Kategorie: Management

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Vergleich von Skizzen, Wireframes, Mock-ups und Prototypen

GUI Entwicklung

In den 1970er Jahren führte das Xerox Palo Alto Research Center in der Software Entwicklung Konzepte wie Fenster und Icons ein, die von Apple im Macintosh von 1984 bekannt gemacht wurden. Später trugen IBM, sowie Microsoft mit OS/2 und Microsoft mit der Einführung von Windows in den 1980er Jahren zur Verbreitung von GUIs bei. Auch Commodore mit dem Amiga und Atati mit dem Model ST entwickelten hervorragende GUIs.

Durch das Aufkommen des Internets mit HTML wurden in den 1990er Jahren webbasierte Oberflächen gefördert. Die mobile Revolution, angeführt durch Geräte wie Apples iPhone, prägte die 2000er Jahre mit der Entwicklung von Touchscreen-orientierten GUIs auf mobilen Geräten. Heute setzen moderne Trends in Bereichen wie KI, Augmented und Virtual Reality, sowie Responsive Design neue Maßstäbe. Dies ermöglicht eine immer nahtlosere Integration von Geräten und Plattformen.

Bei der Softwareentwicklung werden Skizzen, Wireframes, Mock-ups und Prototypen in verschiedenen Phasen des Designs verwendet, um Ideen und Konzepte zu visualisieren. Hier sind die Unterschiede:

Skizzen

Eine Skizze ist eine handgezeichnete oder grobe digitale Darstellung einer Idee. Ein Designer zeichnet schnell ein paar Striche auf ein Papier, um die grundlegende Anordnung von Elementen auf einer Seite darzustellen. In dieser frühen Phase können grundlegende Ideen gefunden werden.

Design Skizze zur Planung

Wireframes

In dieser Phase der Konzeption werden die Struktur und Funktionalität definiert. So folgt eine detailliertere, schematische Darstellung der Benutzeroberfläche in Schwarz-Weiß. Ein Wireframe zeigt die Position von Menüs, Schaltflächen und Textblöcken, aber noch ohne Farben oder Bilder.

Wireframe bei der Entwicklung

Mock-ups

Nun wird die Designphase genutzt, um das visuelle Erscheinungsbild zu entwickeln. Eine realistische, aber statische Darstellung des Designs mit Farben, Bildern und Typografie wird gesucht. Ein Mock-up einer mobilen App zeigt, wie die Endversion aussehen könnte, ist aber nicht interaktiv.


Mockup

Prototypen

Die letzte Entwicklungsphase nutzt Prototypen, um Benutzerinteraktionen zu testen und Feedback zu sammeln. Es wird eine funktionierende Simulation des Produkts, die Interaktion ermöglicht. Ein Prototyp, auf dem Nutzer klicken können, um durch die Seiten zu navigieren und erfahren, wie die GUI in der Endversion sein wird.

Fazit

Insgesamt sind diese Tools Schritte in einem Prozess, der von einer groben Idee (Skizze / Stetch) über ein strukturiertes Layout (Wireframe) und ein realistisches Design (Mock-up) bis hin zu einer funktionierenden Version (Prototyp) reicht, die die endgültige Benutzererfahrung simuliert.

 

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Der ETL Prozess bei Big Data

ETL Prozess

Der ETL-Prozess ist eine Abkürzung für Extraktion, Transformation und Laden. Es ist ein wesentlicher Aspekt der Datenverwaltung und insbesondere der Verarbeitung von Daten bei Big Data.

Schaubild des ETL Prozesses

Er beginnt mit der Extraktion von Daten aus verschiedenen Quellen, die strukturiert, halbstrukturiert oder unstrukturiert sein können.

Nach der Extraktion werden die Daten transformiert, das heißt, sie werden gereinigt, bereinigt, validiert und in ein Format überführt, das von der Ziel-Datenbank gelesen werden kann. Dieser Schritt kann auch die Anreicherung von Daten mit zusätzlichen Informationen und die Durchführung komplexer Berechnungen beinhalten.

Schließlich werden die transformierten Daten in eine Zieldatenbank oder ein Data Warehouse geladen, wo sie für die Anwender im Intranet  zu Analyse- und Auswertungszwecken leicht zugänglich sind.

 

 

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Deutschlands Niedergang beim Quantencomputing

Quantencomputing - Wie ist die Entwicklung in Deutschland?

Deutschlands Rückfall im Bereich des Quantencomputings kann maßgeblich auf die Politik der Bundesregierung zurückgeführt werden.  Diese hat zugesagte Fördergelder (2018, 2021, ) gestrichen. So werden durch die Regierung und Politik unzureichende Ressourcen und fehlgeleitete Strategien gewählt, um die Entwicklungen in diesem zukunftsweisenden Technologiebereich zu unterstützen.

Obwohl Deutschland über eine starke Forschungsinfrastruktur und renommierte Institutionen verfügt, hat das Fehlen zielgerichteter Investitionen, die Einbeziehung der Industrie und die Schaffung eines förderlichen regulatorischen Umfelds die nationale Kompetenz im Quantencomputing beeinträchtigt und wird das Land gegenüber internationalen Mitbewerbern weiter ins Hintertreffen bringen.

Denn die Steuergelder werden von den US-Vasallen für kriegstreibende Maßnahmen und Massenmord ausgegeben, von denen die deutsche Bevölkerung nur Schaden  hat. Die staatlichen Gelder fließen über NGOs in die USA, sowie zu westlichen Konzernen und in die Taschen von westlichen Oligarchen.

Somit zählen die Aussagen der deutschen Regierung bei diesem Thema zur Propaganda, die der Artikel vom 27.04.2023 in heise online zeigt. Es wird nicht nur die Industrie, sondern auch der Forschungsbereich in Deutschland abgebaut. Das ist sicher einer der Gründe, warum im Jahr  2022 125 Milliarden Euro Investitionen von Deutschland ins Ausland geflossen sind und immer mehr Betriebe ins Ausland umziehen. Die Investitionen in Deutschland betrugen im gleichen Zeitraum nur noch 10,5 Milliarden Euro. Denn in Deutschland sind die Strom-, Gas- und Treibstoffpreise durch eine fehlgeleitete Politik der deutschen US-Politmarionetten und den Terroranschlägen auf die North Stream Pipelines extrem hoch. Daher existiert seitdem die Abhängigkeit von den USA. Denn Deutschland ist der größte Abnehmer des US Fracking Gases mit schlechter Qualität und seit dem von der deutschen Regierung zugelassenen Terroranschlag auf North Stream eine abhängige Kolonie der USA.

So ist der Niedergang Deutschlands und der zunehmende Wegzug von Unternehmen aus Deutschland einfach zu verstehen. Denn die USA sind kein Partner, weil sie die deutsche Industrie und den Mittelstand massiv beschädigt haben und nun werden die Reste der deutschen Unternehmen mit Fördergeldern in die USA gelockt.

