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mezdata.de · MINISTERIUM FÜR KULTUS, JUGEND UND SPORT BADEN-WÜRTTEMBERG Abiturprüfung ab 2019 Berufliches Gymnasium (TG) Formelsammlung 1.5.2 Informationstechnik

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  • MINISTERIUM FÜR KULTUS, JUGEND UND SPORT BADEN-WÜRTTEMBERG

    Abiturprüfung ab 2019 Berufliches Gymnasium (TG) Formelsammlung 1.5.2 Informationstechnik

    1 Allgemeines 1.1 Einheiten / Potenzen Binärpräfixe (IEC-Präfixe zur Basis 2) Unter-

    schied Dezimalpräfixe (SI-Präfixe zur Basis 10)

    Bezeichnung Präfix Wert Bezeichnung Präfix Wert

    kibi Ki 210 = 1.024 2 % kilo k 103 = 1.000

    mebi Mi 220 = 1.048.576 5 % mega M 106 = 1.000.000

    gibi Gi 230 = 1.073.741.824 7 % giga G 109 = 1.000.000.000

    tebi Ti 240 = 1.099.511.627.776 10 % tera T 1012

    pebi Pi 250 13 % peta P 1015

    exbi Ei 260 15 % exa E 1018

    zebi Zi 270 18 % zetta Z 1021

    yobi Yi 280 21 % yotta Y 1024

    2 Hardware

    2.1 Schaltnetze NOT (Negation) Schaltsymbol

    Formel Y = A Y = !A Y = ��A

    Wahrheitstabelle A Y 0 1 1 0

    AND (Konjunktion)

    Y = A � B Y = A & B

    B A Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

    NAND

    Y = A B Y = !(A & B)

    B A Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0

    OR (Disjunktion)

    Y = A � B Y = A # B

    B A Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

    NOR

    Y = A B Y = !(A # B)

    B A Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0

    XOR (Antivalenz)

    Y = (A�B)�(A�B)Y = (!A&B)#(A&!B)

    B A Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

    XNOR (Äquivalenz)

    Y = A�B �(A�B) Y =(!A&!B)#(A&B)

    B A Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

    & A YB & A YB

    ≥1 A YB ≥1 A YB

    =1 A YB = A YB

    1 A Y

    1

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    Abiturprüfung ab 2019 Berufliches Gymnasium (TG) Formelsammlung 1.5.2 Informationstechnik

    Codeumsetzer (Umcodierer)

    BCD zu 7 Seg

    Vergleicher

    Halbaddierer

    CO �̂ Carry OUT S �̂ Summe

    Volladdierer

    CI �̂ Carry IN CO �̂ Carry OUT

    Typische Schaltnetze

    MUX (8 zu 1)

    x �̂ don't care

    Adress- und Datenleitungen können auch zusammengefasst werden CS = chip select (low active)

    DEMUX (1 zu 4)

    Decodierer

    C B A CS Y x x x 1 0 0 0 0 0 D0 0 0 1 0 D1 0 1 0 0 D2 0 1 1 0 D3 1 0 0 0 D4 1 0 1 0 D5 1 1 0 0 D6 1 1 1 0 D7

    B A CS Y3 Y2 Y1 Y0 X X 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 S 0 1 0 0 0 S 0 1 0 0 0 S 0 0 1 1 0 S 0 0 0

    X/Y E0 E1 A0 E2 A1 E3 E

    ingänge

    Ausgänge

    Eingangs-Code

    Ausgangs-Code BCD/7Seg

    A

    B

    C

    D

    ga b c d e f g

    COMP A

    AB

    B

    n

    n

    A S

    B CoΣ

    A S B CI CO

    Σ

    MUX EN 0 1 2

    01234567

    D0D1D2D3D4D5D6D7

    Y

    CS A B C

    07

    G

    EN012

    G} MUX

    EN 0 1

    YCS

    0 3

    G

    D3..D0 3..0

    A,B 2

    EN01G}

    4

    DX EN 0 1

    Y0 Y1 Y2 Y3

    0123

    CS A B

    EN0101}03G

    S S

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    Abiturprüfung ab 2019 Berufliches Gymnasium (TG) Formelsammlung 1.5.2 Informationstechnik

    7-Segmentanzeige

    LED

    Schrittmotor

    Gleichstrommotor

    2.2 Schaltwerke

    RS-Latch

    S R Qn Qn+1 0 0 0 0

    speichern 0 0 1 1 0 1 0 0

    löschen 0 1 1 0 1 0 0 1

    setzen 1 0 1 1 1 1 x ? undefiniert

    RS-Flip-Flop (Taktflanken gesteuert)

