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Agenda für heute, 5. Januar 2007

• Interaktion mit InformatikmittelnInteraktion mit Informatikmitteln• Grundlagen der Programmierung• Hilfsmittel für die Programmierung • Webprogrammierung

© Institut für Computational Science, ETHZ

Interaktion mit Informatikmitteln

Dialogbetrieb Echtzeitbetrieb Stapelbetrieb

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Dialogbetrieb

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• Interaktive Eingabe von Instruktionen und Daten

• Ausgabe von Daten in Echtzeit

• Steuerung eines Programms während seiner Ausführung möglich



Echtzeitbetrieb

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• Kurze Reaktionszeiten

• Hohe Zuverlässigkeit

• Messen, Regeln, Ablauf-steuerungen



Stapelbetrieb

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• Vollständig spezifizierter Auftrag wird ausgeführt

• Keine Möglichkeit, auf den Programmablauf einzuwirken

• Rechenintensive Arbeiten, Routineaufgaben (z.B. autom. Backup)

• Batch-Dateien (.BAT), Makros

• Interaktion mit Informatikmitteln

• Grundlagen der ProgrammierungGrundlagen der Programmierung• Hilfsmittel für die Programmierung • Webprogrammierung


Was ist ein Programm?

Eine Folge von Instruktionen, mit denen ein Computer(programm)

den Inhalt von Speicherzellen verändert.

Datenstrukturen

Algorithmus

SequenzVerzweigungWiederholung

Variable . . .. . . Datei . . .

. . . Objekt

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Instruktionen sind durch die Programmierumgebung vorgegeben

Anwendungs- Befehle der Anwendung + ev. Anweisungen programme: einer Programmiersprache

Betriebssystem: Anweisungen einer Kommandosprache

Webseite: Anweisungen einer Skriptsprache

Aber was führt der Prozessor schlussendlich aus?

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Hierarchische Gliederung von Programmierumgebungen

14 000016 01020015 000020 06010216 000022 010001

Anwendungsspezifische

Programme

Höhere

Programmiersprache

Assemblierer

Maschinensprache

011101000100101ProzessorBefehlssatz

INC R2 ;MOV R2,R0 ; CALCULATEADD R1,R2 ; F(3)

while not finished dobegin

if temp >= 32 then

Sub Makro1 ()Range("B6").Select

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Zwei Arten der Programmausführung (vereinfacht)

1) Programm wird kompiliert (übersetzt)

2) Programm wird interpretiert

Maschinen-codeCompiler

Quellcode

InterpreterQuellcode Maschinen-

code

Prozessor

Compiler

Prozessor

(Wird das Programm verändert, muss es neu kompiliert werden)

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Nobody's perfect: Fehlerquellen

• Falsche Programmlogik: diese Fehler müssen wir selber finden.

• Nichtbeachten der Regeln der Programmiersprache: Hier kann uns ein "Debugger" helfen.

• Falsche Daten: Verantwortung der Programmiererin,Programmiersprache kann helfen (Datentypen)

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Debugger (Entstörer)

• Sucht formale Fehler

• Prüft während der Ausführung

• Kann ein- oder ausgeschaltet werden

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Höhere Programmiersprachen: Historische Entwicklung (Bsp.)

1999 DELPHI 5 JINI 1998 Active Oberon19971996 JAVA1995 FORTRAN 95 DELPHI

19941992 Object-Pascal VBA1991 1989 1988 Oberon1986 Eiffel1985 Turbo-Pascal C++

1980 FORTRAN 77 PASCAL MODULA-2 SMALLTALK 80 C BASIC12/37


Die wichtigsten Programmierparadigmen

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(Paradigma: Denkmuster)

Imperative ProgrammierungBefehls- oder Anweisungsorientiert

Objektorientierte ProgrammierungObjekte mit Eigenschaften und Operationen

Deklarative Programmierung

Fakten & logische Aussagen (Regeln)


Imperative Programmierung

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Ein Befehl in der Eingabeaufforderung löst eine Folge von Anweisungen aus

Bildschirm Programmcode

Pascal-AnweisungsfolgeBefehlszeile


Objektorientierte Programmierung

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Click auf Fakultät löst Nachricht aus: "wende Methode M1 an"

Bildschirm Programmcode

Ganzzahl-ObjektGrafisches Objekt

• Interaktion mit Informatikmitteln• Grundlagen der Programmierung

• Hilfsmittel für die ProgrammierungHilfsmittel für die Programmierung • Webprogrammierung


Hilfsmittel für den Programmentwurf

Pseudocode Natürlichsprachliche, knappe Beschreibungunter Einbezug der Notation einer Programmier-

sprache.