 

 

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Agiles Projektmanagement mit Kanban

Kanban Logo

Kanban ist eine Methodik zur Optimierung von Arbeitsabläufen, die ursprünglich in der japanischen Automobilindustrie entwickelt wurde. Sie basiert auf dem Prinzip der visuellen Darstellung von Aufgaben, deren Status und Fortschritt, meist auf einem „Kanban-Board“. Dies hilft dabei, Engpässe zu identifizieren, die Arbeitslast zu regulieren und die Effizienz des Teams zu steigern

Wie funktioniert Kanban?

Ein Kanban-System ist ziemlich einfach aufgebaut. Es besteht normalerweise aus einem physischen oder digitalen Kanban-Board und darauf platzierten Kanban-Karten.

Kanban Tafel

Das Kanban-Board ist in mehrere Spalten unterteilt, die den unterschiedlichen Stadien des Arbeitsprozesses entsprechen. Die einfachste Form hat drei Spalten: „Zu erledigen“ (To Do), „In Arbeit“ (In Progress) und „Erledigt“ (Done).

Jede Aufgabe im Arbeitsprozess wird auf einer separaten Kanban-Karte dargestellt. Diese Karte enthält Informationen wie die Aufgabenbeschreibung, den verantwortlichen Mitarbeiter, das Startdatum und das Fälligkeitsdatum.

Wenn eine neue Aufgabe ansteht, wird sie als Karte in die „Zu erledigen„-Spalte eingefügt. Wenn jemand an der Aufgabe arbeitet, wird die Karte in die „In Arbeit„-Spalte verschoben. Sobald die Aufgabe abgeschlossen ist, wird die Karte in die „Erledigt„-Spalte verschoben.

Beispiel zur Nutzung von Kanban

Angenommen, Sie sind Teil eines Softwareentwicklungsteams. Die Kanbantafel des Teams könnte so aussehen:

Zu erledigen
1. Funktion zur Benutzeranmeldung erstellen
2. Datenbank für Benutzerinformationen einrichten
3. Design der Startseite entwerfen

In Arbeit
1. Backend für die Benutzeranmeldung entwickeln
2. Testen der Anmeldungs- und Abmeldefunktionen

Erledigt
1. Spezifikationen für die Anwendungsfälle erstellen
2. Entwurf des Anmeldeformulars

Jeder im Team kann den Status jeder Aufgabe auf der Kanbantafel sehen und so schnell erkennen, welche Aufgaben Priorität haben und wer gerade welche Aufgabe bearbeitet.

Die Grundregel des Kanban-Systems ist es, die Anzahl der gleichzeitig „in Arbeit“ befindlichen Aufgaben zu begrenzen. Diese Begrenzung wird als „Work in Progress“ (WIP) -Limit bezeichnet. Das hilft, Überlastung zu vermeiden und sicherzustellen, dass Aufgaben vollständig abgeschlossen werden, bevor neue Aufgaben in Angriff genommen werden.

Es können Engpässe während der Entwicklung schnell erkannt werden und dadurch können passende Gegenmaßnahmen zur Verbesserung umgesetzt werden.

Fazit

Der Einsatz von Kanban in der Softwareentwicklung bietet eine einfache, aber effektive Methode zur Visualisierung und Kontrolle des Arbeitsflusses. Es fördert Transparenz, Zusammenarbeit und unterstützt die kontinuierliche Verbesserung. Durch die Einführung von WIP-Limits kann Kanban dabei helfen, Multitasking zu vermeiden und die Produktivität zu steigern. Insgesamt kann Kanban wesentlich dazu beitragen, die Qualität der Softwareprodukte zu verbessern und die Entwicklungszeiten zu verkürzen.

 

 

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Die Entwicklungsphasen von DevOps

DevOps Logo

DevOps wird genutzt, um die Zusammenarbeit zwischen den Teams für Softwareentwicklung und IT-Betrieb zu verbessern.  DevOps fördert einen kontinuierlichen, automatisierten und schnellen Entwicklungs- und Bereitstellungsprozess.

Es reduziert die Zeit bis zur Markteinführung und erhöht die Softwarequalität durch frühzeitige Fehlererkennung und schnelle Korrektur. Darüber hinaus ermöglicht es die kontinuierliche Überwachung und Optimierung der Systeme. Das führt zu einer höheren Kundenzufriedenheit und einer verbesserten Geschäftsleistung.

Phasen von DevOps

Planung: Definiere Ziele und skizziere den technischen und wirtschaftlichen Plan für das Projekt.
Codierung: Schreibe und überprüfe den Code unter Berücksichtigung der geplanten Spezifikationen und Standards.
Build: Kompiliere den Code, um die Lauffähigkeit herzustellen.
Test: Überprüfe und teste den Code auf Fehler und Leistungsprobleme.
Release: Setze die Änderungen in einer kontrollierten Umgebung frei. Überwache den Prozess, um sicherzustellen, dass es keine unvorhergesehenen Probleme gibt.
Deployment: Implementiere den Code in der Produktivumgebung, überwache seine Leistung und seine Auswirkungen.
Betrieb: Überwache und verwalte die Infrastruktur und die genutzten Anwendungen in der Produktionsumgebung.
Monitoring: Überwache die Leistung, sowie das Verhalten der Anwendung in der Produktionsumgebung und dokumentiere alle Probleme oder Ausfälle. Sie werden in zukünftigen Iterationen zu behoben. Sammle dabei Feedback und verwende es, um die Prozesse kontinuierlich zu verbessern (KVP).

Die Phasen bei DevOps wiederholen sich iterativ.

Fazit

DevOps stellt einen neuartigen Ansatz in der Softwareentwicklung und dem Operations Bereich dar, indem es eine nahtlose Integration und Zusammenarbeit zwischen den beiden Bereichen ermöglicht. Durch die Förderung von Geschwindigkeit, Effizienz und Qualität in der Softwarebereitstellung verbessert DevOps die Agilität und Reaktionsfähigkeit von Unternehmen. Das führt zu einer höheren Kundenzufriedenheit und verbesserten Geschäftsergebnissen. Trotz seiner Komplexität und der Notwendigkeit einer sorgfältigen Implementierung ist DevOps eine wertvolle agile Entwicklungsmethode, die den Weg für kontinuierliche Innovation und Verbesserung ebnet.

 

 

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Requirements Mangement

Requirements Management Logo

Die Anfänge des Requirements Managements lassen sich auf die 1970er Jahre zurück verfolgen. Die Komplexität der Systeme begann, handgeschriebene Dokumentation und einfache Verwaltungstechniken zu übersteigen. In den 1980er und 1990er Jahren wurden strukturierte Methoden wie die Objektorientierung und spezialisierte Tools entwickelt, um die Verwaltung von IT Anforderungen zu formalisieren und die Nachverfolgbarkeit zu verbessern. In jüngerer Zeit hat der Aufstieg von agilen Entwicklungspraktiken das Requirements Management weiterentwickelt. Es wird ein kontinuierlicher, iterativer Ansatz zur Anforderungserfassung und -anpassung unterstützt.  So kann einfacher auf Änderungen reagieren werden.