    Takt R S Qn+1 ↑ 0 0 Qn

    ↑ 1 0 0 ↑ 0 1 1 ↑ 1 1 unde-

    finiert sonst x x Qn

    T-Flip-Flop (Taktflanken gesteuert)

    Takt Qn+1 ↑ Qn

    sonst Qn

    JK-Flip-Flop (Taktflanken gesteuert)

    Takt J K Qn+1 ↑ 0 1 0 ↑ 1 0 1 ↑ 1 1 Qn

    sonst x x Qn

    D-Flip-Flop (Taktflanken gesteuert)

    Takt D Qn+1 ↑ 0 0 ↑ 1 1

    sonst X Qn

    Taktgenerator

    DPY PYa

    b

    c

    d

    e

    f

    dp

    g

    a b … g dp

    R S

    Q R S

    Q

    T

    Q

    J K

    Q

    D C

    Q

    10Hz

    M M

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    Abiturprüfung ab 2019 Berufliches Gymnasium (TG) Formelsammlung 1.5.2 Informationstechnik

    RAM

    Schreib-Lese-Speicher mit 64 mal 4 Bit � 4-Bit Registerbreite

    � 64 Register gesamt � A5-A0: Adresseingänge � D3-D0: Ein-/Ausgabe des Speicherinhalts � WR=0 � lesen (von D0-D3 in den Speicher)

    WR=1 � schreiben (vom Speicher an D0-D3) � OE ermöglicht, die Ausgänge in Tri-State zu schalten

    (OE=1) oder den Speicherinhalt auszulesen (OE=0) � EN: aktiviert den Baustein (EN=0)

    ROM

    Festwertspeicher mit 1024 (1KiBi) mal 4 Bit � A9-A0: Adresseingänge � OE ermöglicht, die Ausgänge in Tri-State zu schalten

    (OE=1) oder den Speicherinhalt auszulesen (OE=0) � EN: aktiviert den Baustein � Q3-Q0: Wert der Speicherzelle an Adresse A

    Schieberegister

    � 4-Bit Schieberegister � Schieben mit der positiven Taktflanke � CLR setzt das Schieberegister auf 0 � SL Dateneingang bei links schieben � SR Dateneingang bei rechts schieben � Modus M:

    M Bedeutung 00 Stop 01 links schieben 10 rechts schieben 11 laden von D3 - D0

    Zähler (Blockschaltbild)

    � CLR = 0 setzt den Counter auf den Wert 0 zurück � Q gibt den Zählerzustand aus � Mit jeder steigenden Flanke an CLK wird der Zählerwert

    um 1 erhöht. Nach dem maximalen Wert beginnt er wieder mit 0.

    RAM 64x4 WR OE EN A5..A0

    6 4D3..D0

    ROM 1k x 4 A0 … A9 OE EN

    10

    4Q3…Q0

    0 1023

    A0…A9}A

    SRG 4 0 1 CLK CLR Q0

    Q1 Q2 Q3

    S01}03M SLD0D1D2D3SR

    CTR DIV 4 CLR CLK

    Q0 Q1

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    Abiturprüfung ab 2019 Berufliches Gymnasium (TG) Formelsammlung 1.5.2 Informationstechnik

    Zähler (4-Bit)

    � CTR �̂ Zähler � DIV 16 �̂ 16 verschiedene binäre Zustände � UP Umschalter für Vorwärts- (=1) und Rückwärtszähler (=0) � Mit LOAD = 0 kann ein Anfangszustand geladen werden � EN = 1 und die positive Taktflanke führen zum nächsten

    Zählzustand

    Zustandssymbol

    Zustandsübergangsdiagramm des CTR DIV 4

    Zustandsübergangsdiagramm

    Zustandsübergangstabelle

    n n+1 Eingang

    in aktueller Zustand

    folgender Zustand

    X Z0 Z1 0 Z1 Z1 1 Z1 Z2 0 Z2 Z0 1 Z2 Z1

    Zustandscodierung mit minimaler Speicherzahl

    Zustand Q1 Q0 Z0 0 0 Z1 0 1 Z2 1 0

    Bei entsprechender Kodierung kann auf

    das Ausgangsschaltnetz verzichtet werden

    Codierte Zustandsübergangs-

    tabelle

    n n+1 in Q1 Q0 Q1 Q0 x 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1

    Funktionstabelle Ausgangsschaltnetz

    Q1 Q0 A B C 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0

    CTR DIV 16

    UP

    LOAD

    AB

    QA QB

    CD

    QCQD

    EN

    CLK

    Zustandsname

    Zustandskodierungoder

    Ausgangscode

    Z0

    Reset

    Z1

    Z2 Z3

    Z0 1,1,0

    Z2 0,1,0

    Z1 0,1,1

    in=0

    in=0

    Reset

    Y={A,B,C}

    5

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    Abiturprüfung ab 2019 Berufliches Gymnasium (TG) Formelsammlung 1.5.2 Informationstechnik

