Einführung
Einführung in die Programmierung

• Ein iPhone enthält ca. 1 Milliarde Transistoren.
• Um diese Rechenleistung mit der Technologie der 1950er Jahre zu bauen, bräuchte es:
  • 1 Milliarde Elektronenröhren
  • 170 vehicle assembly buildings, um sie unterzubringen
  • 1 Terawatt Leistung, um sie zu betreiben
  • das entspräche 500 2-Gigawatt-Kernkraftwerken für ca. 50 Milliarden Euro
  • das entspräche dem Weltbruttosozialprodukt von 60 Jahren
• Smartphones realisieren eine Steigerung der Rechenleistung um den Faktor \(10^{22}\) verglichen mit der Technologie vor 60 Jahren.

Welche Fortschritte gibt es in dieser Zeit in der Software?

• Problem: Computer können nur sehr simple Dinge tun.
• Beispiel: Der Computer soll 10 mal „piepen”.

• Pseudo-Maschinenprogramm

         put the number 10 into memory location 0
      a  if contents of location 0 is negative go to line b
         beep
         subtract 1 from the number in location 0
         go to line a
      b  ...  rest of program ...
  

• Man stelle sich vor, auf diese Weise ein Programm für die Tourenplanung einer Spedition zu schreiben.
• Fällt Ihnen an dem Programm etwas auf?

• Besser wäre, man könnte z. B. schreiben:

  (dotimes [n 10] (beep))
  

• Damit die Maschine uns „versteht”, müssen Programme in einer für sie verständlichen Sprache formuliert werden.
• Programmiersprachen sind formale Sprachen zur Formulierung von Programmen, die auf Rechnern ausführbar sind.

• Zu jeder Maschine gehört eine Liste von Dingen, die sie tun kann:
  • Wasserkocher?
  • MP3-Player?
  • Computer?
• Die vollständige Liste der Dinge (Befehle), die ein Computer tun kann, kann als seine Maschinensprache (machine language) bezeichnet werden.
• Maschinencode: interne (ausführbare) Darstellung eines Maschinenprogramms als Bitmuster.

• Assemblersprache (assembly language): Symbolische, textorientierte Darstellung einer Maschinensprache. Ihre Merkmale sind:
  • Die Liste der Befehle ist dieselbe, wie die der Maschinensprache.
  • Symbolische Namen der Befehle
  • Dezimalzahlen, symbolische Adressen.
• Assemblerprogramm, Assemblercode: Programm in Assemblersprache.

• Höhere, problemorientierte Programmiersprache: Formale Sprache zur textuellen Darstellung von Programmen, deren Konstrukte
  • mächtiger als einzelne Maschinenbefehle sind (kürzere „Befehlsliste”),
  • Details der von-Neumann-Architektur verbergen,
  • die Formulierung von Algorithmen unabhängig von einem bestimmten Rechensystem ermöglichen,
  • sich an den Bedürfnissen eines Anwendungsbereichs orientieren.
• Quellprogramm (source code): Programm in Hochsprache.

Timeline of programming languagess

• Syntax legt fest,
  • welche Sprachelemente und -konstrukte es gibt und
  • wie mit ihrer Hilfe korrekte Sätze in der Sprache formuliert werden
  • Syntax = Menge von Regeln, die die Struktur von Programmen bestimmen.
• Semantik einer Programmiersprache
  • legt die Bedeutung syntaktisch korrekter Sätze fest
  • legt fest, welche Wirkung jedes Sprachelement oder -konstrukt im Programmablauf hervorruft.
  • Semantik = Menge von Verhaltensregeln, die die Funktionsweise von Programmen bestimmen.

• Pragmatik
  • Intention des Programmierers mit einem Programm
  • Nutzen der Ausdrucksmöglichkeiten einer Programmiersprache für die Formulierung von Lösungen