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DHBW Mannheim...

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Programmierung Zusammenfassung 

Allgemeine Einführung  Daten  Menge von Zeichen, die zum Zweck der Verarbeitung zusammengefasst  Informationen  Zweckorientiertes und zielgerichtetes Wissen  z.B. Börsenhändler  Aktienvorkurse  Zeichen  Nicht nur im Rahmen der Datenverarbeitung dienen Zeichen dazu, bestimmte Informationen darzustellen  Zeichenvorrat  Menge der verwendeten Zeichen darf nicht unbeschränkt sein  Eine vereinbarte Zeichenmenge nennt man Zeichenvorrat  Ampel  Farben: Rot, Gelb, Grün  Die Menge der Dezimalziffern D: = {0, 1, 2, ..., 9}  Nachrichten  Menge von Zeichen, deren primärer Zweck nicht die Verarbeitung, sondern die Weitergabe ist

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Teilgebiete der Informatik  Es gibt 4 Stück  Technische Informatik = Hardware  Hardware-Komponenten, Rechnerorganisationen, Verteilersysteme  Praktische Informatik = Software  Betriebssysteme, Computergrafik, Mikroprogramming  Theoretische Informatik = (mathematisch)  Komplexitätstheorie, Formale Sprachen, Automatentheorie  Angewandte Informatik = alles, was man in Unternehmen machen kann  Einsatz von Rechnern in unterschiedlichen Bereichen, Roboter, KI (Künstliche Intelligenz)

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Rechnungserstellung für Kunden  Name und Anschrift des leistenden Unternehmens  Name und Anschrift des Leistungsempfängers  Termin der Lieferung oder Leistungen  Menge und Bezeichnung der gelieferten Produkte bzw. Art und Umfang der Dienstleistungen  Ggf. Nach Steuersätzen aufgeschlüsselten Netto-Beträgen  Jeweils darauf entfallende Steuer-Beträge  Ausstelldatum (= Rechnungsdatum)  Einmalige Vergabe einer Rechnungsnummer  Steuer oder Umsatzsteuer-Identifikationsnummer des Austellers

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Begriffserklärung  Wissenschaft der maschinellen Informationsverarbeitung = INFORMATIK

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Datenverarbeitung  Der Vorgang, der sich auf die …:  Erfassung  Speicherung  Übertragung  Transformation  von Daten bezieht, nennt man Datenverarbeitung. Dies kann sich auf die manuelle als auch auf die maschinelle Verarbeitung beziehen

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BI-Architektur (Business Inteligence)

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ERP = Enterprise Ressource Planning

 Mittelständiges Unternehmen

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Einführung in die Rechensysteme  Datenverarbeitung  Vorgang, der sich auf die …:  Erfassung  Speicherung  Übertragung  Transformation  Von Daten bezieht, nennt man Datenverarbeitung. Dies kann sich auf die manuelle als auch die maschinelle Verarbeitung beziehen 

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Im Rahmen der EDV betrachten wir hier ausschließlich: Die maschinelle Verarbeitung von Daten mit dem Computer. Der Oberbegriff dazu ist:  EDV  elektronische Datenverarbeitung Dies ist Sammelbegriff für die Datenverarbeitung und Datenverarbeitungssysteme, die nicht mechanisch, sondern elektrisch arbeiten, also in der Regel sind dies Computer

Datenverarbeitungssysteme

 Unter einem Datenverarbeitungssystem im weitesten Sinne versteht man eine elektronisch arbeitende Einheit, die mit gespeicherten Programmen Daten automatisch verarbeitet, also (...)  Mathematische  Umformende  Übertragende  Speichernde  Ein Computer ist eine Speicherprogrammierte Rechenanlage!!! 

Rechneranlage durch Gliederung in 3 Komponenten:

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Who is Who in der Informatik?  Anwender oder User  Reiner Endnutzer der Anwendungen. Normalerweise besitzt der klassische End User Hardware und Software sowie Peripherie, um die ihm gestellten Aufgaben schnell zu lösen. Haupttätigkeiten sind Eingaben von Daten in Datenbanken sowie das Erstellen von Texten im Bereich Bürokommunikation  Systemverwalter, -admin, -operator  Typischerweise mehr administrative Aufgaben wie z.B.  Wartung und Betreuung von Betriebssystemen  Verwaltung der Systemnutzer  Netzwerk Verwaltung  Administration von Servern (Web Server, Mail Server etc.)  Help-Desk Support  Zentrale Stelle um hilfesuchende Mitmenschen zu unterstützen

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ITIL: (Die IT Infrastructure Library (ITIL) ist eine Sammlung vordefinierter Prozesse, Funktionen und Rollen, wie sie typischerweise in jeder IT-Infrastruktur mittlerer und großer Unternehmen vorkommen.)