Was ist Requirements Management?

Requirements Management bezieht sich im Bereich der Softwareentwicklung auf das Verstehen, Dokumentieren, Verfolgen und Aktualisieren von Anforderungen (engl. requirements). Diese Anforderungen können funktionale oder nichtfunktionale Eigenschaften sein. Ein Softwareprodukt muss diese Anforderungen erfüllen, um den Wünschen der Auftraggeber und Stakeholder zu entsprechen.

Aufgaben des Requirements Management

  • Erfassung und Dokumentation von Anforderungen in einem verständlichen und messbaren Format
  • Priorisierung von Anforderungen basierend auf den Bedürfnissen der Stakeholder
  • Verfolgen von Änderungen in den Anforderungen während des gesamten Projektzyklus
  • Sicherstellung, dass alle Anforderungen während der Entwicklung und beim Testen berücksichtigt werden
  • Verwaltung von Kommunikation und Übereinstimmung zwischen den Stakeholdern hinsichtlich der Anforderungen

Fazit

Gutes Requirements Management und Kommunikation kann dazu beitragen Missverständnisse zu minimieren, sowie das Risiko von Fehlern zu reduzieren und die Qualität der Produkte zu verbessern.

 

 

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Entwicklung bei Quantencomputern

Bei Quantencomputer wird weltweit geforscht und weiter entwickelt. Aber wie kam man auf diese Technologie?

Quantencomputer wurden nicht durch eine einzelne Erfindung geschaffen, sondern sie sind das Ergebnis eines kontinuierlichen Fortschritts in der Quantenphysik und der Computertechnologie. Die Idee eines Quantencomputers geht auf die frühen Arbeiten von Physikern wie Richard Feynman und Yuri Manin zurück. Sie erkannten in den 1980er Jahren, dass Quantenmechanik eine potenzielle Grundlage für leistungsfähigere Computer bieten könnte.

1994 entwickelte Peter Shor erfolgreich einen Algorithmus, der auf einem Quantencomputer die Faktorisierung großer Zahlen effizienter durchführen könnte. Dieser Algorithmus zeigte das Potenzial von Quantencomputern für bestimmte Berechnungen. Das Beispiel des Shor Algorithmus finden Sie auf: Wie funktionieren Quantencomputer?

In den folgenden Jahrzehnten haben Forscher auf der ganzen Welt kontinuierlich an der Entwicklung von Quantencomputern gearbeitet. Es wurden verschiedene Technologien und Ansätze verfolgt, darunter die Verwendung von Ionenfallen, supraleitenden Schaltkreisen, topologischen Qubits und anderen Methoden. Dazu ein Beispiel vom Weltquantentag.

Um einen produktiv nutzbaren Quantencomputer herzustellen, gibt es noch viele technische und theoretische Herausforderungen zu meistern. Dennoch haben Quantencomputer bereits vielversprechende Ergebnisse erzielt und werden voraussichtlich in Zukunft einen erheblichen Einfluss auf Bereiche wie Kryptographie, Materialwissenschaften, Optimierung, Wetter- und Erdbebenprognosen und maschinelles Lernen haben.

News zur Quantenforschung bei IBM

IBM entwickelt in Zusammenarbeit mit UC Berkely einen 127 Qubit Quantenprozessor. Dabei gibt es noch einige Probleme zu lösen, wie sie in dem nachfolgenden Video entnehmen können.

Quantenforschung in Deutschland

Auch in Deutschland findet Forschung zu Quantencomputern statt. Hier gibt es eine Übersicht aus der deutschen Forschung, die Abstrakt präsentiert wird 😉

Intels Tunnel Falls Quanten Prozessor

Intel präsentierte vor kurzem einen 12 Qubit Prozessor, der Tunnel Falls genannt wird. Dazu gibt es interessante Neuigkeiten.

Fazit

Bei den Quantencomputer braucht es noch einige Zeit, um produktive Geräte herstellen zu können. Die Preisträger zum Weltquantentag kamen aus China und Deutschland.

 

 

 

 

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Der private Adressenbereich bei IPv4

Das Internet entstand aus dem ARPAnet, das ein Produkt des kalten Krieges zwischen der Sowjetunion und den USA war. Es wurde in den 1960er Jahren von der Advanced Research Projects Agency, einer Abteilung des US-Verteidigungsministeriums, geschaffen. Es wurde ein dezentrales Netzwerk zur Übertragung von Daten mit Datenpaketen geschaffen.

1969 begannen vier Elite Universitäten – UCLA, Stanford, UC Santa Barbara und das University of Utah Research Institute das Arpanet aufzubauen – Sie wurden als die ersten Knotenpunkte des neuen Netzwerks. Die Verbindung zwischen diesen Knotenpunkten wurde mit speziell entwickelten Schnittstellen und Protokollen hergestellt.

Im Jahr 1990 wurde das ARPAnet außer Betrieb genommen, als das Internetprotokoll IPv4 eingeführt wurde und das Netzwerk in das öffentliche Internet integriert wurde.

Da die Anzahl der im Internet genutzten Geräte im Laufe der Jahre stark anstieg, erkannten die Experten, dass der Adressraum mit 32 Bit zu stark begrenzt ist. Jede Adresse im öffentlichen Internet darf nur einmal genutzt werden. Um die vielen Unternehmensnetze zu ermöglichen, wurde die  Technologie NAT (Network Address Translation) entwickelt und für die Netzwerk Klassen A bis C private Adressenpools definiert. Später wurde CIDR (Classless Inter-Domain Routing) eingeführt.

Welche privaten Adressenbereiche gibt es?

IPv4 reserviert bestimmte Adressbereiche für den privaten Gebrauch. Hier sind die drei private Adressbereiche von IPv4 mit Beispielen.

1. Private Adressbereich gemäß RFC 1918

      1. 10.0.0.0 bis 10.255.255.255 mit 224-2 Adressen pro Netz für Unternehmen mit großen Adressenbedarf
        Beispiel:
        Netzadresse 10.0.0.0
        IP Adresse 10.0.1.4
        Broadcast Adresse 10.255.255.255
        Subnetzmaske 255.0.0.0
      2. 172.16.0.0 bis 172.31.255.255 mit 216-2 Adressen pro Netz für Unternehmen mit mittleren Adressenbedarf
        Beispiel:
        Netzadresse 172.16.0.0
        IP Adresse 172.16.0.23
        Broadcast Adresse 172.16.255.255
        Subnetzmaske 255.255.0.0
      3. 192.168.0.0 bis 192.168.255.255 mit 28-2 pro Netz Adressen für Unternehmen mit geringen Adressenbedarf
        Beispiel:
        Netzadresse 192.168.3.0
        IP Adresse 192.168.3.120
        Broadcast Adresse 192.168.3.255
        Subnetzmaske 255.255.255.0

2. Link-Local Adressbereich gemäß RFC 3927
              169.254.0.0 bis 169.254.255.255 für die Übertragung von einer Adresse zu gleichzeitig mehreren Adressen

Aufbau der Netzwerk Adressierung

Angenommen, wir haben ein Netzwerk mit der IP-Adresse 192.168.3.21 und einer Subnetzmaske von 255.255.255.0.

