Was ist Abstraktion in der Informatik? • BUOM

18. November 2021

Informatik ist eine komplexe Disziplin, die Kenntnisse über Software und Hardware und deren Interaktion erfordert. Um diese Prozesse vollständig zu kapseln, nutzen Programmierer die Abstraktion, um ihre Arbeit zu vereinfachen. Wenn Sie verstehen möchten, wie Programmierer ihre Aufgaben wahrnehmen, können Sie sich über die Bedeutung der Abstraktion informieren. In diesem Artikel werden wir einige häufig gestellte Fragen zur Abstraktion in der Informatik diskutieren, darunter, was sie ist, welche zwei Arten der Abstraktion es gibt, welche Ebenen und Funktionen sie hat, warum sie wichtig ist, wie sie sich vom Verbergen von Daten unterscheidet und wie sie verwendet wird in der Objektwissenschaft. -orientierte Programmierung. orientierte Programmierung.

Was ist Abstraktion in der Informatik?

Unter Abstraktion versteht man in der Informatik den Prozess, Elemente eines Codes oder eines Programms zu entfernen, die irrelevant sind oder von wichtigeren Elementen ablenken. Der Begriff Abstraktion bezieht sich auf die Betrachtung einer Sache, um eine allgemeine Form oder Bedeutung ohne Details beizubehalten. Durch Abstraktion können Programmierer und Computerbenutzer mit den erforderlichen Komponenten interagieren, ohne das gesamte Computersystem konzeptualisieren zu müssen. Es gibt zwei Arten der Abstraktion:

1. Datenabstraktion

Datenabstraktion ist ein Element von Computersprachen, das es Programmierern ermöglicht, Code zu verstehen und mit Hardware zu interagieren. Ein Beispiel für eine Datenabstraktion ist der String-Datentyp, der in einfachen Programmiersprachen zur Darstellung einer Textzeichenfolge verwendet wird. Durch die Vereinfachung solcher Konzepte können Programmierer einfacher mit dem System interagieren. Komplexere Sprachen haben komplexere Datentypen, aber sie alle führen die gleiche grundlegende Abstraktionsfunktion aus, die es Programmierern ermöglicht, sie in verschiedenen Anwendungen wiederzuverwenden, das Hardwareverhalten zu vereinfachen und neue Abstraktionen zu erstellen, die aus verschiedenen Datentypen kompiliert werden.

2. Kontrollabstraktion

Bei der Kontrollabstraktion erstellt ein Programmierer ein neues Kontrollkonstrukt, eine Anweisung in einem Computerprogramm, die bestimmt, in welcher Reihenfolge der Computer Funktionen ausführt. Die Kontrollabstraktion ist für den Aufbau großer Softwaresysteme unerlässlich, da sie es Programmierern ermöglicht, neue Funktionen innerhalb des Programms zu entwickeln. Alle wichtigen Programmiersprachen verwenden die Kontrollabstraktion.

Welche Abstraktionsebenen gibt es in der Informatik?

In der Informatik gibt es je nach Komplexität unterschiedliche Abstraktionsebenen. Die höchste Abstraktionsebene kapselt das gesamte System, während die untersten Ebenen am komplexesten und detailliertesten sind. Programmierer können Ebenen in drei Hauptgruppen einteilen:

Softwaredomäne

Die Softwaredomäne, auch Präsentationsschicht genannt, bezieht sich auf Programme, die Standardfunktionen ausführen, die den Benutzern vertraut sind. Bei diesen Programmen laufen in der Regel Zusatzprogramme unter ihrem Betriebssystem, die für den Benutzer nicht sichtbar sind. Einige Beispiele für Elemente in einer Softwaredomäne:

• Anwendungen. Anwendungen sind Softwareteile, die Programmierer programmieren, um Funktionen auf verschiedenen Geräten auszuführen, beispielsweise Videoplayern oder Textverarbeitungsprogrammen.

• Programmiersprachen. In Programmiersprachen schreiben Programmierer Code, um Anwendungen zu erstellen.

• Bibliotheken. In Bibliotheken speichern Programmierer vorab geschriebenen Code, den sie problemlos in neuer Software verwenden können.

