Informatik 1

Ist eine eindeutige Handlungsvorschrift um Probleme zu lösen. Diese bestehen aus endlich vielen Einzelschritten.

1. Ein-/ Ausgabe
2. Algorithmus
3. Programm
4. Berechnungsprozess

1. Machine Language (0101)
2. Assembly language
3. C/C++, Fortran
4. Matlab, Python, Perl
5. Wolfram Alpha

Programm ist aufgeteilt in Funktions definitionen. -eine Art von deklarativer Sprache
( Scala, F#, Clojure, Lisp)

Ein Programm welches in sequenzen von Schritten geschrieben ist, dass im Schluss ein Ergebnis ausgibt. (Cobol, Fortran, C)

Ein Programm wird in Objekte aufgeteilt, diese haben Methoden, Eigenschaften(Variablen). Die Methoden bearbeiten die Eigenschaften.(Python, Java, C#, C++)

Used to create programs, that enable the Computer to reason logically. Specification of the Task instead of the algorithmic model.("Was statt Wie")

1. Editor
2. Compiler
3. Linker
4. Debugger
5. Version Control
X. und vieles mehr

übersetzt den Quellcode in die Maschinensprache
( g++ -c test.cpp), überprüft den Quellcode auf Syntax Fehler

Führt mehrere Objektdateien zusammen um eine ausführbare datei zu erstellen. Dadurch kann man Code wiederverwenden.

beim Suchen von Symantik-/Syntaxfehlern im Quellcode, man kann sich genau ansehen was in einer bestimmten Stelle vom Programm passiert.

um die Versionskontrolle vom Programm über die Entwicklungszeit vom Programm zu kontrollieren, man kann somit zu jeder Releaseversion vom Programm zurück springen

ein Texteditor in welchem man das Programm schreibt

Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen/Daten besonders der automatischen Verarbeitung mit Hilfe von Digitalrechnern (Computern)

1. Input/Output

3. Program
Das aufschreiben eines Algorithmuses in einer geeigneten Programmiersprache

4. Process
Ausführen eines Programmes an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit

Erforscht und entwickelt Konzepte zur Darstellung von Geräten und Prozessen als formal logische Systeme,
damit ist sie die Grundlegende für die Programmierung.

Die theoretische Informatik befasst sich insbesondere mit der Geschwindigkeit und dem Speicherverbrauch solcher Algorithmen.

Entwickelt grundlegende Lösungskonzepte für die wichtigsten Anwendungsbereiche der Informatik.

Sie beschäftigt sich besonders mit der Entwicklung von Computerprogrammen mit Hilfe spezieller Programmiersprachen und deren Nutzung in großen Softwaresystemen.

EVA-Prinzip:
1. Dateneingabe (Eingabe)
2. Datenverarbeitung (Verarbeitung)
3. Datenausgabe (Ausgabe)

Die Entwicklung der hierfür erforderlichen Hardware ist der Kernbereich der Technischen Informatik.

Untersucht inwieweit Abläufe durch den Einsatz von Computern automatisiert werden können.

Verfahren der Simulation und Computergrafik, der Bild und Sprachverarbeitung sowie der Modellierung schaffen konkrete Anwendungsmöglichkeiten für die Automatisierung.

Daten repräsentieren Information

Information kann aus den Daten abstraktiert werden

Beispiel Schachfiguren
Information --> Daten
------------------------------
Weißes Pferd --> 0100
weißer Turm --> 0101
schwarzes Pferd --> 1100
schwarzes Turm --> 1101

typ NameVariable = Wert;

Beispiel
int Variable = 100;
oder
int Variable {100}; manche Compiler überprüfen auf Fehler

​

1 static_cast<datentyp>(Var)
2 (datentyp) Var
3 datentyp(Var)

bei Impliziter oder expliziter Typenumwandlung kann es zu:
$\bullet \text{ Genauigkeitsverlust}$
$\bullet \text{ Überschreitung des Grenzbereiches}$
$\bullet \text{ Verlust des Nachkommateils bei der Umwandlung z.B. double in int}$
$\bullet \text{ Vorzeichenverlust negative Zahl wird unsigned Datentyp umgewandelt}$

