Grundlagen der Informatik Flashcards
(106 cards)
1
Q
Was bedeutet der Begriff Informatik?
A
- Kombination aus “Information” und “Automatik”
- Umfasst die automatisierte Informationsverarbeitung
2
Q
Erkläre den Begriff “Algorithmus”
A
- Detaillierte und explizite Vorschrift
- Schrittweise Lösung einer Aufgabe
3
Q
Nenne vier Eigenschaften eines Algorithmus
A
- Finitheit
- Ausführbarkeit
- Dynamische Finitheit
- Terminierung
4
Q
Was versteht man unter “Finitheit” im Rahmen von Algorithmen?
A
Verfahren muss eindeutig in einem endlichen Text beschreibbar sein
5
Q
Was versteht man unter “Ausführbarkeit” im Rahmen von Algorithmen?
A
Jeder Schritt des Verfahrens muss tatsächlich ausführbar sein
6
Q
Was versteht man unter “Dynamische Finitheit” im Rahmen von Algorithmen?
A
Verfahren darf zu jedem Zeitpunkt nur endlich viel Speicherplatz benötigen
7
Q
Was versteht man unter “Terminierung” im Rahmen von Algorithmen?
A
Das Verfahren darf nur endlich viele Schritte benötigen
8
Q
Was versteht man unter “Moore’s Law”?
A
Packdungsdichte auf einem Mikroprozessor (damit die Leistung) verdoppelt sich etwa alle 18 Monate
9
Q
Nenne die vier Hauptgebiete der Informatik
A
- Angewandte Informatik
- Technische Informatik
- Praktische Informatik
- Theoretische Informatik
10
Q
Mit was beschäftigt sich die angewandte Informatik?
A
- Wirtschaftliche oder kommerzielle Anwendungen
- Wissenschaftliche Anwendungen
11
Q
Mit was beschäftigt sich die technische Informatik?
A
- Mikroprozessortechnik
- Rechnerarchitektur
- Rechnerkommunikation
12
Q
Mit was beschäftigt sich die praktische Informatik?
A
- Programmiersprachen
- Compiler
- Interperter
- Algorithmen und Datenstrukturen
- Betriebssysteme
- Datenbanken
13
Q
Mit was beschäftigt sich die theoretische Informatik?
A
- Automatentheorie
- Formale Sprachen
- Berechenbarkeitstheorie
- Komplexitätstheorie
14
Q
Wie erfolgt die Darstellung von Information und was wird dazu benötigt?
A
- Erfolgt durch Daten
- Man benötigt eine sogenannte “Kodierung”
15
Q
Wie bezeichnet man die Extraktion von Information aus Daten?
A
Dekodierung
16
Q
Nenne einige Beispiele, wie Informationen repräsentiert werden können
A
- ASCII-Code (Hexdarstellung)
- QR-Code
- Barcode
17
Q
Was ist ein Bit?
A
- binary digit
- Kleinstmögliche Einheit der Information
- 0/1, ja/nein, an/aus
18
Q
Was ist ein Nibble?
A
Halb-Byte (4 Bit)
19
Q
Was ist ein Byte?
A
Zwei Nibble (8 Bit)
20
Q
Was ist ein Wort?
A
Zwei Byte (16 Bit)
21
Q
Wie werden die natürlichen Zahlen in der Informatik dargestellt?
A
- Vorzeichenlose Zahlen (unsigned)
- Binärdarstellung (0 bis 2^n-1)
22
Q
Welche Zahlensysteme kennst du?
A
- Binärsystem (Basis 2)
- Hexadezimalsystem (Basis 16)
- Oktalsystem (Basis 8)
23
Q
Rechne um:
(11002)₂ = ( ? )₁₀
A
1 * 2^4 + 1 * 2^3 + 0 * 2^2 + 0 * 2^1 + 1 * 2^0 = 25
24
Q
Beschreibe einen Algorithmus, wie man vom Dezimalsystem in andere Positionssysteme kommt
A
Gegeben sind:
Dezimalzahl x, Zahlensystem mit Basis n
- x / n = y Rest z
- Mache y zum neuen x. Fahre mit Schritt 1 fort, bis das neue x gleich 0 ist
- Ermittelten Reste z von unten nach oben nebeneinander schreiben erzeugen das gewünschte Ergebnis
25
Wie wird das Vorzeichen im Binärsystem ausgedrückt?
Durch das führende Bit.
