1.1 Informatiksysteme und Programmiersprachen

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1.1.1 Was ist ein Informatiksystem ? ^↑

Werfen wir zunächst einen Blick auf einen Ausschnitt aus dem Kernlehrplan des Landes Nordrhein-Westfalen::

1.1.2 Was ist eine Programmiersprache? ^↑

Mit Hilfe von Programmiersprachen können wir Handys, Tablets, Chips von Waschmaschinen, aber auch Computer programmieren. Unter einem Computerprogramm versteht man eine Liste von Anweisungen, die ein Computer oder ein anderes Informatiksystem ausführen soll.

Ähnlich wie ein Kochrezept eine Liste von Anweisungen enthält, die der Koch ausführen soll, erhält auch ein Computerprogramm Anweisungen für den Computer.

Rezept

Das Rezept gibt zunächst an, welche Zutaten beispielsweise für die Herstellung der Mahlzeit benötigt werden.

Dann folgt eine Reihe von Anweisungen, wie man aus den Zutaten das fertige Produkt herstellt. Die Reihenfolge der einzelnen Schritte muss dabei meistens genau eingehalten werden. Bevor man das Schnitzel in die Pfanne legt, muss man beispielsweise das Öl oder die Butter in die Pfanne geben und die Herdplatte anstellen.

Programm

Betrachten wir ein einfaches Pascal-Programm, das den Mittelwert von zwei Zahlen berechnet und auf dem Bildschirm ausgibt:

program Mittelwert;
var zahl1, zahl2, mittel: real;

begin
   readln(zahl1);
   readln(zahl2);
   mittel := (zahl1 + zahl2) / 2;
   writeln(mittel);
end.

1. Zunächst wird ein Wert für die Variable zahl1 eingelesen. Dazu fordert das Programm den Benutzer auf, eine Zahl über die Tastatur einzugeben. Der Benutzer gibt beispielsweise die Zahl 123 ein.
2. Danach wird auf die gleiche Weise ein Wert für die Variable zahl2 eingelesen. Wenn der Benutzer zum Beispiel die Zahl 543 eingibt, wird dieser Wert in der Variablen zahl2 gespeichert.
3. Anschließend addiert das Programm die beiden Werte und dividiert die Summe durch 2. Das Ergebnis dieser Berechnung - 333 - wird in der Variablen mittel gespeichert.
4. Der Befehl writeln(mittel) gibt schließlich den Inhalt der Variablen mittel auf dem Bildschirm aus.

1.1.3 Lineare Programme ^↑

Ein Computerprogramm kann völlig linear verlaufen, so wie das Programm in unserem Beispiel. Grafisch könnte man den Ablauf eines solchen Programms durch einen großen Pfeil darstellen, der von oben nach unten geht:

Eine weitaus bessere Darstellung des Programmflusses erhält man mit einem Flussdiagramm. Darin wird der Ablauf des Programms, der so genannte Programmfluss, durch genormte Symbole dargestellt.

1.1.4 Flussdiagramm für das Programm ^↑

Dieses Flussdiagramm stellt den Ablauf unseres Programms sehr anschaulich dar. Ganz oben befindet sich das Start-Symbol. Hier beginn die Ausführung des Programms.

Das Parallelogramm "zahl 1" ist ein Eingabe-Symbol. An dieser Stelle wird eine Zahl eingelesen und in der Variablen zahl1 gespeichert. Entsprechendes gilt für zahl2.

Das Rechteck "mittel = zahl 1 + zahl 2 / 2" ist ein Anweisungs-Symbol. Dies Anweisung enthält allerdings noch einen kleinen Fehler. Finden Sie ihn?

Kleiner Tipp: Erinnern Sie sich an die alte Regel aus dem Mathe-Unterricht: Punktrechnung geht vor Strichrechnung.

Das Symbol, das wie ein abgerissenes Blatt Papier aussieht, ist ein Ausgabe-Symbol. Der berechnete Mittelwert wird jetzt auf dem Bildschirm ausgegeben.

Ganz am Ende kommt das Stopp-Symbol, es kennzeichnet das Ende des Programms. In der Informatik sagt man auch: Das Programm terminiert.

1.1.5 Verzweigte Programme ^↑

Betrachten wir nun das folgende Programm, das den Quotienten zweier Zahlen berechnen soll:

program Teile;
var zahl1, zahl2, ergebnis: real;
begin
   readln(zahl1);
   readln(zahl2);
   ergebnis := zahl1/zahl2;
   writeln(ergebnis);
end.

Zunächst werden wieder die erforderlichen Variablen angelegt, anschließend folgen die Anweisungen des Programms. Die beiden Zahlen werden eingelesen, danach wird die erste Zahl durch die zweite dividiert. Das Ergebnis wird in der Variablen ergebnis gespeichert und anschließend ausgegeben.

Das Programm funktioniert auch wunderbar, bis jemand auf die Idee kommt, als zahl2 den Wert 0 einzutippen. Da man nicht durch 0 dividieren kann, tritt ein sogenannter Laufzeitfehler auf und das Programm wird mit einer Fehlermeldung beendet.

In diesem kleinen Pascal-Programm lässt sich dieser Laufzeitfehler jedoch leicht vermeiden. Dazu bauen wir eine sogenannte Fallunterscheidung in den Quelltext ein. Hier das entsprechend erweiterte Programm:

program Teile;
var zahl1, zahl2, ergebnis : real;

begin
   readln(zahl1);
   readln(zahl2);

   if zahl2 = 0 then
      writeln('Sie dividieren durch 0!')
   else begin
      ergebnis := zahl1 / zahl2;
      writeln(ergebnis);
   end;
end.

Mit der Anweisung if zahl2 = 0 wird überprüft, ob die Variable zahl2 den Wert 0 enthält. Ist dies der Fall, wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Andernfalls (else) wird der Quotient berechnet und ausgegeben.

Der Programmfluss kann hier also zwei verschiedene Wege einschlagen. Man spricht dann von einem verzweigten Programm.

Die meisten Computerprogramme enthalten eine Vielzahl solcher Verzweigungen. Erst dadurch können sie auf unterschiedliche Eingaben und Situationen angemessen reagieren.

1.1.6 Ausblick ^↑

Im weiteren Verlauf dieses Kurses werden wir uns hauptsächlich mit der Programmiersprache Java beschäftigen. Java gehört seit vielen Jahren zu den wichtigsten Programmiersprachen und wird weltweit in zahlreichen Anwendungsgebieten eingesetzt.

Dieser Kurs ist für die Arbeit an Computern konzipiert. Als Entwicklungsumgebung verwenden wir BlueJ, das speziell für den Programmierunterricht an Schulen und Hochschulen entwickelt wurde. BlueJ ermöglicht einen besonders anschaulichen Einstieg in die objektorientierte Programmierung und eignet sich daher hervorragend für Anfängerinnen und Anfänger.

1.1.7 Aufgaben / Übungen ^↑

program geheim;
var z1, z2, z3, ergebnis : integer;

begin
   read z1;
   read z2;
   read z3;
   if z1 < z2 and z1 < z3
      then ergebnis = z1;
   else if z2 < z1 and z2 < z3
      then ergebnis = z2;
   else if z3 < z1 and z3 < z2
      then ergebnis = z3;
   write ergebnis;
end.