- Single Point of Contact - Ticket - First Level Support (Incident Management) - Second Level Support (Problem Management) - Third Level Support (Labor)  sonst muss das Gerät eingeschickt werden  System Entwickler  Beschäftigt sich mit der Entwicklung von Anwendungen.  Software Ingenieur oder Systems Engineer - Dieser Personenkreis sollte nach den grundlegenden Prinzipien der SW Entwicklung vorgehen. Es gilt die Methode des SW Engineerings, bei den formalen Techniken angewandt werden.  Planung, Analyse, Entwurf, Implementierung, Testen, Wartung und Pflege  Das Tätigkeitsfeld wird aufgrund der Vielfalt der vorhandenen informationstechnischen Infrastruktur weiter unterschieden in:  SW-Entwickler, Entwickler in einer bestimmten Programmiersprache, DB Entwickler, Entwickler, Systemprogrammierer

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Einführung in Rechnersysteme (Unterschiede sollte man kennen)  Standards in der IT lassen sich in zwei Kategorien aufteilen:  De-facto Standards  Standards, die von Privatunternehmen entwickelt und vom Kunden tatsächlich angewendet werden  De-jure Standards  Standards von anerkannten Organisationen (ITU, ISO) Internationale Telecommunications Union (ITU)  Baut sich aus drei Hauptabteilungen zusammen:  ITU-R=Radiokommunikationsbereich  ITU-T=Telekommunikations- u. Standardisierungsbereich  ITU-D=Entwicklungsbereich Internationale Organisation für Standardisation  Erstellen internationaler anerkannter Standards  ISO (s.o.) freiwillige also nicht staatliche Organisation  Mitglieder: nationale Standardisierungsgremien aus 89 Mitgliedsstaaten

Wichtige Informationen  IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers  WWW Consortium  Gründer: Tim-Berners-Lee

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Computer und Computerklassen

 Microcomputer  Handheld Computer: Single User Computer  Smartphones  Großrechner (Mainframe Computer)  Einsatz in Rechenzentren mit bis zum 1.000 Nutzern möglich + Datenfernübertragung (per VPN [Extranet])  Supercomputer  Einsatz in Forschungszentren  Weltklimasimulation  Werden in FLOPS gekennzeichnet  FLOP = Floating Point operations per second  Hersteller: IBM  Rechnerarchitekturen  Bezieht sich auf Struktur der Komponenten und auf alle Datenverarbeitungen (intern)  Wird in Rechenleistung ausgedrückt  Grundlegende Aufgabe der Rechenanlage: Sammlung, Speicherung, Verarbeitung und Darstellung von Daten

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Arten von Computersystemen  Single User Systems  Handheld = iPhone7  Portable = iPad  Thin Client = MacPro  Desktop = iMac  Workstation = PC in einem Netzwerk  Multi User Systems  Server  Mainframe = Großrechner  Supercomputer  Operationsprinzip: serielle von Neumann Ordnungsprinzip und parallel oder massiv paralleles Ordnungsprinzip  Hardware Konzepte: Prozessor, Multiprozessor oder Arrayprozessor Systeme

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Klassifikationen nach Flynn  Maschine bearbeitet zu gegebenen Zeitpunkt nur einen Befehl oder mehrere

 Maschine bearbeitet zu gegebenen Zeitpunkt nur eine Datei oder mehrere

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Rechnerarchitektur nach von Neumann  Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe PRINZIP  John von Neumann

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Request for Comments  für Entwicklung und Bewertung von Protokollen im Internet sind RfC (s.o.) Maß aller Dinge  Protocol State  Standard (Absoluter Standard)  IP/Netzwerke  Draft Standard (mögliches Standardprotokoll)  Tests und Änderung  Proposed (Vorschlag)  Implementierung  Tests nötig  Experimental (Experimentell)  nur Implementierung notwendig  Informational  fremde Dokumente publiziert als RfC’s  Historic  werden vermutlich nie Standards und sind von besseren überholt  Protocol Status  Required  müssen implementiert werden  Recommended  sollten …  Elective  können … (+ genaue Beschreibung wie)  Limited USE  nur in begrenzten Bereichen sinnvoll  Not recommended  sollten nicht …

