Uge 36 Intro Kap 0 og 2 i Computer science

Transkript

1 Uge 36 Intro Kap 0 og 2 i Computer science

2 Plan Personer og kompetencer Aula Kususplan Formål Eksamen Computerens historie Computeren som tegnbærer Algoritmer hvad består et program af Maskinarkitektur

3 Personer og kompetencer Forelæsninger samt Øvelser og terminaltimer: Peter B. Vahlstrup Informationsvidenskab 9. semester Fortrinsvist programmering og systemudvikling Har været instruktor siden 3. semester Java, python, php, (c++), css, html Hvem er I? baggrund, forventninger, kompetencer inden for programmering?

4 AULA Fælles netportal for uddannelser ved Århus Universitet Opret jer som brugere af aula Tilmeld jer til introduktion til ITO Introduktion til programmering E07 Id = ITPITOE07 Vil blive brugt til at poste ændringer i læseplan osv. Adgang til semesterplanen Fra Aula: kursushjemmeside Direkte: Indeholder en kursusplan Hvad skal læses til hver gang? Pdf filer der kan downloades: Øvrig litteratur Programmer Øvelsesopgaver til næste torsdag.

5 Kursusplanen Emne Litteratur Øvelser Kan downloades (højreklik, save link as )

6 Opdatering af kursusplan Der vil nok de første uger løbende være ændringer i læseplanen, så tjek et par gange om ugen, så i ikke læser noget unødvendigt. Jeg skal nok prøve at huske at poste det på aula hver gang der er ændringer.

7 Kursusplan I 7/9 Kursets struktur, IT teknologiens historie, Maskinarkitektur, computeren som tegnbærer, pythoneksempler Databaser 14/9 Relationelle databaser, ER diagrammer, normalisering (optimering) 21/9 SQL databaser, hvordan laver man en database Python 28/9 Python I: værdier, tildelinger og sammenligninger, string, list, tupler, filer 5/10 Python II: sætninger, udtryk, sandhedsværdier, kontrolstrukturer, funktioner, kommentarer 12/10 Netværk og operativsystemer. 18/10 Efterårsferie

8 Formål (gammel studieordning) Introducere nogle centrale værktøjer og teknikker i arbejdet med computeren som medie. Specielt vil der være en introduktion til programmering Introducere til analyse og modellering af data.. Basale principper vedr. computerens opbygning og funktion, samt til programmering og databaser. Del og hersk metoden. Teknikker og metoder, der vil bringe sammenhæng mellem teori og praksis. De basale principper er den robuste del. Python dør på et tidspunkt. Men Principperne kan ikke forstås uden hands on praksis! Derfor skal vi kode python.

9 Opgaver De fleste opgaver behandler dele af det system I skal lave til jul (semesteropgave)

10 Opgaver, gruppe og individuel 1. ER diagram. Gruppe. Afleveres 21/9 2. SQL database Gruppe. Afleveres 28/9 3. CPR nummer.individuel. Afleveres 5/10 4. CPR nummer. Individuel 12/10 5. Fremvisning af resultatet af databaseforspørgsler som en html tabel. Individuel 19/10.6. Brug af netværk og MySQLdb. Individuel 19/10 7. Avancerede sql kald Individuel 2/11 8. Rekursion Individuel 9/11 9. Klasser, objekter og sql tabeller. Individuel 23/11 Semesteropgave. Gruppe. Aflevering af samlet system 20/12.

11 Forelæsninger Måske ændre i den foreliggende kursusplan Html og css Aktiv deltagelse på forelæsningerne, 3 timer plejer at resultere i at man ikke følger med den sidste time. Teoretiske og praktiske øvelser indlagt i forelæsningerne? Hvad siger i?

12 Computerens historie Kap 0 i Computer science

13 I store linjer. Computeren som automat og talknuser (1945 ) Computeren som værktøj (1975 ) Computeren som medium (1990 ) Computeren som omgivelse (2000 ) pervasive computing

14 Charles Babbage Designede en general purpose computer i 1830 erne Analytical engine (dampdrevet) Bestod af 5 dele: The store (hukommelsen) The Mill (regneenheden) The Input The output bage

15 John von Neumann Von Neumann arkitektur, 1945 Aritmetisk logisk enhed Kontrolenhed Hukommelse Både data og program In/output Bus, dataveje

16 Allan Turing Udgangspunkt i Hilberts Entschidungsproblem Findes der en metode eller proces, med hvilken det kan afgøres om en given matematisk proces kan bevises? En mekanisk metode En maskine der kunne udføre denne metode Turingmaskinen Turing testen AI

17 Fra Mainframe til PC Mark I 1944 (harvard) ENIAC 1950 Electrical Numerical Integrator and Computer Personlig computer 1976 Apple, Steve Jobs & Stephen Wozniak hobbyfolket