    Pull-Up Widerstand

    Pull-Down Widerstand

    Tristate

    EN A Y 0 x hochohmig 1 0 0 1 1 1

    2.3 Programmablaufplan (PAP) Symbole

    Beispiel

    A

    GND

    VCC

    R

    YA=0 � Y=1 A=1 � Y=0

    A

    GND

    VCC

    R

    Y

    A=0 � Y=0 A=1 � Y=1

    A Y

    EN

    Beginn / Ende

    Anweisung

    Verzweigung

    Unterprogramm- aufruf

    Fortsetzungsmarke

    Kommentar

    Start

    Licht an

    Schalter an

    UP1

    W

    Lampe bleibt nach Befehls-ende an

    Ende

    W

    X�5

    ja

    nein

    6

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    Abiturprüfung ab 2019 Berufliches Gymnasium (TG) Formelsammlung 1.5.2 Informationstechnik

    4 Datenbanken 4.1 Entity-Relationship-Diagram

    Entität 1 Entität 21 : 1 Beziehung1 1

    Entität 1 Entität 21 : N Beziehung1 N

    Entität 1 Entität 2N : M BeziehungN M

    Entität 1 Entität 2N : M BeziehungaufgelöstVerbindungs-

    Entität1 1MN

    4.2 Relationen ER-Diagramm

    Abteilung Angestellter1 N

    Relationenschreibweise Angestellter(PersNr, Name, Vorname, AbtNr) Abteilung(AbtNr, Bezeichnung) fett = Primärschlüssel, unterstrichen = Fremdschlüssel

    4.3 Abfrageformulierung mit SQL Projektion und Formatierung Auswahl aller Spalten einer Tabelle Syntax : SELECT * FROM

    Auswahl mehrerer Spalten einer Tabelle Syntax : SELECT , , ... FROM

    Auswahl ohne mehrfaches Auftreten desselben Tupels Syntax : SELECT DISTINCT FROM

    Umbenennen von Spalten bei der Ausgabe Syntax : SELECT AS FROM

    Sortierung Syntax : SELECT FROM ORDER BY {DESC | ASC}

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    Abiturprüfung ab 2019 Berufliches Gymnasium (TG) Formelsammlung 1.5.2 Informationstechnik

    Selektion Syntax : SELECT FROM WHERE Hinweis: WHERE Klausel definiert die auszuwählenden Zeilen

    Vergleichsoperatoren: = , , > , < , >= ,

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    Abiturprüfung ab 2019 Berufliches Gymnasium (TG) Formelsammlung 1.5.2 Informationstechnik

    5 Netze 5.1 Netzwerksymbole

    5.2 Routing-Tabelle

    192.168.1.0/24

    InnererRouter R1

    ÄußererRouter R2

    GrenznetzDMZ (demilitarized zone)

    Internet

    Intranet

    192.168.1.1

    192.168.1.254

    192.168.1.2

    192.168.1.3

    192.168.1.4

    10.1.0.0/16

    10.1.0.1

    10.1.0.25410.1.0.253 GW: 141.91.7.2

    Fileserver

    Webserver

    141.91.7.0/30

    Die Routingtabelle des Router R2 sieht folgendermaßen aus: Netzadresse Subnetzmaske Gateway 141.91.7.0 /30 * 10.1.0.0 /16 * 192.168.1.0 /24 10.1.0.253 0.0.0.0 0.0.0.0 141.91.7.2

    Repeater, Multiport-Repeater, Hub

    Bridge, Multiport Bridge, Switch

    Router

    Client

    Server

    Drucker

    Netz

    Access PointAP

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    Abiturprüfung ab 2019 Berufliches Gymnasium (TG) Formelsammlung 1.5.2 Informationstechnik

    5.3 Aufbau IP-Adresse IP-Adresse (dotted-decimal-format): z.B. 177 . 17 . 223 . 1 IP-Adresse (binär): 10110001.00010001.11011111.00000001 8 Bit = 1 Oktett 32 Bit = 4 Bytes