RISC Prozessoren  Reduced Instruction Set Computing

CISC Prozessoren  Complex Instruction Set Computing

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Rechnerarchitektur nach von Neumann  Rechnerautomat wird logisch und physisch in fünf Funktionseinheiten gegliedert:  Rechnerwerk:

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 Hier werden die arithmetischen Operationen (Addition Subtraktion, Multiplikation und Division) und die logischen Operationen (UND, ODER, NICHT) ausgeführt Steuerwerk:  Das Steuerwerk veranlasst den Transfer der Instruktionen aus dem Hauptspeicher in den Prozessor, interpretiert (decodiert) die darin codierten Anweisungen und initialisiert über Steuersignale die zur Ausführung der Instruktion notwendigen Komponenten des Rechners Hauptspeicher:  In diesem Bauteil des Rechners werden die Programme und die Daten abgespeichert. Heutzutage nennt man das Speicherwerk den Hauptspeicher oder Arbeitsspeicher Eingabewerk:  Daten und Programme werden über die Funktionseinheit Eingabewerk in die Rechenanlage eingegeben und laufen über Datenwege in die Speichereinheit Ausgabewerk:  Diese Einheit dient der Ausgabe von Ergebnissen und/oder Daten an den Rest der Welt. Die von der Zentraleinheit berechneten Ergebnisse werden über Datenwege an die Ausgabeeinheiten transferiert

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Rechenwerk  Zwei Eingaberegister  Operand 1  Operand 2  Ein Ausgaberegister  Vier Zwischenspeicher  Zero Bit = Zeigt an, ob Ergebnis = 0  Sign Bit = Zeigt an, ob Ergenis negative ist  Carry Bit = Zeigt den Übertrag an  Overflow Bit = Zeigt an, ob Zahlenbereich überschritten wurde

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Von Neumann Zyklus (Fetch-Decode)  Fetch  Sende Adresse des Befehls an das Speicherwerk  Empfange aktuellen Befehl vom Speicherwerk  Decode  Analysiere den aktuellen Befehl und treffe Vorbereitungen für die spätere Ausführung  Erhöhe Programmzähöer um 1  Fetch-Operands  Rufe zusätzlich benötigte Operanden ab  Execute  Führe den aktuellen Befehl selbst aus oder beauftrage das Rechenwerk mit der Ausführung  Write back  Schreibe das Ergebnis des ausgeführten Befehls an die vorgesehene Stelle

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Ausführmodelle  Durch unterschiedliche Adressierungsmöglichkeiten innerhalb der Maschineninstruktionen, haben sich Reihe von verschiedenen Ausführmodellen gebildet, nach denen Prozessoren arbeiten  Allzweckregister  Register Modell (LOAD/STORE)  Speicher Modell  Akkumulatoren  Register Architektur  Keller Architektur  Speicher Architektur

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Klassifikation von Rechnerarchitekturen  Nach FLYNN differenziert man 4 Architekturen  SISD Architektur  Single Instruction Single Data Stream  SIMD Architektur  Single Instruction Multiple Data Stream  MISD Architektur  Multiple Instruction Single Data  MIMD Architektur  Multiple Instruction Multiple Data Stream

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Rechnerarchitekturen, von Neumann Architektur  Da Organisationen effiziente Durchführungszeiten und schnelle Ergebnisse haben möchte, benutzen sie eine Vielzahl von Messgrößen  Machine Cycle time  Zeit in dem Durchlauf von Instruktionen gemessen wird  Nanosekunden oder Picosekunden  Durchlaufzeit kann ebenfalls in MIPS (Millions of Instructions per Second) gemessen werden  Wie viele Instruktionen werden in 1 sec durchgeführt  Clock Speed  Jede CPU erzeugt eine Reihe von elektronischen Impulsen nach einer vorher festgelegten Rate  CLOCK Speed  Control Unit in der CPU managed die Stufen des Maschinendurchlaufs durch das befolgen von vorher festgelegtem internen Instruktion, bekannt als MICROCODE  MICROCODE sind vordefinierte, elementare Schaltkreise und logische Operationen die der Prozessor beim Ausführen von Instruktionen durchläuft  Prozessor ist die wichtigste Einheit einer Datenverarbeitungsanlage   Kriterien für die Leistung:

 Verarbeitungsbreite:  Maß dafür, wie viele Bits der Prozessor gleichzeitig verarbeiten kann  Je nach Verarbeitungsbreite spricht man von 8, 16, 32 oder 64-Bit System  Taktfrequenz:  Maß, mit welcher Geschwindigkeit der Prozessor die anfallenden Arbeiten erledigt wird gemessen in;  Megahertz (MHz): millions of cycles per second  Gigahertz (GHz): billions of cycles per second  Mikroprogramme:  Führen Teil der Operationen aus  Sind fest und unveränderlich einprogrammiert  Sind direkt im ROM Speichern auf der CPU abgelegt

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Speichereigenschaften und Kapazitäten  Ähnlich der CPU beinhaltet Speicherkomponenten tausende von Schaltkreisen, die auf Silicon Chips aufgedruckt sind. Jeder Schaltkreis kann den elektrischen Zustand STROM / KEIN STROM haben. Die Daten in diesen Schaltkreisen werden in Kombination AN / AUS gespeichert.  BIT

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Arten von Speicher

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Weitere Wissenwerte Dinge  Cache Speicher  Hochgeschwindigkeitsspeicher mit verhältnismäßig kleiner Speicherkapazität  Beschleunigung des Zugriffs auf häufig benutze Programmteile und Daten  Network-attached storage (NAS)  Spezielle Server in einem Rechnernetz, die als File-Server optimiert sind  Storage area network (SAN)  Netzwerkstruktur, in der Server eines rechnernetzes über ein separates Hochleistungsnetz mit Speichereinheiten hoher Kapazität verbunden sind  Konzipiert für serielle, kontinuierliche Hochgeschwindigkeitsübertragung von großen Datenmengen

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Speicherungsmethoden mit RAID-Systemen  Technologien, die mehrere Plattenlaufwerke zu größeren, teilweise auch ausfallsicheren Gesamtsystemen zusammenfassen  RAID = Redundant Array Independence Disks  RAID Systeme sind folgendermaßen zu charakterisieren:  RAID ist ein Satz physikalischer Festplatten (Array), die vom Betriebssystem als eine einzige logische Platte gesehen wird  Daten werden auf die physikalischen Platten eines Arrays verteilt  Redundante Plattenkapazität wird dazu genutzt, Paritätsinformationen zu speichern, um beim Ausfall einer Platte eine Wiederherstellung der Daten zu gewähren

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Zugriffsarten  Sequentieller Zugriff:  Auf Daten kann nur in fester Reihenfolge zugegriffen werden  SASD (sequential acces storage devices), z.B. Magnetband  Wahlfreier Zugriff:  Direkter Zugriff auf jede Speicherstelle in beliebiger Reihenfolge  DASD (direct acces storage devices)

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Prozessorarten  Multiprocessing:  Bedeutet die gleichzeitige Ausführung von einer oder mehreren Instruktionen zur gleichen Zeit  Coprozessor:  Eine Form des Multiprocessing benutzt „Coprozessoren“  dieser erhöht die Abarbeitung von Instruktionen, indem er spezielle Aufgaben parallel ausführt, während der Prozessor andere Arbeiten durchführt  Multicore Prozessor:  Kombiniert 2 oder mehrere unabhängige Prozessoren in einem einzelnen Computer, sodass diese die Arbeit teilen und somit die Kapazität erhöhen

Parallel Computing (paralleles Arbeiten)  Parallel computing:  Gleichzeitige Ausführung der gleichen Aufgabe auf mehreren Prozessoren, um die Ergebnisse schneller zu erhalten  Massively parallel processing:  Hunderte oder tausende Prozessoren führen gleichzeitg Operationen durch  gut geeignet, um regelmäßig aufgebaute Datensätze effizient zu bearbeiten  Ansätze für Parallel Computing: 

 Single instruction / multiple data (SIMD) parallel processors  Multiple instruction / multiple data (MIMD) parallel processors  Grid computing:  Besondere Form des Zusammenschlusses von Rechnern zur Bearbeitung verteilter Anwendungen innerhalb eines einzelnen Netzwerkes oder im Internet

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Cloud-Computing  eine Art des Computing, in der Software in einigen Fällen virtualisierte Hardwareressourcen als Dienstleistungen über das Internet zur Verfügung gestellt warden  Cloud repräsentiert das Internet  Eine Technologie, in der Aufgaben von Computern ausgeführt warden, die physisch vom User entfernt und über ein Netzwerk, insbesondere das Internet, zugegriffen warden  Cloud-Computing kann Unternehmen helfen, Probleme der traditionellen IT-Abteilung zu verwalten  Typen einer Cloud  Public Cloud, Private Cloud, Hybrid Cloud, Vertical Cloud  Charakteristika des Cloud-Computing  Bietet self-service auf Anfrage  Automatische Zugangsdienste  Beinhaltet Charakteristika des Dienstprogramm-Computings  Macht Computerressourcen und Infrastruktur für Kunden erhältlich  Kunde zahlt lediglich das was er benutzt (Pay-as-you.go-Modell)  Nutzt einen breiten Netzzugang  Kompatibel mit allen Geräten, die durch das Internet verbunden sind  Bietet Dienste für mehrere Kunden  Tritt normalerweise auf Serverfarmen auf (vernetzte Server in Rechenzentren)