18 Computeren som tegnbærer Kap 0 i Computer Science

19 Peirce s tegnbegreb I lettere vulgær udformning En dybere gennemgang gives muligvis i et af jeres andre fag?

20 Computerbaserede tegn Interfacetegn: angiver hvad man har gjort, kan gøre, og ikke kan gøre Modalitet: er tilfældet, er muligt, er umuligt Repræsentamen + Kant, +farver, - kant, + farver - kant, - farver Interpretant Vane eller regel: interfacestandard Reaktion: klik eller ikke klik Umiddelbart indtryk: farvenuancerne Objekt: operationen er Valgt Kan vælges Kan ikke vælges

21 Menneskelig tegndannelse Interpretant Anvendelsesområdet (brugen) Interpretant Registrere salg og indkøb Repræsentamen systemet Objekt problemområdet Repræsentamen Lagerstyringssystem Objekt Lager

22 Maskinel tegndannelse >>> def helloworld(): print 'hello world' >>> print helloworld <function helloworld at 0x00F46230> >>> helloworld() hello world () betyder at Python skal fortolke objektet som en funktion og udføre den

23 OO modellering Repræsenterer En klassifikation af ting i problemområdet En definition af handlinger i problemområdet Et hospitalssystem Den fysiske virkelighed: en patient overføres fra medicinsk til kirurgisk afdeling Systemets virkelighed: en patient udskrives fra medicinsk og indlægges på kirurgisk afdeling

24 OO modellering class Person: def init (self,name,address, cpr): self.name = name self.address = address self.cpr = cpr def changename(self, newname): self.name = newname def changeaddress(self,newcpr): self.cpr = newcpr def printperson(self): print 'cpr = '+ self.cpr print 'name = '+ self.name print 'address = '+ self.address class Patient(Person): def init (self,name,address,cpr): Person. init (self,name,address, cpr) self.ward = '' self.hospital = '' def admit(self,ward, hospital): if self.ward == '': self.ward = ward self.hospital = hospital else: print self.name + ' is already admitted' def discharge(self): if self.ward!= '': self.ward = '' self.hospital = '' else: print self.name + ' is not admitted yet' def printpatient(self): self.printperson() print 'ward = ' + self.ward print 'hospital = ' + self.hospital

25 UML repræsentation af kode Person -name -address -cpr +getname() : String +setname(string name) Patient -ward -hospital +admit(string ward, String hospital) +discharge()

26 OO Modellering >>> from semiotik import * >>> patient = Patient('Karl','Vestergade 10',' ') >>> patient.admit('p5','skejby') >>> patient.printpatient() cpr = name = Karl address = Vestergade 10 ward = P5 hospital = Skejby >>> patient.admit('p6','skejby') Karl is already admitted >>> patient.discharge() >>> patient.admit('p6','skejby') >>> patient.printpatient() cpr = name = Karl address = Vestergade 10 ward = P6 hospital = Skejby

27 OO Modellering Interpretant Holde systemet ajour med problemområdet Repræsentamen Patient Admit Ward Objekt En patient Indskrive patient Den afdeling der har ansvaret for patienten

28 Konsekvenser af synspunktet IT systemer er fortolkninger af virkeligheden De anlægger et bestemt perspektiv Kode har altid tre fortolkninger: Hvad maskinen skal gøre når den eksekverer koden Hvad udvikleren har til hensigt koden skal repræsentere i problemområdet Den måde brugeren fortolker en udførelse på. Det gælder om at de tre fortolkninger ikke er i modstrid men det er svært

29 Algoritmer En algoritme er en sekvens af entydige udførbare trin som definerer en proces der ender med et resultat Et program kan være et tegn der repræsenterer en algoritme. En algoritme kan repræsenteres af mange forskellige programmer Et program realiseres i mange forskellige typer af materiale Elektronisk: en fil eller RAM Papir: en brugsanvisning Lyd: en mundtlig instruktion

30 Muslingetilberedning for mennesker (algoritme > opskrift) Så længe der er muslinger i spanden: Tag en musling op af spanden Hvis muslingen er lukket så: Smid den i gryden Ellers: Smid den i affaldsposen Kog muslingerne i 5 min Så længe der er muslinger i gryden Tag en musling op af gryden Hvis muslingen er åben så: Læg den på fadet Ellers: Smid den i skraldespanden