    IP-Adresse z.B. 192.168. 2 . 1 � 11000000.10101000.00000001.00000001 Netzmaske z.B. /24 = 255.255.255. 0 � 11111111.11111111.11111111.00000000 Netz-ID 192.168. 2 . 0 � 11000000.10101000.00000001.00000000 Host-ID 0 . 0 . 0 . 1 � 00000000.00000000.00000000.00000001 Alle Host-ID-Bits = 0: Netz-Adresse, hier 192.168.2.0 Alle Host-ID-Bits = 1: Broadcast-Adresse, hier 192.168.2.255

    5.4 ISO-OSI-7-Schichtenmodell

    Application Layer Presentation Layer

    Session Layer Transport Layer Network Layer

    Data Link Layer Physical Layer

    7 6 5 4 3 2 1

    Application Layer Presentation Layer

    Session Layer Transport Layer Network Layer

    Data Link Layer Physical Layer

    7 6 5 4 3 2 1

    virtuelle Kommunikation

    3 2 2 1 1

    Transportsystem

    Transportmedium

    Endsystem Endsystem

    reale Kommunikation

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    5.5 Header Ethernet II

    IP-Header

    Byte Inhalt 0 Version IHL 1 TOS 2-3 Paketlänge 4-5 Identifikation 6 Flags Fragmentabstand 7 Fragmentabstand 8 Time To Live (TTL) 9 Protokoll 10-11 Kopf-Prüfsumme 12-15 IP-Sendeadresse 16-19 IP-Empfängeradresse 20 ... Optionen (mit evtl. Füllzeichen)

    TCP –Header Byte Inhalt 0-1 Source Port 2-3 Destination Port 4-7 Sequenznummer 8-11 Quittungsfeld (Piggyback, Acknowledgement Number) 12 Header-Länge reserviert 13 reserviert URG ACK PSH RST SYN FIN 14-15 Fenster Größe 16-17 Prüfsumme 18-19 Urgent Zeiger 20 ... Optionen (evtl. mit Füllzeichen)

    Präambel Zieladresse Link Trailer Absenderadresse Typ Daten

    8 6 6 2 46...1500 4

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    6 Betriebssysteme 6.1 FAT-Dateisystem Alle Cluster einer Datei sind über FAT-Einträge verkettet, hier FAT16: (0 = leerer Cluster, FFF7 = schadhafter Cluster, FFFF = letzter Cluster einer Datei) Beispiel: (Die Nummer des Startclusters steht im Verzeichnis mit Dateiverwaltungsinformationen) Clusternummer 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 … FAT-Eintrag 5 7 0 6 FFFF 10 FFF7 0 FFFF 0

    Clusterbelegung: Datei 1: 2 - 5 - 6

    Datei 2: 3 - 7 - 10

    6.2 NTFS-Dateisystem

    Überblick (MFT Master File Table)

    Boot-Block

    Verwaltungs-informationen

    Variabler Datenbereich MFT

    Variabler Datenbereich

    Kopie der

    MFT

    Variabler Datenbereich

    MFT-Eintrag-Eintrag einer kleinen Datei Datei-Verwaltungs-

    Informationen Datenbereich

    MFT-Eintrag-Eintrag einer großen Datei (Beispiel) Datei-Verwaltungs-

    Informationen Datenbereich

    Starting VCN

    Starting LCN

    Cluster Count

    0 1355 3 3 1388 4

    VCN 0 1 2 VCN 3 4 5 6 Daten Daten Daten Daten Daten Daten Daten

    LCN 1355 1356 1357 LCN 1388 1389 1390 1391

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    6.3 EXT-Dateisystem Überblick

    Boot-Block Block Gruppe 0 . . . Block Gruppe N

    Inode-Tabelle

    Super-Block

    Hilfs-tabellen . . . Datenblöcke

    Inode

    Datei-Verwaltungs-Informationen

    direkte Zeiger auf Datenblöcke

    Datenblock …

    Datenblock Zeiger auf indirekte Zeiger auf Datenblöcke

    Datenblock … … Datenblock

    Zeiger auf zweifach indirekte Zeiger auf Datenblöcke

    …*

    Datenblock … … … … Datenblock

    Zeiger auf dreifach indirekte Zeiger auf Datenblöcke

    …*

    Datenblock … … …* … … … Datenblock

    Zeiger * zu weiteren Zeigern

    6.4 Betriebsmittel-Allokationsgraph Betriebsmittel B1 wird durch Prozess P2 belegt das Prozess P1 angefordert Betriebsmittel B2

    P1 B1 P2 B2

    20