0 -> positive Zahl
1 -> negative Zahl
26
Um welche Zahl handelt es sich in der Vorzeichendarstellung:
0100
+4
27
Um welche Zahl handelt es sich in der Vorzeichendarstellung:
1111
-7
28
Nenne zwei Nachteile der Vorzeichendarstellung
- Zahl 0 wird durch verschiedene Bitfolgen dargestellt (+0 und -0)
- Rechnen ist komplizierter geworden
29
Was versteht man unter der Zweierkomplementdarstellung?
- Das am weitesten links stehende Bit wird als Vorzeichen-Bit genutzt (Most Significant Bit)
- 0: positiv, 1: negativ
30
Wie bildet man aus einer Binärzahl das Zweierkomplement?
1. Invertieren einzelner Bits
2. Addition einer 1
1) -5 (Dez) = 0101 (Binär)
2) 0101 wird zu 1010
3) 1010 + 1 = 1011
1011 im Zweierkomplement entspricht -5 im Dezimalsystem
31
Wie bildet man aus einem Zweierkomplement die Dezimalzahl?
1. Zweierkomplement invertieren
2. Addition einer 1
1011₂ -> 0100₂
0100₂ + 0001₂ = 0101₂
```
0101₂ = 5
1101₂ = -5
```
32
Wie kann man das Zewierkomplement noch in eine Dezimalzahl umwandeln?
Wertigkeit beim Rechnen abziehen
1011₂ = -5₁₀
(-8 * 1) + (4 * 0) + (2 * 1) + (1 * 1) = -5₁₀
33
Aus welchen Komponenten besteht die Gleitpunktdarstellung?
- Vorzeichenbit V
- Mantisse M
- Exponenten E (mit einer Basiszahl b)
34
Wie viele Zeichen kann man mit einem Byte darstellen?
2⁸ = 256
35
Welche Codes verwendet man häufig, um Zeichen darzustellen?
- ASCII (American Standard Code of Information Interchange)
| - EBCDIC (Extended Binary Codes Decimal Interchange Code)
36
Was versteht man unter der boolschen Algebra?
Eine Menge {0, 1} mit
den binären Operationen:
- Konjunktion (UND ∧)
- Disjunktion (ODER ∨)
dem unären Operator:
- Negation (NICHT ¬)
37
Was sagen die de-morganschen Gesetze aus?
(1)
nicht (a und b) ist äquivalent zu ((nicht a) oder (nicht b))
¬(a ∧ b) ⇔ ¬a ∨ ¬b
(2)
nicht (a oder b) ist äquivalent zu ((nicht a) und (nicht b))
¬(a ∨ b) ⇔ ¬a ∧ ¬b
38
Was ist eine bool'sche Funktion?
Funktion mit einer Verknüpfung von AUssagen e mit den boolschen Operatoren
f(e₁, ..., eₓ) -> {0, 1}
39
Was versteht man unter einem Literal?
Eine bool'sche Variable oder deren Negation
40
Was versteht man unter einem Minterm?
Die Konjunktion von Literalen
| -> Minterm nimmt meist das Minimum der boolschen Werte an (eine 0 reicht um alles 0 zu machen)
41
Was versteht man unter einem Maxterm?
Die Disjunktion von Literalen
| -> Maxterm nimmt meist das Maximum der boolschen Werte an (eine 1 reicht um alles 1 zu machen)
42
Was versteht man unter einem Halbaddierer?
- Schaltnetz
- Zwei Eingänge zwei Ausgänge
- Man kann zwei einstelligeBinärzahlen addieren
43
Nenne die fünt Funktionseinheiten eines Von-Neumann-Rechners
- Steuerwerk (CPU)
- Rechenwerk (ALU)
- Speicher
- Eingabewerk
- Ausgabewerk
44
Was bedeutet ein Takt von 100 MHz bei einer CPU?
- 100 Millionen Taktzyklen innerhalb einer Sekunde
45
Nenne einige wichtige Register des Steuerwerks
- Befehlsregister (aktueller Maschinenbefehl)
- Befehlszähler (nächster Befehl)
- Statusregister (Status aktueller Operation)
46
Beschreibe den Von-Neumann-Zyklus
1. Fetch (Hole Befehl)
2. Decode (Identifiziere Befehl = Operator)
3. Fetch Operands (Hole die Operanden)
4. Execute (Führe die Operation aus)
5. Write back (Speichere Ergebnis)
47
Was versteht man unter dem Von-Neumann-Flaschenhals?