In diesem Fall ist die IP-Adresse 192.168.3.0 die Netzadresse, also die Adresse des vorliegenden Netzwerks.

IP-Adressen werden verwendet, um einzelne Geräte in einem Netzwerk zu identifizieren. Jedes Gerät in einem Netzwerk hat eine eindeutige IP-Adresse, wie zum Beispiel 192.168.3.1 oder 192.168.3.21.

Die Subnetzmaske gibt an, welcher Teil der IP-Adresse die Netzwerkadresse ist und welcher Teil für die Identifizierung der einzelnen Geräte im vorliegenden Netz verwendet wird. In diesem Fall ist die Subnetzmaske 255.255.255.0, was bedeutet, dass die ersten drei Zahlenblöcke (192.168.3) die Netzwerkadresse sind und der letzte Zahlenblock (0) für die Identifizierung der Geräte im Host verwendet wird.

Die Broadcast-Adresse ist die höchste Adresse in einem Netzwerk und wird verwendet, um Daten gleichzeitig an alle Geräte im Netzwerk zu senden. In unserem Beispiel wäre die Broadcast-Adresse 192.168.3.255. Wenn also ein Gerät eine Nachricht an alle anderen Geräte im Netzwerk senden möchte und die genaue IP-Adresse nicht kennt, würde es diese Adresse als Zieladresse verwenden.

Einsatzbereich der privaten IP-Adressen

Diese Adressbereiche sind für den privaten Gebrauch in lokalen Netzwerken vorgesehen. Sie können durch NAT beliebig oft in Netzen genutzt werden und werden nicht im Internet geroutet. Sie ermöglichen es vielen Organisationen jeweils eigene IP-Adressen in ihren Netzwerken zu verwenden, ohne mit öffentlichen Adressen zu kollidieren.

 

 

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Internet der Dinge oder IoT, was ist das?

IoT steht für das Internet der Dinge (Internet of Things). Es bezieht sich auf das Konzept, dass physische Objekte und Geräte miteinander und mit dem Internet verbunden sind. Die Geräte sind in der Lage, Daten auszutauschen und miteinander zu kommunizieren.

Im IoT werden Objekte und Geräte mit Sensoren ausgestattet, die Daten über ihre Umgebung, ihren Zustand oder ihre Leistungsfähigkeit erfassen können. Diese Daten werden dann über Netzwerkverbindungen, wie z. B. drahtlose oder kabelgebundene Verbindungen, an andere Geräte, Systeme oder Cloud-Plattformen übertragen. Dort werden die Daten verarbeitet, analysiert und genutzt, um Erkenntnisse zu gewinnen, Aktionen auszulösen oder Entscheidungen zu treffen.

Durch das IoT werden verschiedene Bereiche des täglichen Lebens und der Industrie transformiert.

IoT Industrie

Beispiele für IoT-Anwendungen im Smart Home

Das Internet der Dinge bietet eine breite Palette von Einsatzmöglichkeiten im smarten Zuhause, in dem vernetzte Geräte und Systeme zu einem intelligenten und automatisierten Wohnraum führen.

1. Hausautomatisierung durch Steuerung, Vernetzung und Sensorik

IoT ermöglicht die Steuerung verschiedener Aspekte des Hauses, einschließlich Beleuchtung, Heizung, Klimatisierung und Sicherheitssysteme. Durch vernetzte Geräte und Sensoren können Benutzer diese Systeme fernsteuern und automatisierte Zeitpläne oder Szenarien erstellen, um Energie zu sparen und den Komfort zu verbessern.

2. Energieeffizienz erhöhen

Durch das Internet der Dinge wird der Energieverbrauch im Smart Home optimiert. Durch Sensoren und intelligente Thermostate können Heizung und Kühlung automatisch an anwesende Personen oder wechselnde Umgebungsbedingungen angepasst werden. Basierend auf Bewegungserkennung und Tageslichtstärke steuern smarte Beleuchtungssysteme die Beleuchtung. Dadurch können Energieeinsparungen erzielt werden.

3. Überwachung ermöglichen

IoT-basierte Sicherheitssysteme ermöglichen die Fernüberwachung des Hauses. Durch vernetzte Kameras, Bewegungsmelder und Tür- und Fenstersensoren erhalten Benutzer Benachrichtigungen bei verdächtigen Aktivitäten. Zugriffskontrollen und Gebäude können auch von Dritten überwacht werden.

4. Haushaltsgeräte und Haushaltsmanagement optimieren

Vernetzte Haushaltsgeräte wie intelligente Kühlschränke, Waschmaschinen oder Staubsaugerroboter können mit dem Internet verbunden werden. Benutzer können diese Geräte über ihre Smartphones steuern, den Betriebsstatus überwachen oder Benachrichtigungen über beendete Aufgaben erhalten. IoT-fähige Geräte können auch die Verbrauchsdaten sammeln, um Ressourcen zu optimieren und die Wartung anmelden.

5. Gesundheits- und Wohlbefinden erhöhen

IoT kann auch bei der Überwachung der Gesundheit und des Wohlbefindens von Personen helfen. Wearables wie Smartwatches oder Fitnesstracker können Daten, wie Herzfrequenz oder Schlafverhalten, sammeln und an das Smart Home-System senden. Dies ermöglicht die Anpassung von Beleuchtung, Temperatur oder Musik, um eine angenehme Atmosphäre zu schaffen.

Diese Einsatzmöglichkeiten zeigen, wie IoT die Funktionalität und den Komfort im Smart Home verbessern kann. Durch die Vernetzung von Geräten und die Integration von Automatisierung und intelligenten Funktionen können Benutzer Energie sparen, die Sicherheit erhöhen und den Wohnkomfort steigern. Es zeigt aber auch, die Gefahren, die George Orwell in seinem berühmten Buch 1984  und Aldous Huxley in Schöne Neue Welt beschrieben haben.

Das Internet der Dinge im Kontext der smarten Fabriken

Das IoT spielt eine entscheidende Rolle bei der Umsetzung von Smart Factories, auch bekannt als Industrie 4.0. Dazu einige Beispiel des IoT in Smart Factories.

1. Überwachung und Steuerung von Anlagen

Durch die Integration von Sensoren in Maschinen und Anlagen können Echtzeitdaten über deren Zustand und Leistung gesammelt werden. Das ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung, Fehlererkennung und präventive Wartung. Es ermöglicht die automatisierte Fernüberwachung und -steuerung von Maschinen, was die Effizienz verbessert und Ausfallzeiten reduziert.