• Betriebssysteme: Ein Betriebssystem ist eine Schnittstelle, die ein Programmierer erstellt, um mit der Hardware einer Maschine zu interagieren.

Software ermöglicht es Programmierern und Verbrauchern, einen Computer zu nutzen, ohne über die komplexeren Prozesse nachdenken zu müssen, die diese Funktionen ausführen. Somit stellt die Software einen hohen Abstraktionsgrad dar.

Digitale Domäne

Die digitale Domäne, auch Logikschicht genannt, trennt verschiedene Ansichten derselben Hardware. Computer sind komplexe Maschinen, die zur Ausführung ihrer Funktionen auf viele Komponenten angewiesen sind. Um diese Maschinen zu bauen, können Sie die Funktionen jedes Ausrüstungsteils abstrahieren, um den Zusammenbau zu vereinfachen. Beispiele für Abstraktion im digitalen Bereich sind:

• Die Architektur. Computerarchitektur ist eine Reihe von Regeln und Methoden für die Interaktion von Software und Hardware zur Ausführung von Funktionen.

• Komponenten: Computerkomponenten ermöglichen die Kommunikation von Software und Hardware. Dabei handelt es sich um Elemente wie Computerspeicher, Prozessor oder Grafikkarte.

• Integrierte Schaltkreise (Chips): Jede Komponente eines Computers besteht aus verschiedenen Schaltkreisen.

• Logikgatter: Schaltkreise verwenden Logikgatter, um ihre Funktionen zu integrieren. Logikgatter sind Gruppen von Einsen und Nullen, die Anweisungen darstellen.

Der digitale Bereich ist der Kern von Software und eine Abstraktion mittlerer Ebene.

Analoge Domäne

Der analoge Bereich oder die physikalische Schicht sind die elektrischen Ströme, die durch verschiedene Komponenten fließen, damit Computer funktionieren. Logikgatter wandeln elektrische Impulse von Transistoren in Einsen und Nullen um, die die Funktionen von Computerkomponenten steuern. Transistoren sind der Grundbaustein einer Computerschaltung. Entweder fließt Strom durch einen Transistor oder nicht, wodurch die Differenz zwischen einer Eins und einer Null im Stromkreis entsteht.

Die Logik erfasst abstrakte Impulse und wandelt sie in Signale um, die Informationen übermitteln. Der analoge Bereich ist die Grundlage für alle Computerfunktionen und wird abstrahiert, um digitale und Software-Domänen zu schaffen. Dies ist die niedrigste Abstraktionsebene.

Welche Funktionen hat die Datenabstraktion?

Hier sind einige Anwendungen der Abstraktion in der Informatik:

Zusammenfassung

In mancher Hinsicht ähnelt die Abstraktion der Generalisierung. Wenn Sie Informatik im Sinne der Abstraktion betrachten, denken Sie vielleicht über die Erstellung eines Computerprogramms nach. Wenn Sie möchten, dass ein Computer eine bestimmte Aufgabe ausführt, schreiben Sie ein Programm, das diese Aufgabe unter allen Umständen ausführt. Dazu müssen Sie über die Aufgabe in ihrer einfachsten Form nachdenken. Wenn Sie beispielsweise ein Programm erstellen möchten, das vier mit sechs multipliziert, können Sie ein Programm erstellen, das zwei Zahlen multipliziert, und dann vier und sechs darin eingeben. Hier haben Sie das Programm von zwei Zahlen auf die Berechnung der Multiplikation als Ganzes abstrahiert.

Benutzerwahrnehmung

Abstraktion kann sich auch auf die Art und Weise beziehen, wie ein Benutzer über eine Maschine oder ein Programm denkt. Was der Benutzer sieht, unterscheidet sich häufig von der Funktionsweise des Geräts oder Programms. Sie könnten beispielsweise einen Satz in ein Dokument auf Ihrem Computer eingeben. Sie können sehen, wie die Wörter erscheinen, aber Sie sehen nicht die Vielfalt der Befehle, die der Computer ausgibt, um die Bedeutung der Tasten auf Ihrer Tastatur aufzuzeichnen, sie in seinem Speicher zu speichern und den Code an Ihren Monitor zu übertragen.