- Verbindungssystem (Bus) zwischen Prozessor und Speicher ist Engpas
- > Geschwindigkeit des Bus ist deutlich geringer
- > Unnötige Wartezeiten
- > Wird durch Cache im Prozessor (L1) oder vor dem Prozessor (C2) entgegengewirkt
48
Erkläre die Speicherhierarchie von oben nach unten
```
Oben: Geschwindigkeit
1) Register
2) Cache
3) Arbeitsspeicher
4) Festplatte
Unten: Speicherkapazität
```
49
Welche Aufgabe hat ein Bussystem?
- Verbindung der Komponenten eines Rechners
| - Daten zum richtigen Zeitpunkt an den richtigen Ort liefern
50
Welche Aufgabe hat der Prozessor eines Rechners?
- Digitale Informationen verarbeiten, die durch das Bussystem transportiert werden
- Taktfrequenz ist die Anzahl der Impulse je Zeiteinheit, mit der ein CPU andere Komponenten versorgen kann
51
Welche Leistungskennzahlen eines CPUs kennst du?
- FLOPS: Floating Point Operations Per Second
| - MIPS: Million Instructions Per Second
52
Was ist ein Betriebssystem?
- Schnittstelle zum Anwender
- Liefert Umgebung für Anwendungsprogramme und deren Kommunikation mit der Hardware
- Ermöglicht Programmierern eine Abstraktion von der konkreten Hardware
53
Nenne einige Funktionen eines Betriebssystems
- Ein- und Ausgabe
- Dateiverwaltung
- Programmausführung
- Prozessverwaltung
- Speicherverwaltung
54
Unter welchen vier Ebenen unterscheidet man für Information in der Informatik?
- Codierung (Zeichen)
- Syntax (Struktur)
- Semantik (Bedeutung)
- Pragmatik (Relevanz)
55
Was versteht man unter Caesars Chiffre?
- Ersetzung eines Buchstabens in einem Text durch einen Buchstaben, der 3 Plätze weiter im Alphabet steht (zyklisch)
- Monoalphabetischer Code
A -> D
B -> E
...
Z -> C
56
Was versteht man unter dem Informationsgehalt?
TODO
57
Was versteht man unter Entropie?
TODO
58
Was ist ein RAID?
- Redundant Array of Independent Disks
| - Gemeinsame Nutzung von Festplatten zur Erhöhung des Durchsatzes und der Ausfallsicherheit
59
Was versteht man unter RAID Level 0?
- Daten werden über alle beteiligten Festplatten verteilt. ("Striping")
(+) Steigert den Datendurchsatz.
(-) Keine Sicherheit.
-> Fällt eine Platte des Verbunds, sind alle Daten verloren.
60
Was versteht man unter RAID Level 1?
- Daten werden gespiegelt, also doppelt gespeichert. ("Mirroring")
(+) Datensicherheit / Redundanz
(-) Teuer, da man für Speicherplatz doppelt zahlen muss
-> Fällt eine Platte aus, kann die andere noch benutzt werden.
61
Was versteht man unter RAID Level 4?
- Daten werden in Datenblöcken organisiert ("Block Striping")
(+) Striping ermöglicht das Lesen von Daten von jeder Festplatte.
(+) RAID 4 ist gut für sequentiellen Datenzugriff geeignet.
(-) Dedizierten Paritätsplatte kann zu Leistungsengpässen bei Schreibvorgängen führen
- > Wenn auf eine Produktivplatte geschrieben wird, werden Paritätsinformationen auf die dezizierte Paritätsplatte geschrieben
- > Datenblöcke werden bitweise über XOR verbunden, um die Daten abzurufen
- > Meist durch RAID 5 im Einsatz
62
Was versteht man unter RAID Level 5?
- Daten werden auf allen Festplatten mit zusätzlichen Paritätsinformationen gleichmäßig verteilt.
(+) Steigerung des Datendurchsatzes
(+) Datensicherheit bleibt gewährleistet
-> Es müssen mindestens drei Festplatten vorhanden sein.
63
Was versteht man unter RAID Level 10?
- Eine Kombination aus RAID 1 und RAID 0.
- Es werden Festplatten gespiegelt (RAID-1) und die Daten anschließend mittels Striping (RAID-0) über die Festplatten verteilt.
(+) Bessere Performance
(+) Datensicherheit bleibt gewährleistet
64
Welche Grundprinzipien der Vernetzung kennst du?