2. Lagerbestandsverwaltung automatisieren

Mit Kameras und Sensoren können Lagerbestände automatisch überwacht und verfolgt werden. Dies ermöglicht eine präzise Bestandsverwaltung, eine automatische Nachbestellung bei Bedarf, sowie die Optimierung des Lagerlayouts und der Materialflüsse.

3. Supply Chain Management optimieren und überwachen

Die Transparenz und Effizienz in von Lieferketten werden mit IoT weiter verbessert. Sensoren können mit RFID den Standort von Produkten oder Komponenten verfolgen. Die Temperatur und Feuchtigkeit während des Transports werden mit Sensoren überwacht und liefern Echtzeitinformationen über den Lieferstatus und die Qualität. Dadurch können Schäden, Engpässe oder Verzögerungen frühzeitig erkannt und Maßnahmen ergriffen werden.

4. Qualitätskontrolle durch Überwachung und Steuerung

IoT-Sensoren werden in Fertigungsprozessen eingesetzt, um die Qualität zu überwachen und steuern. Durch die Echtzeitüberwachung können Abweichungen von der Spezifikation sofort erkannt werden.

5. Effizienz und Sicherheit verbessern

Das Internet der Dinge unterstützt bei der Sicherheit am Arbeitsplatz und steigert die Effizienz der Arbeitskräfte. Zum Beispiel können vernetzte Sensoren in Echtzeit Informationen über die Arbeitsbedingungen liefern, um potenzielle Gefahren zu erkennen und rechtzeitig Maßnahmen zu ergreifen. Wearables und vernetzte Geräte können die Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen den Mitarbeitern verbessern.

Vorteile des IoT

Die Vorteile des IoT liegen in der Möglichkeit, umfassende Daten aus der physischen Welt zu sammeln und zu nutzen, um fundierte Entscheidungen zu treffen, Effizienz zu steigern, Kosten zu senken, neue Dienstleistungen zu entwickeln und das tägliche Leben zu verbessern.

Nachteile von IoT

Nachteile durch IoT sind noch zu lösende Probleme, wie die Sicherheit und den Datenschutz der gesammelten Daten. Auch die Wartungs- und Updatemöglichkeit bei kostengünstigen IoT Geräten, sowie bei der Interoperabilität und Skalierbarkeit von IoT-Systemen sind teilweise ungelöst.

Fazit

Die Einsatzmöglichkeiten des Internet der Dinge in smarten Fabriken zeigen, wie die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit in der Fertigung verbessern kann. Durch die Integration von IoT in die industrielle Automatisierung können Unternehmen Wettbewerbsvorteile erzielen und auf die sich ändernden Anforderungen des Marktes reagieren. Es gibt aber wachsende ungelöste Probleme, auf die bereits George Orwell in seinem Buch 1984  und Aldous Huxley in Schöne Neue Welt und viele weitere Autoren hingewiesen haben.

 

siehe auch Smart City NEOM

 

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Wie funktionieren Quantencomputer?

Quantencomputer sind eine aufregende Technologie, die das Potenzial hat, unsere herkömmlichen Computer in Bezug auf Rechenleistung und Problemlösungsfähigkeiten zu revolutionieren. Doch wie genau funktionieren diese bahnbrechenden Maschinen?

Um das Konzept von Quantencomputern zu verstehen, müssen wir zunächst einige Grundlagen der Quantenmechanik verstehen. In der Quantenphysik existieren Partikel auf mikroskopischer Ebene nicht nur in einem bestimmten Zustand, sondern können sich in sogenannten Superpositionen befinden. Dies bedeutet, dass sie gleichzeitig verschiedene Zustände einnehmen können.

Die grundlegende Einheit eines Quantencomputers ist das Quantenbit, kurz Qubit. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bits, die entweder den Wert 0 oder 1 haben können, können Qubits aufgrund ihrer quantenmechanischen Eigenschaften in einer Superposition aus 0 und 1 gleichzeitig existieren. Dadurch können Qubits mehr Informationen gleichzeitig verarbeiten.

Quantencomputer nutzen die Eigenschaften der Quantenmechanik, um komplexe Berechnungen durchzuführen. Durch Quantenüberlagerung können Qubits gleichzeitig in verschiedenen Zuständen sein und somit parallele Berechnungen durchführen. Zudem können Qubits verschränkt werden, was bedeutet, dass der Zustand eines Qubits von einem anderen Qubit abhängig ist. Dies ermöglicht eine starke Verknüpfung und parallele Verarbeitung von Informationen.

Quantencomputer verwenden spezielle Quantenalgorithmen, um komplexe Probleme zu lösen. Einer der bekanntesten Quantenalgorithmen ist der Shor-Algorithmus, der zur Faktorisierung großer Zahlen verwendet wird. Durch die gleichzeitige Verarbeitung von Informationen und die Ausnutzung der Verschränkung können Quantencomputer komplexe Berechnungen deutlich schneller durchführen als herkömmliche Computer.

Beispiel des Shor Algorithmus

Der Shor-Algorithmus ist ein bedeutender Quantenalgorithmus, der verwendet wird, um große Zahlen zu faktorisieren. Angenommen, wir möchten die Zahl 21 faktorisieren, also die beiden Primfaktoren finden, aus denen sie besteht.

1. Vorbereitung

Wir wählen eine zufällige Zahl a (größer als 1 und kleiner als 21) als Ausgangspunkt. Nehmen wir der Einfachheit halber a = 2. Nun überprüfen wir, ob a und 21 teilerfremd sind, also keinen gemeinsamen Teiler haben. Wenn sie einen gemeinsamen Teiler hätten, könnten wir bereits den Primfaktor finden und wären fertig. In unserem Fall sind 2 und 21 teilerfremd.

2. Quantenüberlagerung

Wir erstellen ein Qubit-Register, das aus n Qubits besteht, wobei n die Anzahl der Stellen in der Binärdarstellung der Zahl 21 ist. In unserem Fall sind es 5 Qubits, da die Binärdarstellung von 21 „10101“ ist. Diese Qubits werden in den Superpositionszustand gebracht, in dem sie gleichzeitig alle möglichen Zustände repräsentieren. Dies ermöglicht es uns, parallele Berechnungen durchzuführen.

3. Quantenfunktion anwenden

Wir wenden eine Quantenfunktion auf das Qubit-Register an, die den Zustand des Registers gemäß der Funktion f(x) = a^x mod 21 ändert. Dabei steht x für die Binärdarstellung der Zahlen 0 bis 2^n-1 (also von 0 bis 31 in unserem Fall). Diese Funktion berechnet a^x und nimmt den Rest bei der Division durch 21.

4. Quanten-Fouriertransformation

Wir wenden eine Quanten-Fouriertransformation auf das Qubit-Register an, um die Frequenzen der Zustände zu analysieren. Durch die Fouriertransformation können wir die Periodenlänge der Funktion f(x) erkennen. Die Periodenlänge gibt uns wichtige Informationen über die Faktorisierung der Zahl 21.