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GRAFIK

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Grundlagen der digitalen Logik, Zahlen- und Zeichendarstellung  Codierung  Definition: Codierung nach DIN 44300:  Codierung ist eine Vorschrift zur Abbildung eines Zeichenvorrats in einen anderen Zeichenvorrat Beispiele:  Morsecode  Binärcodierung Informationen, die für Menschen verständlich sind, werden durch Texte oder Zahlen dargestellt Menschen verstehen Worte, die lateinischen Zeichen aus deren Alphabet sind oder Zahlen, die aus dezimalem Alphabet D gebildet sind EDV-Anlagen (heute) arbeitet auf binärer Basis  Rechner speichert und verarbeitet ausschließlich digitale Daten mit zwei Zuständen:  Leitung hat Spannung oder nicht  Festplatte ist magnetisch oder nicht  Kondensator ist geladen oder nicht  Bildpunkt ist an- oder ausgeschaltet  Werden in Form von Bits verarbeitet  zweiwertige Codierungen = Binärcode

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8 Bit Zeichencodes  Beschreibung von Codierungen in Form von Tabellen  ASCII-Codierung  Einziger Bit als Zielmenge reicht nicht aus, da man nur zwei Zeichen darstellen kann  Wenn zweier Bits ins Spiel kommen, dann sind bis zu vier Zeichen möglich

 Aus n Bits lassen sich 2 (hoch n) verschiedenen 0, 1 Kombinationen darstellen, also 2 Bits liefern 2 (hoch n) = 4 Möglichkeiten, 3 Bits ermöglichen 2 (hoch 3) = 8 Möglichkeiten  ZUSAMMENGEFASSTE ORDNUNG, DIE MAN ERHÄLT  

Erst ab 6 Bits gibt es ausreichende Kombinationsmöglichkeiten, die unterschiedliche Zeichen darstellen Unterscheidung folgender Binärcodierungen:  6 Bit Code: der BCD Code mit 64 darstellbaren Zeichen  7 Bit Code: der ursprüngliche 7-Bit ASCII Code mit 128 darstellbarem Zeichen  8 Bit Code: mit 256 darstellbaren Zeichen (bspw. EBCDIC Code, erweiterter ASCII Code [wird bei PC oft verwendet])  Erweiterter ASCII-Code ist die relevante Zeichendarstellung in der PC Welt  8 Bit EBCDIC  IBM Großrechneranlagen

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ASCII  American Standard Code für Information Interchange (USA) Tabellarische Ordnungsregel  256 verschiedene Zeichen können damit dargestellt werden  8 Bit auch ein Byte  dort sind Dezimalzahlen aufgelistet durch Tabelle lässt sich ASCII Wert bestimmen

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UNICODE  ASCII Zeichensatz eignet sich speziell für englische Sprache  Jede Sprache hat einen anderen Zeichensatz  Dort wird jedem Zeichen und Symbol ein eindeutiger, permanenter 16 BIT Wert zugeordnet  CODEPUNK  Insgesamt über 65.000 Codepunkte  Codepunkte sind knappe Ressourcen, da Sprachen der Welt zusammen ungefähr 200.000 Symbole benutzen

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Zahlen und Stellenwertsysteme  Man, unterscheidet zwischen drei Systemen:  Additionssystemen  Zahlenwertsysteme,  Hybride Zahlensysteme

 Definition: Ein Zahlensystem wird dazu verwendet, Zahlen darzustellen. Eine bestimmte Zahl gemäß den in dem verwendeten System bestehenden Regeln gebildet

 Folgende werden in der Praxis verwendet:

Physikalisches und Elektronisches Halbleiter  Semi Conductors  Stoffe, die bei einer Temperatur von 0 Kelvin als Isolator betrachtet werden  = zunehmende Temperatur = bessere Leitfähigkeit  Grundlage für elektronische Bauteile wie Dioden und Transistoren  Transitoren  Neben Halbleiterdioden  wichtigste aktive B...