16Bit

32Bit

implizite Typenumwandlung werden vom Compiler automatisch vorgenommen

Programmierer schreibt in den Code die Typenumwandlung

um eine Zahl in ein anderes Zahlensystem umzuwandeln

$\sum_{i=0}^{n-1}z_i*B^i$

$z_i$ = Wertigkeit an der Position der Stelle

Beispiel:

$0110_B \rightarrow \quad 0*2^3+1*2^2+1*2^1+0*2^0=6_D

Eine if-Anweisung wird verwendet, um einen Codeblock auszuführen, wenn eine bestimmte Bedingung erfüllt is


if(booleanExpression)
{
//Executes when booleanExpression holds true
}
else if(booleanExpression2)
{
//Executes when booleanExpression2 holds true
}
else
{
//Executes when neither booleanExpression nor booleanExpression2 are true
}


Eine switch-Anweisung ermöglicht den Vergleich eines Ausdrucks mit verschiedenen möglichen Werten und führt entsprechende Codeblöcke aus.



switch(variable) {
case valueOne:
//statements
break;
case valueTwo:
//statements
break;
default: //optional
//statements
}

Eine for-Schleife wird verwendet, um eine bestimmte Anzahl von Iterationen durchzuführen. Sie besteht aus drei Teilen: Initialisierung, Bedingung und Inkrementierung.


for(Initialisierung; Bedingung; Inkrementierung)
{
//statements
}


Eine while-Schleife wird verwendet, um eine Iteration so lange auszuführen, wie eine bestimmte Bedingung erfüllt ist.


while(Bedingung)
{
//statements
}


Eine do-while-Schleife funktioniert ähnlich wie eine while-Schleife, jedoch wird der Schleifenkörper mindestens einmal ausgeführt, da die Bedingung am Ende der Schleife überprüft wird.


do
{
//statements
}while(Bedingung);

1. Rechenwerk ALU
2. Steuerwerk CU
3. Ein-/Ausgabewerk I/O
4. Speicherwerk Memory

1,2,3,4 sind über das Bussystem miteinander verbunden

1. Rechenwerk ALU
2. Steuerwerk CU
3. Ein-/Ausgabewerk I/O
4. Speicherwerk Daten
5. Speicherwerk Programm
6. Bussystem Daten
7. Bussystem Programm


1,3,4 sind über 6 miteinander verbunden
Auftrennung Datenbearbeitung

2,5 sind über 7 miteinander verbunden
Auftrennung Programmausführung

1. CU (Steuerwerk):
$\quad \text{Auführung des Programmcodes}$
$\quad \text{Instruction Decode: Dekodierung der Maschinenbefehle in Steuerbefehle oder Mikro-Instruktionen}$
2. ALU (Rechenwerk):
$\quad \text{zuständig für Mathematische und Logische Operationen}$
3. Registersatz:
$\quad \text{Speicherplätze innerhalb des Kerns. Die ALU rechnet mit den Werten in den Arbeitsregistern}$
4. Bussysteme:
$\quad \text{Datenbus: Austausch von Daten mit dem RAM}$
$\quad \text{Adressbus: Speicheradressen} $
$\quad \text{Steuerbus Koordinierung des Zugriffs auf Speicher und Peripherie (Steuerbus)}$

​

Verantwortlich für die Ausführung der Programme und die Steuerung und Verwaltung der Hardware

1. Fetch
Befehlszählerregister des Steuerwerks enthält die Adresse des nächsten Befehls

2.Decode
den Befehl decoden um die benötigte Schaltung zu aktivieren

3.Execute
Das Decodete wird Ausgeführt

danach wird wieder in Fetch gesprungen und der Zählerregister um eins erhöht.

