zwischen den Systemen unterschiedlicher Basen: Die Umwandlung von Dualzahlen in Dezimalzahlen ergibt sich aus dem Bildungsgesetz. Man ermittelt einfach die Wertigkeit jeder Position der Dualzahl, ausgehend von der rechten Ziffer mit der Wertigkeit 1. Jede weitere links daneben liegende Wertigkeit erhält man durch „Verdoppeln“. Anschließend addiert man nur noch alle Wertigkeiten, deren Position mit der Ziffer „1“ belegt ist. Die Umwandlung von Dezimalzahlen in Dualzahlen ergibt sich z. B. durch „Ausprobieren“ nach den Schema der folgenden Abbildung: Man schafft sich zunächst eine Folge von Ziffernpositionen im Dualsystem und notiert darüber die jeweilige Wertigkeit (64, 32, 16, 8, 4, 2, 1). Dann versucht man von links ausgehend, den Wert der Dezimalziffer zusammenzustellen, indem man nacheinander benötigte Wertigkeiten mit 1 belegt. 5

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Informatik: 2.2 Codierungen

Beispiel: 5110 16 32  64   8 4 2 1 0 1 1 0 0 1 1 -

51 32 19 16 3 2 1 1 0

Die Umwandlung von Dualzahlen in Hexadezimalzahlen ist einfach. Hexadezimalzahlen dienen praktisch zur platzsparenden Schreibweise von Dualzahlen. Vier Dualziffern werden zu einer Hexadezimalziffer zusammengefasst, ausgehend in beiden Systemen von der Ziffer mit der Wertigkeit 1: Beispiel: =

0010 2

1101 D

0111 7

Dual Hexadezimal

Zifferncodes Bei den Zifferncodes werden die einzelnen Ziffern des Dezimalsystems aufeinanderfolgend codiert. Man benötigt also nur Codeworte für die Ziffern 0 bis 9. In den folgenden beiden Bildern sind einige bekannte Zifferncodes dargestellt. Man nennt sie auch BCD-Codes (binär codierte Dezimalziffern). 4-bit Wort 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

8-4-2-1 Code 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Aiken Code 0 1 2 3 4

5 6 7 8 9

Bild 2.5: BCD-Codes

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Exzess-3-Code

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

Informatik: 2.2 Codierungen

0 0 0 0 0 0 0 1 1 1

0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 0 0 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 1 1

0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Bild 2.6: BCD-Zählcode Alphanumerische Codes: Texte werden heute üblicherweise im ASCII-Code im Computer gespeichert und verarbeitet. (ASCII-Code = American Standard Code of Information Interchange)

HEXL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

HEXH 0 1 2 3 4 5 6 7 BIN 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 0000 NUL DLE SP 0 @ P ‘ p 0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q 0010 STX DC2 " 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB ' 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ; K [ k { 1100 FF FS , < L \ l | 1101 CR GS = M ] m } 1110 SO RS . > N ^ n ~ 1111 SI US / ? O _ o DEL

Bild 2.7: 7-Bit-ASCII-Code nach DIN 66003

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Informatik: 2.2 Codierungen

Einige der nicht druckbaren Sonderzeichen des ASCII-Codes sind in folgendem Bild erläutert:

ACK BEL BS CR ESC FF HT LF NAK NUL SP VT

(acknowledge) Positive Rückmeldung (bell) Klingel (backspace) Rückwärtsschritt (carriage return) Wagenrücklauf (escape) Code-Umschaltung (form feed) Formularvorschub, Seitenwechsel (horizontal tabulator) Horizontal-Tabulator (line feed) Zeilenvorschub (negative acknowledge) Negative Rückmeldung (null) Füllzeichen (space) Zwischenraum (vertical tabulation) Vertikal-Tabulator

Bild 2.8: Bedeutung einiger Sonderzeichen des ASCII-Codes Negative Zahlen Bei der Codierung ganzer Zahlen ergibt sich die Fragestellung: Wie werden negative Zahlen dargestellt? Es gibt dafür allerdings verschiedene Möglichkeiten. Man verwendet aber bei allen Möglichkeiten das vorderste Bit des Codeworts, um eine negative Zahl zu kennzeichnen. Ist dieses vorderste Bit gleich „1“, dann ist die Zahl negativ. Häufig nutzt man die sogenannte „Zweier-KomplementDarstellung“, die am Beispiel einer 8-Bit-Darstellung im folgenden Bild gezeigt wird. Dezimalwert bei Darstellung als Binär-Darstellung nur positiv Zweier-Komplement 0000 0000 0 0 0000 0001 1 1 0000 0010 2 2 0000 0011 3 3 0000 0100 4 4 0000 0101 5 5 0000 0110 6 6 0000 0111 7 7 : : : 0111 1111 127 127 1000 0000 128 -128 : : : 1111 1000 248 -8 1111 1001 249 -7 1111 1010 250 -6 1111 1011 251 -5 1111 1100 252 -4 1111 1101 253 -3 1111 1110 254 -2 1111 1111 255 -1 Bild 2.9: Negative ganze Zahlen im 8-Bit-Binärcode

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Informatik: 2.2 Codierungen

Reelle Zahlen Für Berechnungen hoher Genauigkeit und über viele Größenordnungen – wie in der Wissenschaft und Technik oft üblich – benötigt man im Computer reelle Zahlen in Potenzschreibweise, allerdings umgesetzt auf das Dualsystem. Beispiel: 17910

=

101100112

0,17910 * 103

=

0,101100112 *28

Man speichert z. B. die Mantisse (drei Bytes) und Exponent (ein Byte) in folgender Form: Exponent

Mantisse Vorzeichen

Zahlenbereiche: Durch den Exponenten erhält man einen Zahlenbereich von 2-128 bis 2+127 , das entspricht im Dezimalen etwa dem Bereich 2.9*10-39 bis 1.7*10+38. Für die Mantisse hat man hier 23 Bit reserviert, das bedeutet: man hat 223 Darstellungsmöglichkeiten, was einer Auflösung von 7 Dezimalstellen entspricht. Es gibt allerdings in den Programmiersprachen auch reelle Zahlen mit höherer Genauigkeit: (Double)

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Informatik: 2.2 Codierungen

Aussagelogik und Schaltalgebra Ein anderes Fachgebiet für den Umgang mit Nullen und Einsen ist die Aussagelogik. Es geht dabei um die Verknüpfung von Aussagen, die entweder richtig oder falsch sind: Wahr = True = richtig wird oft der 1 zugeordnet, Falsch = False wird der 0 zugeordnet. Damit ist dies Fachgebiet ideal zum Verarbeiten im Computer. Die Schaltalgebra setzt die Schlussfolgerungen der Aussagelogik in die Schreibweise der Mathematik um. In der Schaltalgebra gibt es: o die beiden Konstanten 0 und 1 o Schaltvariable (Variable) o Schaltfunktionen, z. B.: o Negation, Verneinung o Konjunktion (Verbindung) UND-Verknüpfung, ab (sprich: a und b) o Disjunktion (Trennung) ODER-Verknüpfung, ab (sprich: a oder b) o Antivalenz (Ungleichheit) XOR-Verknüpfung

a

b

0 0 1 1

0 1 0 1

Negation a 1 1 0 0

Negation

ODER ab 0 1 1 1

b 1 0 1 0

UND ab 0 0 0 1