31 Muslingetilberedning for maskiner (Python) # Spanden indeholder muslinger. 0 betyder lukket, 1 betyder åben spand = [1,0,0,1,0,1,0,0] # gryde og affaldspose er tomme i starten gryde = [] affaldspose = [] # sålænge der er muslinger i spanden while spand <> []: # tag en musling op enmusling = spand[0] del spand[0] # hvis muslingen er lukket if enmusling == 0: #så smide den i gryden gryde.append(enmusling ) # ellers else: #smid den i affaldsposen affaldspose.append(enmusling ) Kommentarer til menneskelig fortolkning

32 Sammenligning Samme algoritme, forskellige programmer Menneskelig versus maskinel fortolker Computerprogrammer skal læses af både mennesker og maskiner Kommentarer Interpretanten er under forhandling ved menneskelige fortolkere, ikke ved maskinelle I laver tonsvis af fejl i starten!! Naturlie sprog udvikler sigg kontinuerligt Computersprog er stabile i perioder og udvikler sig i versioner (Python 2.3) Abstraktion Muslinger er repræsenteret ved én egenskab: lukket eller åben Indkapsling En muslingesorteringsautomat kan arbejde selv og vi behøver ikke forstå hvordan den bærer sig ad, kun hvordan den skal betjenes

33 Hvad betyder det? Et program kan repræsentere Det område programmet handler om ( problemområdet ) Muslingeprogrammet repræsenterer problemområdet, dets genstande og begivenheder. Repræsentamen Muslingeprogrammerne Interpretant 1. Python 2. Tolkningsregler Objekt Problemområdet (muslinger, beholdere, tage op, lægge i)

34 IT s indflydelse gruppeøvelse Hvilke ændringer i samfundet har indførelsen af IT medført? IT her set i bred forstand, altså computere, mobiltelefoner, pda er, WWW m.m. Hvilke muligheder, påbud, restriktioner og regler er der kommet som ikke var der før? Hvis et IT system i en bank går ned og alle kunder mister deres penge, hvem skal da holdes ansvarlig? Er det banken, dem der har lavet systemet, dem der har udviklet koden hvori programmet er skrevet, hardwareproducenten? Skal det være tilladt at tage patent på en algoritme, der jo i princippet bare er en fremgangsmåde hvorved et program kan udføres? Hvad med Pythagoras ligning: a²+b²=c² Microsoft har f.eks. taget patent på dobbeltklik!

35 Maskinarkitektur Kap 2 i Computer Science

36 Computerens opbygning Gemme operation

37 Binær kode Maskinens sprog (Von Neuman) som den reagerer fysisk på (16 bit processor) 16 forskellige instruktioner (4 bit) Instruktioner og alt andet starter med 0

38 Binærkode Load R1 C1 Kopier indholdet af celle C1 ind i register R1 Store R1 C1 Gem indeholdet af R1 i celle C1 Add R1 R2 R3 Adder indeholdet af registre R2 og R3 og gem resultatet i R1 Jump R1 C1 Hvis indholdet af R1 er 0, så hop til den instruktion som er gemt i celle C1, dvs sæt programtælleren til at referere til denne celle. Ellers fortsæt med næste instruktion.

39 Repræsentationer 1, 4. Programtælleren repræsenter den celle hvor næste instruktion ligger 2 3. Man kan referere til en værdi ved at referere til den celle der indeholder værdien. 00 repræsenterer da værdien Men man kan også gøre det indirekte ved at referere til en celle der refererer til den celle der indeholder værdien. 00 repræsenterer da værdien 45

40 Maskinel tegndannelse Et program kan referere til sig selv hvor er den næste instruktion Interpretant Udførelse af en flytning af data fra C1 til R1 eller dele af den fysiske maskine hvor skal der gemmes Repræsentamen Load R1 C1 Objekt Indholdet af celle C1 Registret R1 Flytning af data

41 Pythons referencer Hvordan refererer Python? a = [1,2,3,4] b = a Direkte? I så fald burde b ikke påvirkes hvis vi ændrer på a

42 Pythons referencer a = [1,2,3,4] b = a Indirekte? I så fald burde b ændre sig hvis a gør det.

43 Python refererer indirekte Python refererer til objekter >>> a = [1,2,3,4] >>> b = a >>> del a[2] >>> a [1, 2, 4] >>> b [1, 2, 4]

44 Maskincyclussen Hastighed defineret af clockfrekvensen 3. 2 GHz = cyklusser i sekundet Gentag indtil stop Hent næste instruktion fra lageret, baseret på programtælleren, læg det i instruktionsregistret og forøg programtælleren Dekod bitmønstret i instruktionsregistret Udfør handlingen som instruktionsregistret repræsenterer

45 Assembler Samme som maskinsprog, men med mnemotekniske forkortelser, så det er nemmere at skrive for mennesker LD R5, Pris LD R6, Skat ADD R0, R5, R6 ST R0, Ialt HLT Problem: programmet handler om maskinens fysiske dele: Store R1 C1 eller om programmet selv: Jump R1 C1 Det er svært at tolke programmet som en repræsentation af problemområdet

46 Problemet Maskinkode er svær at tolke som andet end fysiske processer i maskinen Men vi er interesserede i om den repræsenterer hændelser i problemområdet korrekt!