- WAN (Wide Area Network)
- MAN (Metropolitan Area Network)
- LAN (Local Area Network)
65
Welche Netzwerktopologien kennst du?
- Bus
- Ring
- Star
- HIerarchical
- Mesh
66
Welche Vorteile hat eine Stern-Topologie?
- Neue Rechner lassen sich einfach einfügen
| - Ein kaputtes Kabel lässt das Netzwerk nicht ausfallen
67
Welche Nachteile hat eine Stern-Topologie?
- Zentrale darf nicht ausfallen
| - Eventuelle Überlastung der Zentrale
68
Welche Vorteile hat eine Ring-Topologie?
- Einfach und preiswert
| - Rechner können leicht hinzugefügt werden
69
Welche Nachteile hat eine Ring-Topologie?
- Schwer einzurichten
| - Totalausfall, wenn ein Rechner ausfällt
70
Beschreibe das TCP/IP-Referenzmodell
Von unten nach oben mit einem aus vielen Protokollen:
- Netzwerkschicht (Ethernet)
- Internetschicht (IP)
- Transportschicht (TCP)
- Anwendungsschicht (HTTP)
71
Was bedeutet VPN?
Virtual Private Network
72
Was ist die Aufgabe eines VPNs?
Über ein öffentliches Netz sicher Daten zwischen zwei Parteien vermitteln.
73
Was ist ein VPN-Tunnel?
Eine logische, verschlüsselte Verbindung zwischen zwei Endpunkten in einem öffentlichen Netz.
74
Was ist eine Firewall?
Ein System, welches Datenverkehr analysieren, weiterleiten oder blockieren kann.
Sowohl als Software- oder Hardwarelösung verfügbar.
75
Was versteht man unter dem 3-Ebenen-Modell beim Cloud-Computing?
- Software as a Service (SaaS)
- Platform as a Service (PaaS)
- Infrastructure as a Service (Iaas)
76
Was versteht man unter SaaS?
Anwendungen für den Nutzer als standartisierten Service
77
Was versteht man unter PaaS?
Entwicklungsumgebung / Leistungen für Entwickler / Bereitstellung von fertigen Komponenten
78
Was versteht man unter IaaS?
Bereitstellung von Speicher und Rechenleistung auf virtualisierten Servern
79
Was sind die Treiber für das Cloud Computing?
- Kostensenkung
- Verringerte Kaptialbindung
- Konzentration auf das Kerngeschäft
- Skalierbarkeit
80
Was sind die Hemmnisse für das Cloudcomputing?
- Datensicherheit
- Datenschutz
- Abhängigkeit von einzelnen Dienstleistern
81
Was versteht man unter operativen Systemen?
- Anwendungssysteme die den Geschäftsbetrieb ausführen
- > Informationseingabe
- > Aufbereitung
- > Benutzerverwaltung
82
Was ist das Kernelement der Digitalisieurng?
Das Vermeiden von Medienbrüchen
| -> Liegt eine Information in digitaler Anwendung vor, so soll sie auch digital weitergeleitet werden
83
Was versteht man unter Industrie 4.0?
- Vernetzung der industriellen Produktions mithilfe von Informations- und Kommunikationstechnik
- Selbstorganisation und Selbstoptimierung
84
Was versteht man unter Cyber-Physical-Systems?
- RFID / Internet of Things
- Internet
- Embedded Systems
- Wireless Sensor Networks
- Mobile Networks
- Satellite Networks
85
Was versteht man unter Internet of Things / Ubiquitous Computing?
- Produkte, Geräte, Behälter werden mit Mikroelektronik ausgestattet
- > eindeutig identifizierbar und können kommunizieren
- > Abbildung von Prozessen in Echtzeit
86
Nenne einige Beispiele für die Anwendung von IoT
- Kontrolldienstleistungen (Track&Trace / Vorwerk)
| - Risikodienstleistungen (KFZ-Versicherung auf Basis von Fahrwerten)
87
Wo liegt der Unterschied zwischen Einer- und Zweierkomplement?
Beim Einerkomplement wird die Null doppelt besetzt (+0, -0, 1111, 0000).
Beim Zweierkomplement wird immer +1 addiert (erzeugt dadurch Überlauf, bspw:
```
1111 1111 + 1
wird zu
1 0000 0000
das letzte Bit (ganz links) wird abgeschnitten
demnach wird dargestellt:
0000 0000
```
=> keine doppelte Besetzung
88
Was versteht man unter der disjunktiven Normalform?
