Codes & Algorithmen
In diesem Lerngebiet geht es darum, in welcher Form digitale Informationen vorliegen können (Codierung, Datentypen, Dateiformate usw.) und wie sie verarbeitet werden (Algorithmen).
MATERIALIEN
Alles, was ein Computer tut, folgt einem einfachen Prinzip: EVA
EVA
EVA: Eine Eingabe wird mittels automatischer Verarbeitung in eine Ausgabe verwandelt.
Beispiele:
- Sie schalten den Computer an (= Eingabe) – es dauert ein Weilchen, bis er gebootet hat (= Verarbeitung): Sie sehen die Oberfläche des Betriebssystems (= Ausgabe).
- Sie klicken auf das Firefox-Icon (das ist die Eingabe) – das Programm wird in den Arbeitsspeicher geladen (= Verarbeitung): Sie sehen das Browserfenster am Bildschirm (= Ausgabe).
- Sie schreiben www.oinf.ch in die Adressleiste des Browsers und drücken Return (E) – die Webseite wird aus dem Internet geholt und in einem temporären Cache lokal gespeichert (V): Die Seite wird im Browserfenster angezeigt (A).
- Sie tippen 5+17 in ein Rechenprogramm (E) – die Rechnung wird ausgeführt (V): Das Ergebnis 22 wird angezeigt oder abgespeichert (A).
- Sie schreiben
move();in die act-Methode einer Actor-Klasse im Greenfoot Editor und lassen das Szenario laufen (E) – der Code wird kompiliert und ausgeführt (V): Das Bild der Actor-Instanz bewegt sich um 10 Pixel geradeaus (A).
Analogie
Getränkeautomat: Münzen einwerfen und Wahltasten drücken (E) – Es passiert was mit Strom und Zahnrädern (V) – Getränk und ggf. Wechselgeld werden ausgegeben (A).
Die Analogie zeigt einen der wichtigen Vorteile des EVA-Prinzips: Eine EVA-Maschine kann man benutzen, ohne dass man verstehen müsste, wie genau die Verarbeitung vor sich geht.
Das EVA-Prinzip gilt deswegen so allgemein, weil Computer und Computerprogramme einen modularen Aufbau haben. Das bedeutet, dass viele kleine EVA-Module zu grösseren EVA-Modulen zusammengebaut werden können, die wieder in noch grössere Module eingebettet sind. Auf diese Weise kann man aus viele einfachen EVA-Maschinchen eine komplexe und sehr flexible EVA-Maschine (den Computer) zusammenstellen.
Das ist zu Beginn etwas verwirrend, gleichzeitig aber so etwas wie der Kern der Informatik: Die Mächtigkeit des Werkzeugs Computer ergibt sich daraus, dass Programme letztendlich auch in Form von Bits vorliegen, also Daten sind (es heisst ja auch Programm- bzw. Quellcode). Deswegen kann man verschiedenste EVA-Schritte flexibel ineinander verschachteln und auch sehr komplizierte Probleme übersichtlich lösen.
Wichtig dabei ist Folgendes: Für den Computer sind das alles nur Bits.
Die Ein- oder Ausgabe besteht aus digitalen Daten bzw. Dateien, die man sich als lange Folgen von Nullen und Einsen vorstellen kann. Um zu verstehen, welche Informationen durch diese Bits repräsentiert werden, muss man ihre Codierung kennen.
Die Verarbeitung wiederum geschieht durch ein Programm, in dem – Schritt für Schritt – festgelegt ist, wie genau die Eingabe-Bits in die Ausgabe-Bits umgewandelt werden. Den Ablauf eines solchen Programms, also die allgemeine Anleitung für die Lösung des Problems, aus den möglichen Eingaben die passenden Ausgaben zu machen, nennt man Algorithmus.