5. Auswertung der Messergebnisse

Wir messen das Qubit-Register und erhalten eine bestimmte Zustandsfolge. Anhand dieser Zustandsfolge können wir die Periodenlänge bestimmen. Die Periodenlänge gibt uns Hinweise auf die Primfaktoren von 21.

In unserem Beispiel könnte die Messung ergeben, dass die Periodenlänge 6 ist. Basierend auf diesem Ergebnis können wir die Primfaktoren von 21 bestimmen. Da die Periodenlänge gerade ist, können wir eine einfache mathematische Berechnung durchführen, um die Faktoren zu finden.

Um die Primfaktoren von 21 basierend auf einer Periodenlänge von 6 zu berechnen, verwenden wir eine einfache mathematische Beziehung. Wenn die Periodenlänge (in diesem Fall 6) gerade ist, nehmen wir 2 hoch (Periodenlänge/2) und addieren 1. Das Ergebnis ist ein möglicher Kandidat für einen Primfaktor von 21.

In diesem Fall erhalten wir 2^(6/2) + 1 = 2^3 + 1 = 8 + 1 = 9.

Jetzt prüfen wir, ob 9 ein Teiler von 21 ist. Da 9 nicht gleich 21 ist, müssen wir weiter nach einem anderen Kandidaten suchen. Wir versuchen den nächsten möglichen Kandidaten, indem wir 2^(6/2) – 1 berechnen.

Das ergibt 2^3 – 1 = 8 – 1 = 7.

Da 7 ein Primfaktor von 21 ist, haben wir nun beide Primfaktoren gefunden. Die Faktoren von 21 sind 7 und (21 / 7) = 3.

Daher sind die Primfaktoren von 21: 7 und 3.

Insgesamt ist der Shor-Algorithmus ein komplexer Algorithmus, der auf den Prinzipien der Quantenmechanik basiert. Er nutzt die Eigenschaften von Quantencomputern, um Faktorisierungsprobleme deutlich schneller zu lösen als herkömmliche Computer.

 

Trotz des enormen Potenzials stehen Quantencomputer vor einigen Herausforderungen. Eine davon ist die Störungsanfälligkeit gegenüber Umgebungseinflüssen, die als Quantenrauschen bezeichnet wird. Forscher arbeiten intensiv daran, Fehlerkorrekturverfahren zu entwickeln, um diese Probleme zu lösen und Quantencomputer zuverlässiger zu machen.

Die Zukunft der Quantencomputer ist vielversprechend. Die Fortschritte in der Forschung und Entwicklung könnten zu bedeutenden Durchbrüchen in der Kryptographie, der Optimierung komplexer Systeme, der Medikamentenentwicklung und vielen anderen Bereichen führen. Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Regierungen investieren intensiv in die Weiterentwicklung dieser Technologie, um ihr volles Potenzial zu erschließen.

Fazit

Quantencomputer sind faszinierende Maschinen, die auf den Prinzipien der Quantenmechanik basieren. Durch die Nutzung von Quantenüberlagerung können Rechenvorgänge weiter beschleunigt werden. Schnittstellen fortschrittlicher Quantencomputer mit verschränkten Qubits werden ohne Zeitverzögerung die Daten übertragen. Die zu einem effektiv arbeitenden, verteilten Quantencomputer dazugehörende Quantenkommunikation ist in China am weitesten fortgeschritten. Die Eliten des Westens investieren hauptsächlich in Krieg, Raub, Massenmord, Unterdrückung mit Abschaffung der Menschenrechte.

 

 

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Primär-, Sekundär- und Tertiärverkabelung bei Netzwerken

In der Netzwerktechnik werden häufig die Begriffe Primärverkabelung, Sekundärverkabelung und Tertiärverkabelung verwendet, um verschiedene Aspekte der Verkabelungsinfrastruktur zu beschreiben. Dazu ein Vergleich der Primär-, Sekundär- und Tertiärverkabelung.

blankVerkabelung von Netzen

Beschreibung:
SV = Standortverteiler
GV = Gebäudeverteiler
EV = Etagenverteiler

Primärverkabelung

  • Die Primärverkabelung umfasst die Hauptverkabelung eines Gebäudes oder Campus. Sie stellt die grundlegende Infrastruktur für die Netzwerkkonnektivität bereit und verbindet den zentralen Netzwerkbereich, wie beispielsweise das Rechenzentrum oder den Serverraum, mit den verschiedenen Endpunkten im Gebäude.
  • Die Primärverkabelung folgt üblicherweise bestimmten Standards wie zum Beispiel bei Ethernet mit metallischen Leitern (mit Cat5e, Cat6, Cat6a oder Cat7) oder Glasfaser (Singlemode, Multimode oder Monomode), um eine zuverlässige und leistungsfähige Übertragung von Daten zu gewährleisten.
  • Die Primärverkabelung kann mehrere Hunderte von Metern bis zu mehreren Kilometern umfassen, je nach den Anforderungen des Netzwerks und der Größe des Gebäudes oder Campus. Je nach Länge können dabei Repeater zur Signalverstärkung eingesetzt werden.

Sekundärverkabelung

  • Die Sekundärverkabelung bezieht sich auf die Verkabelung innerhalb eines bestimmten Bereichs oder Raums, wie beispielsweise Büros, Arbeitsbereiche oder einzelne Etagen. Sie stellt die Verbindung zwischen der Primärverkabelung und den Endgeräten, wie Computern, Telefonen oder Druckern, her.
  • Die Sekundärverkabelung folgt in der Regel den gleichen Standards wie die Primärverkabelung, um eine nahtlose Konnektivität innerhalb des betreffenden Bereichs zu gewährleisten.
  • Die Länge der Sekundärverkabelung ist normalerweise begrenzt und kann je nach den räumlichen Gegebenheiten und Anforderungen variieren, typischerweise im Bereich von einigen Metern bis mehr als einhundert Meter.

Tertiärverkabelung

  • Die Tertiärverkabelung bezieht sich auf die Verkabelung auf einer sehr lokalen Ebene, wie z. B. Verbindungen zwischen einzelnen Anschlüssen wie Patchdosen und Geräten innerhalb eines Arbeitsbereichs. Sie umfasst in der Regel Patchkabel, Steckverbinder und Verteiler, um eine flexible Verbindung zwischen Endgeräten zu ermöglichen.
  • Die Tertiärverkabelung kann die gleichen Standards wie die Primär- und Sekundärverkabelung verwenden oder spezielle Kabeltypen für kurze Strecken und Flexibilität aufweisen, wie z. B. RJ45-Patchkabel oder optische Patchkabel.
  • Die Länge der Tertiärverkabelung ist normalerweise sehr kurz, typischerweise im Bereich von wenigen Metern bis mehr als einhundert Meter, um die direkte Verbindung zwischen den Endgeräten herzustellen.

