Informatik (II)
Vorlesung
Sommersemester 2008

Johannes Waldmann, HTWK Leipzig

Einleitung/Überblick
- Inhalt
- Organisation
- Literatur
- Betriebssystem: Beispiel GNU/Linux
Rechner-Architektur
- Rechnerarchitektur
- Begründung für Architektur
- Die CPU (central processing unit)
- Befehls-Abarbeitung in CPU
- Befehlssätze
- Übung KW 11
- Beispiel: IA32
- IA32-Beispiel
- CISC/RISC
- CISC: complex instruction set
- RISC: reduced instruction set
- Historische Entwicklung
Maschinenzahlen
- Darstellung und Verarbeitung von Zahlen
- Von Zahlen zu Bitfolgen
- Von Bitfolgen zu Zahlen
- Binäre Addition
- Negative Zahlen, binäre Subtraktion
- Kleine ganze Zahlen sind zuwenig
- Gleitkomma-Zahlen
- Gleitkomma-Normen
- Gleitkomma-Zahlen in Java
- Darstellbare Zahlen
- Rechenfehler
- Abhängigkeit vom Rechenweg
- Automatische Typ-Anpassungen
- Manuelle Typ-Verwandlungen
Logische Schaltungen
- Wahrheitswerte und Funktionen
- Wertetabellen
- Wichtige Boolesche Funktionen
- Notation in Java
- Rechenregeln
- Basis-Funktionen
- Basis-Satz (Beweis-Idee)
- Eine Basis mit einem Element
- nand in Hardware
Übung Logik
- Übung zu Booleschen Funktionen
Speicher
- Hauptspeicher
- Hauptspeicher (II)
- Physikalische Grundlagen für Speicher
- ,,Historische`` Speicherprinzipien
- Disketten und Festplatten
- CD und DVD
- Die Speicher-Hierarchie
- Cache
- Zugriffsformen
- Speicher und Bus
- Asynchroner Datentransport
- Direkter Speicherzugriff (DMA)
- Andere Ein/Ausgabe-Geräte
Betriebssysteme
- Was ist ein Betriebssystem?
- Leistungen eines Betriebssystems
- Zugriffe auf das Betriebssystem
- Geschichte: Einprogramm-BS
- Geschichte: Stapel-BS
- Time-Sharing-BS
- Geschichte - Zusammenfassung
- Ziele bei BS-Entwicklung
- Netzkonfiguration MM-Pool
- Welt- und Individualgeschichte
Übung (KW 16)
- Rechnen wie in grauer Vorzeit
- Grafische Oberflächen
- Einblicke in die Arbeit des Systems
- Die Herkunft von Linux
- Linux wird zu einem ,,echten`` BS
- kurze Geschichte von UNIX
- Verbreitete Betriebssysteme
Dateisysteme
- Dateisysteme
- Designziele (allgemein)
- Designziele (aus Nutzersicht)
- UNIX: index-sequentielle Dateien
- Freispeicher-Verwaltung
- Datei-Informationen (inodes)
- Namen, Verzeichnisse
- Absolute und relative Pfade
- Ausführung von Programmen
- Rechte-Verwaltung
- Rechte (Dateien und Prozesse)
- Standard-Verzeichnisse
- Partitionen, mounts
- Spezielle Dateien
UNIX-Dateisystem (Übung)
- File-Operationen
- Verzeichnis-Operationen
- Nutzer, Gruppen, Datei-Rechte
- Spezielle Dateien: Links (Verknüpfungen)
Dateiarbeit unter Java
- Die Klasse File
- System-unabhängige Pfade
- File-Eigenschaften
- Datei-Inhalt lesen
- ASCII-Kodierung
- Zeilenweises Arbeiten
- Java-Exceptions (try-catch, throws)
- IOExceptions
- Ein selbst-druckendes Programm
Speicher, Prozesse
- Verwaltung des Hauptspeichers
- Speicher-Verwaltung (II)
- Aufteilung des Speichers
- Kernel- und User-Mode
- Virtueller Speicher
- Prozesse
- Scheduling
- Aktives und passives Warten
- Prozeß-Kommunikation
- Ein- und Ausgabe-Umleitung
- Prozeßkommunikation durch Pipes
- Spezielle Dateien: Benannte Pipes
Threads (KW 18)
- Threads
- Java-Threads (I)
- Java-Threads (II)
- Java-Exceptions (try-catch, throws)
- Threads in Applets
- Beispiel: Clients/Server
- Client-Objekte (I)
- Client-Objekte (II)
- Abwarten ...
- Hauptprogramm
- Server-Objekt
- Synchronisierte Methoden
- Fünf Philosophen
- Gefahr 1: Deadlock (Verklemmen)
- Gefahr 2: Unfairness (Verhungern)
- Deadlock?
- Lösungen
Archivierung, Kompression, Verschlüsselung
- Überblick
- Kompression
- Kompression-Anforderungen
- Verlustfreie Kompression
- Kodierungen
- Codes
- Präfix-Codes
- Huffman-Code
- Dynamischer Huffman-Code
- Move-To-Front
- Lempel-Ziv-Welch-Kompression (LZW)
- Lempel-Ziv (sliding window) LZ77
- Burrwos-Wheeler-Transformation
- Burrows-Wheeler (II)
- Burrows-Wheeler-Aufgabe
- Überblick
Fehler-Erkennung und -Korrektur
- Prüfsummen
- Hamming-Abstände
- Abstände und Codes
- Fehler-Erkennung und -Korrektur
- Perfektion/Redundanz: Kosten/Nutzen
Kryptographie
- Verschlüsselung
- Einfache Verfahren
- The Gold Bug
- Block-Substitution
- UNIX-Passwörter
Kryptographie mit öffentlichen Schlüsseln
- Schlüssel-Übertragung
- Einweg-Funktionen
- Öffentliche und private Schlüssel
- Etwas Zahlentheoretie
- RSA-Verfahren
- Beispiel
- Hilfsmittel: erweiterter Euklid
- Hilfsmittel: schnelles Potenzieren
- Sicherheit
- Primzahlgenerierung/-Test
- Mehrstufiges Vorgehen
- Unterschriften
- Beglaubigte Unterschriften
- Wirtschaft und Politik
Rechnernetze
- Geschichte
- OSI-Referenzmodell
- OSI-Referenzmodell (I)
- OSI-Referenzmodell (II)
- Das Internet
- Ethernet
- Token Rings
- Kopplung von Netzen
- IP-Adressierung: Karten
- IP-Adressierung: Routing
- Adressierung: Namen
- Kopplung: Forwarding
- Netzwerk-Dienste
- Das X-Window-System
- Ports
- Firewalls
- Sicherheitslücken
- Buffer Overflow Attacks
- Double Dot Attack
- (SQL) Command Injection
- Sicherheit (Zusammenfassung)
Zusammenfassung
- Informatik -- Teilgebiete
- Informatik -- Definition
- Sprache
- Mathematische Modelle
- (Software-)System-Design-Regeln
- Autotool-Highscore-Auswertung
- Testfragen
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Johannes Waldmann 2008-04-08