47 Høj niveausprog Alle programmeringssprog med et højere abstraktionsniveau end assembler kaldes højniveausprog. Algol, Simula, Pascal, C++, Java, Basic, Smalltalk, Lingo. Python Disse sprog er lettere at tolke som udsagn om problemområdet (oop) Nemmere at finde fejl Nemmere at forstå hvad programmet gør

48 Muslingeprogrammet igen Muslingeprogrammet kan tolkes som udsagn om hvordan man tillaver muslinger givet bestemte tolkningsregler Et mere menneskeligt sprog, variabelnavne, funktionsnavne, klasser spand = [1,0,0,1,0,1,0,0] #spand = en spand med muslinger gryde = [] #den gryde vi vil kode muslingerne i affaldspose = [] #den affaldspose vi smider de dårlige muslinger i while spand <> []: # spanden er ikke tom enmusling = spand[0] # tag en musling op del spand[0] if enmusling == 0: #muslingen er lukket gryde.append(enmusling ) #læg den i gryden else: affaldspose.append(enmusling ) #læg den i affaldspose

49 Muslingeprogrammet igen igen Tolkningsregler En liste tolkes som en kontainer EN tom liste tolkes som en tom kontainer 0,1 tolkes som muslinger i en bestemt tilstand Enmusling tolkes som den musling jeg har i hånden Slettelse af et element fra en liste tolkes som det at tage noget op af en kontainer Tilføjelse af et element til en liste tolkes som det at lægge noget ned i kontaineren. Interpretant Sprogets semantik + tolkningsregler Repræsentamen Høj-niveausprog Objekt Objekter og hændelser i anvendelsesområdet

50 Tolkning er central Maskinen tolker et program som instruktioner om at skifte tilstand Programmøren tolker et program som Instruktioner til maskinen om at skifte tilstand En beskrivelse af genstande og hændelser i problemområdet Brugeren tolker en programudførelse som en beskrivelse af genstande og hændelser i problemområdet

51 Kompilering En compiler er et program der læser et andet program og producerer assembler kode Udnytter at program og data kan repræsenteres på samme måde (von Neumann) Assemblerkode oversættes til maskinkode og sættes sammen med forskellige hjælpefiler (linkning) til objektkode. Objektkoden kan tolkes og udføres af den mikrokodede processor.

52 En symbolbehandlende maskine Tekster der repræsenterer tekster ved hjælp af tekster!!! Web programmering Interpretant Python Fortolker: Tekst Webprogrammering Repræsentamen Python proram: Tekst Objekt HTML side: Tekst

53 En python tekst der laver en htmltekst def makestart(): return '' <!DOCTYPE HTML PUBLIC " //W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN"> <html> <head> <title>untitled Document</title> <meta http equiv="content Type" content="text/html; charset=iso "> </head> <body>\n''' def makeending(): return '' </body> </html>'''

54 Dele af den producerede htmlkode <!DOCTYPE HTML PUBLIC " //W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN"> <html> <head> <title>untitled Document</title> <meta http equiv="content Type" content="text/html; charset=iso "> </head> <body> <table width="75%" border="1"> <tr> <td>cpr</td> <td>firstname</td> <td>lastname</td> <td>address</td> <td>city</td> <td>gender</td> <td> </td> <td>phone</td> <td>insurance</td> <td>hasfather</td> <td>hasmother</td> <td>hasdoctor</td> </tr> <tr>. <tr> <td> </td> <td>stine</td> <td>jacobsen </td> <td>thorsgade 20</td> <td>8410</td> <td>pige</td> <td></td> <td> </td> <td>baltica</td> <td></td> <td> </td> <td> </td> </tr> </table> </body> </html>

55 Html koden repræsenterer en web side når den fortolkes af en browser

56 Tekster der refererer til tekster

57 Python Python er et fortolket sprog der kan afvikles på (næsten) alle maskiner, PVM (python virtual machine) Windows, Mac, UNIX, Palm, etc Meget udbredt som scriptsprog til hjemmesider, men er et komplet programmeringssprog til alle typer af udvikling. Bruger det selv til at løse småopgaver som at omdøbe filer, beregninger, algoritmer, lave ren tekst til html, så det kan få layout (msn samtale)

58 Databaser Første øvelsestime bruges til en introduktion til SQL serveren. Tildeling af brugernavne til serveren og web området. Gruppedannelse Prøve at lave nogle simple tabeller på SQLserveren