Hochsprache
⬇️
Assemblersprache
⬇️
Maschinencode
⬇️
Instruction Set Architecture ISA
⬇️
Microarchitektur
⬇️
Gatter und Register

​

$\bullet \textsf{ großer Satz von Maschinenbefehlen, welche teilweise direkt komplexe Operationen ermöglichen}$
$\bullet \textsf{ Schlechtere optimierung für Pipelining Optimierungen }$
$\bullet \textsf{ Komplexität in Hardware}$
$\bullet \textsf{ Schwierig zu Programmieren}$
$\bullet \textsf{ Befehle können theoretisch variabel lang sein}$
$\bullet \textsf{ Befehle müssen erst dekodiert werden.}$
$\bullet \textsf{ Befehle werden vom Mikroprogramm interpretiert und in Elementaranweisungen }$
$\textsf{ zerlegt (Microcode), der dann ausgeführt wird.}$
$\bullet \textsf{ Steuerung durch Mikroprogramm in ROM}$

$\bullet \textsf{Beschränkung auf die hauptsächlich notwendigen atomaren Befehle}$
$\bullet \textsf{Anweisungen haben eine feste Länge}$
$\bullet \textsf{Keine Microcodedekodierung notwendig}$
$\bullet \textsf{Gute Eignung für Pipelining Optimierung}$
$\bullet \textsf{Ausführung erfolgt direkt in Hardware}$
$\bullet \textsf{Komplexität in Software}$

​

RISC:
$\frac{time}{program} = \frac{time}{cycle}*\frac{cycles}{Instructions}$

CISC:

$\frac{time}{program} = \frac{time}{cycle}*\frac{Instructions}{program}$

angriff auf die Ki, bei welcher die KI mit fehlerhaften werten injiziert wird

Computerwurm, welcher 974 uran zentrifugen in Iran zerstört hat

hat eine Wirtsdatei an welche sie sich anheftet
beim ausführen der Datei wird der Computer infiziert
in den meisten Fällen führt es zu Datenverlust

Malware, die sich selbstständig über Netze (Internet) verbreitet. Ein ..... nutzt sehr oft Sicherheitslücken zum Eindringen in ein System.

Diese Malware ist in einem scheinbar nützlichen Programm versteckt und kann z. B. Passwörter auslesen oder auf Daten im Netzwerk zugreifen und diese an den Auftraggeber der Malware übermitteln.

8 Bit

man nennt den Parameter auf was man das model tranieren will und gibt eine sehr hohe Menge an Daten diesem.

man lässt ein Model ähnlichkeiten in dem Datensatz erkennen und kann es somit für andere Eingangdaten verwenden

Im Vorfeld keine Daten erforderlich.
Stattdessen erfolgt die Bildung der Datenbasis durch ausführliche Trial-and-Error-Abläufe innerhalb eines eigens angelegten Simulations-Szenarios. Während der Trainingsdurchläufe werden alle erforderlichen Daten generiert und markiert.

• Aurora-generator test
• Stuxnet attack on Iran centrifuges
• Energy blackouts in Ukraine

• new target:
adversarial attacks
• offers new tools for defense/offensive:
• automatic threat detection
• automatic control unit testing

• Attack surface increases with
▪ OTA
▪ AI methods being vulnerable to adversarial attacks
• Ransom attacks increasingly more
▪ numerous
▪ lucrative
▪ sophisticated (Advanced Persistent Threats, Advanced Persistent Teenagers)

Beim funktionsaufruf wird eine Kopie der Variable der funktion übergeben.

Es wird nur der Wert der Kopie geändert und nicht der original variablen.
bsp:
.
funktion(variable);
.

direkter Zugriff auf den Wert der Variable.
Keine Kopie.

.
funktion(&variable);
.

std::cout<<&pointer<<std::endl;

int *pointer=null_ptr;
std::cout<<*pointer<<std::endl;
//dereferenzieren genannt

int *pointer=null_ptr;
std::cout<<pointer<<std::endl;

int n{ 1000 };
int* ptr = &n;
std::cout << *(ptr + 1)<<std::endl;

#include <random>
#include <ctime>
int main(int argc, char **argv)
{
std::mt19937 zufallszahlgenerator(time(nullptr));
std::cout<<zufallszahlgenerator();
return 0;
}