 

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Der Blackbox Test und der Whitebox Test

Der Blackbox-Test und der Whitebox-Test dienen dazu, die Qualität und Zuverlässigkeit von Software- und Systemlösungen sicherzustellen. Die Tests decken verschiedene Aspekte wie Funktionalität, Benutzerfreundlichkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit ab. Sie werden von Anwendungsentwicklern, Systemintegratoren und weiteren Berufen in der IT Sparte eingesetzt.

Der Blackbox Test

Der Blackbox-Test wird auch manchmal als Black-Box-Test beschrieben und ist ein Testverfahren, bei dem die interne Struktur oder das Design des zu testenden Systems nicht bekannt ist oder nicht berücksichtigt wird. Der Tester betrachtet das System als eine „Blackbox“, bei der er nur die Eingaben (Input) und die Ausgaben (Output) kennt. Der Fokus liegt auf der Überprüfung der funktionalen Anforderungen des Systems, wie z. B. ob es die erwarteten Ergebnisse liefert und ob es korrekt mit verschiedenen Eingabeparametern umgeht. Der Tester kann verschiedene Techniken wie Äquivalenzklassenbildung, Grenzwertanalyse, Zustandsübergangstests und zufällige Tests verwenden, um die Wirksamkeit des Systems zu überprüfen. Der Blackbox-Test ermöglicht es, das System aus Sicht des Endbenutzers zu bewerten und kann unabhängig von der internen Implementierung des Systems durchgeführt werden.

Vorteile des Blackbox-Tests

  • Der Blackbox-Test stellt sicher, dass das System den Anforderungen und Erwartungen der Benutzer entspricht.
  • Der Blackbox-Test kann unabhängig von der internen Implementierung durchgeführt werden.
  • Durch den Blackbox-Test können Muster von Fehlern und unerwartetem Verhalten erkannt werden.

Nachteile des Blackbox-Tests

  • Der Blackbox-Test kann bestimmte interne Codepfade oder -bereiche nicht ausreichend testen.
  • Die Ursache von Fehlern kann aufgrund fehlenden Zugangs zur internen Implementierung schwierig zu identifizieren sein.
  • Der Blackbox-Test bezieht sich nicht auf die interne Effizienz oder Optimierung des Codes.

Der Whitebox Test

Der Whitebox-Test wird manchmal als White-Box-Test beschrieben und ist ein Testverfahren, bei dem der Tester Einblick in die interne Struktur, sowie in das Design des zu testenden Systems hat. Der Tester analysiert den Quellcode, die Algorithmen, die Datenstrukturen und andere technische Aspekte des Systems, um Tests zu erstellen, die auf diesen Informationen basieren. Der Whitebox-Test konzentriert sich sowohl auf die Überprüfung der funktionalen Anforderungen als auch auf die strukturelle Abdeckung des Codes. Es werden Techniken wie Pfadabdeckung, Anweisungsabdeckung, Zweigabdeckung und Bedingungsabdeckung verwendet, um sicherzustellen, dass alle möglichen Pfade und Szenarien im Code getestet werden. Der Whitebox-Test wird oft von Entwicklern durchgeführt, um sicherzustellen, dass der Code richtig implementiert ist und potenzielle Fehler und Schwachstellen identifiziert werden.

Vorteile des Whitebox-Tests

  • Der Whitebox-Test ermöglicht eine detaillierte Überprüfung des Codes und identifiziert potenzielle Fehler auf algorithmischer oder struktureller Ebene.
  • Durch den direkten Zugriff auf den Quellcode kann der Whitebox-Test eine umfassende Abdeckung der Code-Pfade und Szenarien erreichen.
  • Der Whitebox-Test ermöglicht es, ineffiziente Codebereiche zu erkennen und zu optimieren, um die Gesamtleistung des Systems zu verbessern.

Nachteile des Whitebox-Tests

  • Der Whitebox-Test erfordert Kenntnisse über die interne Implementierung, was zu Einschränkungen führen kann, wenn der Quellcode nicht verfügbar oder komplex ist.
  • Der Whitebox-Test fokussiert sich stark auf die interne Logik und kann die Perspektive eines Endbenutzers oder externe Schnittstellen möglicherweise nicht vollständig berücksichtigen.
  • Der Whitebox-Test erfordert tiefgreifende Kenntnisse der internen Struktur und erfordert mehr Zeit und Ressourcen im Vergleich zum Blackbox-Test.

Fazit

Der Blackbox-Test ermöglicht eine unabhängige Bewertung der funktionalen Anforderungen aus Benutzersicht, während der Whitebox-Test eine detaillierte Überprüfung der internen Implementierung und eine umfassendere Testabdeckung bietet. Beide Testarten sind wichtige Bestandteile der Qualitätssicherung.

 

 

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Die Projektphasen bei PRINCE2 Projektmanagement

PRINCE2 wurde vom britischen Office of Government Commerce (OGC) entwickelt, um Projektmanagement-Methoden zu standardisieren und zu verbessern. Inzwischen ist PRINCE2 weltweit anerkannt und wird von vielen Organisationen angewendet. Seit 2013 wird die Weiterentwicklung von PRINCE2 vom AXELOS-Verlag durchgeführt, der auch andere Best-Practice-Methoden wie ITIL und RESILIA herausgibt. AXELOS arbeitet eng mit Experten und Praktikern aus der Projektmanagement-Community zusammen, um PRINCE2 kontinuierlich an die Bedürfnisse der Branche anzupassen und zu verbessern. Dazu gibt es Zertifizierungen.

Die Phasen von PRINCE2-Projekten lassen sich auch wie folgt beschreiben:

Vor dem Projekt

In dieser Phase wird eine Idee oder ein Bedarf für ein Projekt identifiziert und eine Vorstudie durchgeführt, um zu klären, ob das Projekt durchgeführt werden soll oder nicht. Es werden die Projektziele definiert, der Umfang abgegrenzt und erste Annahmen und Risiken erfasst. Auch werden erste Schritte unternommen, um die Finanzierung und die Ressourcen für das Projekt sicherzustellen.

Initiierungsphase

In dieser Phase werden die Planung und Organisation des Projekts detailliert ausgearbeitet. Der Projektleiter wird ernannt und die Projektorganisation wird aufgestellt. Es wird ein Projektplan erstellt, der die Ziele, die Meilensteine, die Abhängigkeiten, die Risiken, die Qualitätssicherungsmaßnahmen und den Business Case enthält. Ebenfalls wird ein Projektteam zusammengestellt und es werden Ressourcen und Budgets zugewiesen.

Lenkungs- und Steuerungsphase

In dieser Phase wird das Projektmanagement durchgeführt. Der Projektfortschritt wird überwacht, Abweichungen werden erkannt und korrigiert. Die Qualität des Projektergebnisses wird sichergestellt, indem die Qualitätssicherungsmaßnahmen umgesetzt und kontrolliert werden. Ebenfalls werden Risiken und Änderungen im Projektumfeld erkannt und behandelt. Der Projektstatus wird laufend dokumentiert und an die Stakeholder kommuniziert.