Flussdiagramme Gerichtete Liniendiagramme zur Illustrationvon Abläufen (Programmablaufplan).

Struktogramme Darstellung von Aktionen durch Blöcke, die aneinander gereiht oder ineinander

geschachtelt werden (Nassi-Shneiderman- Diagramm).

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Pseudocode

Beispiel: Temperaturwerte sollen von Grad Fahrenheit inGrad Celsius umgerechnet werden.

read(F)subtrahiere 32multipliziere mit 5/9write(C)

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Flussdiagramme

Drei elementare Konstruktionselemente für Algorithmen:

Sequenz, Fallunterscheidung und Wiederholung

Diese Elemente lassen sich durch geeignetes Aneinanderreihen der folgenden zwei Symbole grafisch darstellen:

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Operation Fallunterscheidung Eingabe/Ausgabe


Flussdiagramme: Sequenz

read(F)

T = F - 32

C = T x 5 / 9

write(C)

Am Beispiel der Temperaturumrechnung:

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Flussdiagramme: Fallunterscheidung

read(F)

T = F - 32

C = T x 5 / 9

write(C)

Angenommen, wir rechnen die Temperaturen nur um, falls sie über dem Gefrierpunkt sind, andernfalls geben wir eine Warnung aus.

F 32

Warnung

wahrfalsch

Pseudocode:read(F)if F >= 32then begin subtrahiere 32 multipliziere mit 5/9 write(C) endelse gebe warnung aus

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Flussdiagramme: Wiederholung

F = 0

Stopp

Nun möchten wir eine Umrechnungstabelle erstellen, die für jedes ganze Grad Fahrenheit zwischen 0 und 100 die entsprechende Temperatur in Celcius angibt.

F < 101Berechne Cwrite(F,C)erhöhe F

wahrfalsch

Pseudocode:F = 0solange F < 101begin subtrahiere 32 multipliziere mit 5/9 write(F,C) F = F + 1 end

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Beispielaus dem Labor

Automatische Titration

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Struktogramme: Sequenz, Fallunterscheidung

Sequenz

Anweisung 1

Anweisung 2

....

Anweisung n

Fallunterscheidung

Anweisung 1 Anweisung 2

ja neinBedingung b

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Struktogramme: Wiederholung

Schleife 0 bis n mal

Solange Bedingung b

tue Anweisungen

Schleife genau n mal

Schleife 1 bis n mal

Wiederhole Anweisungen

bis Bedingung b

Für i = Anfangswert bis Endwert

tue Anweisungen

In Struktogrammen sind unbedingte Sprünge (goto) nicht möglich.

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Struktogramme: Beispiele

Für F = 0 bis 100, Schrittw. 1

F = F -32

tue C = F • 5/9

Ausgabe C

Umrechnungstabelle, die für jedes ganze Grad Fahrenheit zwischen 0 und 100 die entsprechende Temperatur in Celcius angibt.

Lösung einer quadratischen Gleichung. Mitteilung falls nicht lösbar (Diskriminante < 0).

Eingabe: p, q

a = p / 2

d = a2 - q

ja d < 0 nein

Ausgabe: "nicht lösbar"

h = √ d

X1 = a + h

X2 = a -h

X1, X2

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• WebprogrammierungWebprogrammierung


Statische Webauftritte

Kommunikationsschema für Webseiten

Client Server

1. Anforderung

3. Antwort

2. Bearbeitung

HTML-Seite an Clientzur Interpretation senden

Interaktion zwischen Web und Nutzer auf Mausklicks beschränkt

"Plakatcharakter" der Kommunikation

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Internet


Dynamische Webauftritte

• ServerseitigServer beantwortet Anfragen qualifiziert

Webdokumente werden durch Programme des Servers für den Client bedarfsgerecht aufbereitet

Jede Anfrage erhält eine individuelle Antwort

• ClientseitigClient erhält HTML-Dokumente, die Programme enthalten, zur Steuerung des Erscheinungsbildes im Browser