Minterme mit ODER verknüpft
(x UND y UND z) ODER (nicht x UND nicht y UND z)
wird gebildet bei f(x, y, z) = 1
89
Was versteht man unter der konjunktiven Normalform?
Maxterme mit UND verknüpft
(x ODER y ODER z) UND (nicht x ODER y ODER z)
wird gebildet bei f(x, y, z) = 0
90
Wie nennt man Terme einer boolschen Funktion, die man nicht weiter vereinfachen kann?
Primimplikanten (der Funktion f bspw.)
91
Beschreibe grob das Quine-McCluskey Verfahren
1. Ausdrücke solange vereinfachen, bis es nicht geht
2. Ursprüngliche Ausdrücke nummerieren und mit Primimplikanten in eine Tabelle bringen
3. Schauen, welche Primimplikanten benötigt werden, um alles abzubilden
4. Finale minimale Funktion aufschreiben
92
Wann spricht man von Kompression?
- Codierung einer Zeichenkette (n) auf eine Zeichenkette (m)
| - es gilt: m < n ohne Informationsverlust
93
Was ist ein Repetition Code?
Ein Code, bei dem die Zeichen n-fach vervielfältigt werden, heißt Repetition Code
1 1 1 0 0 0
wird zu
111 111 111 000 000 000
so können Fehler erkannt werden (110 war wahrscheinlich 111)
94
Welchen Zweck hat ein Prüfbit?
Wird an eine Bitfolge angehängt, um Übertragungsfehler zu erkennen
95
Was versteht man unter der Hamming-Distanz?
- 2 Blöcke mit fester Länge (Codewörter)
| - Hemming-Distanz ist die Anzahl der unterschiedlichen Stellen
96
Wie erechnet man die Anzahl der möglichen Fehler, die durch den Hamming-Abstand erkannt werden könen?
Erkennung = Hamming-Abstand -1
97
Wie viele Festplatten benötigt man mindestens für ein RAID-4-System?
Mindestens drei.
2 Datenfestplatten
1 Paritätsplatte
98
Was ist ein Hub?
- Verbindet mehrere Hosts in einem Netzwerk
| - Nimmt ein Datenpaket entgegen und sendet es an alle anderen Ports weiter.
99
Was ist ein Switch?
- Ähnlich wie beim Hub: verbindetet mehrere Hosts
- Unterschied: ein Switch kann direkte Verbindungen zwischen den angeschlossenen Geräten schalten
- Layer-3-Switch (Kombination aus Router und Switch)
100
Was ist ein Router?
- Ein Router verbindet mehrere Netzwerke mit unterschiedlichen Protokollen und Architekturen
- Routenermittlung und Routenoptimierung
101
Was versteht man unter TCP/IP?
- Protokollfamilie für die Vermittlung und den Transport von Datenpaketen in einem dezentral organisierten und globalen Netzwerk (Internet)
102
Warum ist es sinnvoll, Daten in mehrere Pakete aufzuteilen?
- Pakete sind unabhängig voneinander (Reihenfolge ist egal)
- Wegewahl kann optimiert werden
- Bei TCP: Fehlerkontrolle, falls Pakete nicht ankommen, um sie neu anzufordern
103
Welche Aufgabe hat ein DNS Service?
IP-Adresse auflösungen zu einem Computer- oder Domainnamen
104
Erläutere den Begriff „Vertikale Integration“ innerhalb eines Betriebs
Anwendungen der untersten Ebene (operative Ebene) geben Daten weiter an die
(Mittlere Ebene) für Management-Informationssysteme und diese liefern Daten für die
oberste Ebene (Entscheidungsunterstützungssysteme) für das Top-Management
- Unterste / Operative Ebene gibt Daten an
- Mittlere Ebene gibt Daten an (Management)
- Oberste Ebene (Entscheidungen treffen)
105
Erläutere den Begriff „Horizontale Integration“ innerhalb eines Betriebs
Wenn eine Anwendung A einer Ebene Daten an eine Anwendung B der gleichen Ebene ohne Medienbruch weiterleitet, sind diese horizontal integriert
106
Welche Integration lässt sich auch betriebsübergreifend anwenden?
- Die horizontale Ebene
| - Austausch mit Lieferanten, Abnehmern etc. (Lieferkette)