Zusammenarbeit

Abstraktion hilft Programmierern auch bei der Zusammenarbeit untereinander, indem sie vorhandenen Code ergänzt. Durch die Abstraktion der Mechanik einer Funktion kann ein Programmierer den vorhandenen Code eines anderen Programmierers kopieren und den vollständigen Code in einer anderen Umgebung verwenden. Sie können es in verschiedene Programme einbinden oder das Programm aktualisieren, ohne den präsentierten Code als Ganzes zu beschädigen.

Warum ist Abstraktion in der Informatik wichtig?

Abstraktion ist wichtig, weil sie Programmierern hilft, die von ihnen erstellten Programme zu konzipieren. Mithilfe der Abstraktion können sie schneller arbeiten und effizienter auf verschiedene Aspekte eines Programms oder Codes verweisen, sodass sie schneller arbeiten und komplexere Programme erstellen können. Die Programme sind komplex und erfordern viel Code, um Funktionen auszuführen, die Benutzer heute als grundlegend betrachten. Um diese Codes weiter zu verbessern und neue Programme zu erstellen, verlassen sich Programmierer darauf, vorherigen Code zu abstrahieren, um zu verstehen, wie der Code im Allgemeinen funktioniert.

Wie unterscheidet sich Abstraktion vom Verbergen von Daten?

Unter Datenverbergen versteht man den Vorgang, die internen Details eines Programms oder einer Datenbank zu verbergen und nur die Funktionalität preiszugeben. Der Zweck des Ausblendens von Daten besteht darin, bestimmte Teile eines Programms zu isolieren, um die Daten vor dem Einsehen oder Ändern zu schützen. Sie können die Nutzung und den Zugriff auf Daten einschränken, indem Sie sie vom Rest des Programms abstrahieren, das Innenleben von Programmkomponenten verbergen und die darin enthaltenen Daten verbergen.

Das Ausblenden von Daten nutzt die Abstraktion, um Daten zu verbergen. Durch die Abstraktion kann sich der Programmierer jedoch normalerweise auf die Kernelemente und nicht auf das komplexe Innenleben des Programms konzentrieren. Daher unterscheidet sich die Abstraktion vom Verbergen von Daten, da die Daten in der Abstraktion weiterhin für den Programmierer oder die Öffentlichkeit verfügbar sind, auch wenn sie keine Rolle spielen.

Wie wird Abstraktion in der objektorientierten Programmierung verwendet?

Abstraktion ist eine der wichtigsten Komponenten der objektorientierten Programmierung (OOP), einer Art Programmiersprache, die Objekte verwendet, um ihren Code zu organisieren. Jedes Objekt enthält Datenfelder, die als Attribute und Prozeduren bezeichnet werden und die Programmierer im Code ausdrücken. Diese Objekte interagieren entsprechend ihrer Prozeduren miteinander. Jedes dieser Objekte verfügt über eine komplexe interne Struktur, die abstrahiert wird, um ein einzelnes Objekt zu erstellen. Benutzer sortieren diese Objekte in Klassen, was eine weitere Abstraktion darstellt.

Was ist ein Beispiel für Abstraktion?

Ein Beispiel für Abstraktion in der Informatik sind Anwendungsprogrammierschnittstellen oder APIs. Eine API ist im Wesentlichen eine Brücke zwischen zwei Anwendungen, die es ihnen ermöglicht, zu kommunizieren und zusammenzuarbeiten. Um die Kommunikation zwischen verschiedenen Anwendungen zu erleichtern, die möglicherweise unterschiedliche Programmiersprachen verwenden, verwenden APIs eine Abstraktion, um Datensätze über eine Brücke zu übertragen, ohne die Daten in der ursprünglichen Anwendung zu beschädigen oder zu duplizieren. Durch die Abstraktion von Daten erstellt die API eine Art Programm, das mit einer anderen Anwendung interagieren kann. Mit dieser Abstraktion können zwei Anwendungen ihre Integration durch die Automatisierung gemeinsamer Funktionen sicherstellen.