Z.B. in Abhängigkeit von Mausaktionen oder von Zeitgebern (Animationen)

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Clientseitige dynamische Webauftritte

Client Server

1. Anforderung

3. Antwort

Dynamische Effekte um den Komfort der Benutzerschnittstelle zu verbessern (z.B. Erscheinen von neuen Fenstern mit Zusatz-informationen)

Bereichs- und Gültigkeitsüberprüfung von Zahlen und Texten in Formularen

Hervorheben von Dokumentteilen bei Erhalt des Mausfokus

2. Bearbeitung

HTML-Seite an Clientzur Interpretation senden

sorgfältig einsetzen!

4. Bearbeitung

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Serverseitige dynamische Webauftritte

Client Server

1. Anforderung

3. Antwort

2. Bearbeitung

Programmaufruf (*.pl)

CGI (Common Gateway Interface)

Am meisten verbreitete Technik um Programme in Webservern aufzurufen.Für die Programmierung selbst werden sog. Script-sprachen verwendet.

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Was sind Scriptsprachen?

Scripting Das Zusammenfassen von Programmaufrufen zu einem "Drehbuch" (script), das nach belieben auf-gerufen werden kann

Scriptsprache Erweiterung des Scripting um Programmier-sprachliche Elemente(Übergabe von Resultaten an Folgeprogramm, Überspringen von Programmen,

Wiederholungen)

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Clientseitige Dynamik: Beispiel

• Grundlage des Webs sind HTML-Dokumente (HyperText Markup Language)

• HTML-Dokumente sind Textdateien, deren Inhalt durch einen Browser interpretiert wird und die mittels Hypertext-Techniken andere Dokumente einbinden können

• Markups sind Anweisungen in einem HTML-Dokument, die angeben, wie Texte und grafische Elemente zu präsentieren sind

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Markups

Ein HTML-Dokument besteht aus einer Folge von Markups, die durch einen Browser der Reihe nach abgearbeitet werdenBeispiel<TABLE Border=1 Width=400 Heigth=300 BGcolor=silver>

<TR><TD Height=20% Colspan=2> </TD></TR><TR><TD Width=25%> </TD>

<TD> </TD></TR></TABLE>

Diese Markups codieren eine 400 x 300 Pixel grosseTabelle, die sichtbar gemacht wird (Border=1)

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Markups

Markups sind z.B.:<TR> . . . </TR> (Table Row) oder<TD> . . . </TD> (Table Data)

Die Symbole: <TR>, <TD>, <TABLE>

werden als Tags oder Marken bezeichnet, wobei <TR> eine Startmarke und </TR> eine Endmarke ist

Tags werden mit Attributen ergänzt, welche die Details der Darstellung angeben:<TABLE Border=1 Width=400 Heigth=300 BGcolor=silver>

http://www.willcam.com/cmat/html/tags.html

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http://www.willcam.com/cmat/html/tags.html


Formulare: Interaktive Webseiten

Durch Drücken des "Bestellen!"-Knopfes (Submit-Knopf) wird das Formular zum Ziel gesandt (gegeben durch den URL der Webseite des Formulars)

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Formulare

"Abschicken" eines Formulars• Das Method-Attribut bestimmt, in welcher Form dies geschieht• Bei GET werden die Daten als "Query-String" an die Action-URL

geheftet• Die Daten schliessen sich dem Fragezeichen der URL an:

Ziel-URL/formular.html?Anzahl=6&Item=Birnen

DatenelementTrennzeichen

Hinweis: Kein Schutz gegen Missbrauch!!35/37

Der Query-String wird vom Webserver an dort ablaufende Programme weitergegeben (z.B. über CGI), kann aber auch HTML-Dokumenten auf der Client-Seite verfügbar gemacht werden

Programmieren kann in allen Bereichen des Informatik-

Arbeitsplatzes eingesetzt werden!

Datenverwaltung

InformationserzeugungDatenverarbeitung

Kommunikation

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Programmiervorlesungen für die Naturwissenschaften (SS)

• 251-0840-00 Anwendungsnahes Programmieren (Java)

• 251-0842-00 Programmieren und Problemlösen (Delphi)

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Wir wünschen Ihnen ein schönes Wochenende.

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