Produktlieferungsphase

In dieser Phase werden die Produkte, die im Projekt erstellt wurden, geliefert und getestet. Dabei wird überprüft, ob die Produkte den Anforderungen entsprechen und die Qualitätsstandards erfüllen. Die Produkte werden dokumentiert und an den Kunden oder Nutzer übergeben.

Jede Phase endet mit einer Bewertung, ob das Projekt im Sinne der Zielsetzung erfolgreich fortgesetzt werden kann oder ob es angepasst oder gar abgebrochen werden muss. Diese Überprüfungen und Bewertungen dienen dazu, die Planung und Steuerung des Projekts zu optimieren und somit einen effektiven und effizienten Projektablauf zu gewährleisten.

Das Ausnahmeprinzip

Ein weiterer wichtiger Punkt ist das Ausnahmeprinzip von PRINCE2. Es besagt, dass der Projektleiter befugt ist, Entscheidungen zu treffen und Handlungen durchzuführen, solange sie im Einklang mit dem Projektplan und den Projektzielen stehen. Nur bei Abweichungen oder Ausnahmen von diesem Plan muss der Projektleiter die höheren Managementebenen informieren und um Genehmigung bitten.

Fazit

PRINCE2 ist ein sehr ausgereifte und vielfältig einsetzbare Projektmanagementmethode. Sie wird in mehr als 150 Ländern der Erde eingesetzt. Es gibt die klassische Projektmanagement Variante PRINCE2 und die agile Variante PRINCE2 Agile.

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Normalisierung bei relationalen Datenbanken

Für die Nutzung und Wartung eines relationalen Datenbanksystems (DBS) sind sauber strukturierte Daten von Vorteil.

Denn bei der Nutzung können Schwächen, also Anomalien auftreten, die es zu verhindern gilt. Das wären zum Beispiel

  • Die Einfügeanomalie tritt auf, wenn es aufgrund von fehlenden Attributwerten nicht möglich ist, neue Daten in die Tabelle einzufügen.
  • Die Änderungsanomalie tritt auf, wenn Änderungen an einem Attributwert in einer Zeile zu Inkonsistenzen in anderen Zeilen führen.
  • Die Löschungsanomalie tritt auf, wenn das Löschen von Daten in einer Tabelle versehentlich auch andere, relevante Daten löscht oder wenn das Löschen von Daten zu einer fehlenden Information führt.

Um die oben genannten Anomalien zu verhindern, wird der Normalisierungsprozess eingesetzt.

Normalisierung der 1. Normalform

Eine Relation ist in der 1. Normalform, wenn jeder Wert in jeder Spalte des Tabellenentwurfs atomar ist, d.h. keine mehrwertigen Attribute enthält. Es dürfen also keine Spalten mit mehreren Werten in einer Zeile vorhanden sein.

Normalisierung der 2. Normalform

Eine Relation ist in der 2. Normalform, wenn sie bereits in der 1. Normalform ist und kein Teil der Primärschlüssel-Funktionsabhängigkeit von einer Teilmenge der Attribute abhängt. Das bedeutet, dass jede Nichtschlüssel-Spalte von der gesamten Primärschlüssel abhängt, nicht von einem Teil davon.

Normalisierung der 3. Normalform

Eine Relation ist in der 3. Normalform, wenn sie bereits in der 2. Normalform ist und keine transitive Abhängigkeiten existieren. Das bedeutet, dass eine Nichtschlüsselspalte nicht von einer anderen Nichtschlüsselspalte abhängen kann, sondern nur von der Primärschlüsselspalte.

Die Normalformen sind wichtig, um Datenredundanz und -inkonsistenzen zu vermeiden und die Datenkonsistenz und -integrität sicherzustellen.

Beispiel zur Normalisierung

Angenommen, wir haben eine Tabelle „Studenten“ mit den folgenden Spalten:

  • Matrikelnummer (Primärschlüssel)
  • Name
  • Geburtsdatum
  • Studienfach
  • Modul1-Name
  • Modul1-Note
  • Modul2-Name
  • Modul2-Note
  • Modul3-Name
  • Modul3-Note

Diese Tabelle ist nicht in der 1. Normalform, da die Spalten „Modul1-Name“, „Modul1-Note“, „Modul2-Name“, „Modul2-Note“, „Modul3-Name“ und „Modul3-Note“ mehrwertige Attribute enthalten. Wir können die Tabelle in zwei separate Tabellen aufteilen: eine für die Studenteninformationen und eine für die Modulinformationen.

  • Tabelle „Studenten“ (Primärschlüssel: Matrikelnummer)
    • Matrikelnummer (Primärschlüssel)
    • Name
    • Geburtsdatum
    • Studienfach
  • Tabelle „Module“ (Primärschlüssel: Modul-ID, Fremdschlüssel: Matrikelnummer)
    • Modul-ID (Primärschlüssel)
    • Matrikelnummer (Fremdschlüssel)
    • Modul-Name
    • Modul-Note

Jetzt befindet sich die Tabelle „Studenten“ in der 1. Normalform, da alle Spalten atomar sind. Die Tabelle „Module“ ist in der 2. Normalform, da alle Nichtschlüsselspalten von der gesamten Primärschlüssel-Spalte „Modul-ID“ abhängig sind.

Die Tabelle „Module“ ist jedoch noch nicht in der 3. Normalform, da die Spalte „Modul-Name“ und „Modul-Note“ von der Teilmenge der Spalte „Modul-ID“ und „Matrikelnummer“ abhängen, anstatt von der gesamten Primärschlüsselspalte „Modul-ID“ abhängig zu sein. Wir können die Tabelle erneut aufteilen:

  • Tabelle „Module“ (Primärschlüssel: Modul-ID, Fremdschlüssel: Matrikelnummer)
    • Modul-ID (Primärschlüssel)
    • Modul-Name
  • Tabelle „Noten“ (Primärschlüssel: Modul-ID, Matrikelnummer)
    • Modul-ID (Primärschlüssel, Fremdschlüssel)
    • Matrikelnummer (Primärschlüssel, Fremdschlüssel)
    • Modul-Note

Jetzt hängen alle Nichtschlüsselspalten von der gesamten Primärschlüssel-Spalte „Modul-ID, Matrikelnummer“ ab, und die Tabelle „Module“ und „Noten“ befinden sich in der 3. Normalform.

 

 

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Die Kardinalität bei dem ER Modell mit SQL

Bei der Entwicklung mit dem ER- Modell ist nicht ersichtlich, in welcher Beziehung die Entitäten stehen. Die (min, max)-Notation wird genutzt, um die Beziehungen zwischen Entitäten zu definieren. Die Notation gibt an, wie viele Instanzen einer Entität in Beziehung zu einer bestimmten Anzahl von Instanzen einer anderen Entität stehen können.

  • Die „min“ – Zahl gibt an, wie viele minimale Instanzen einer Entität in Beziehung zu einer anderen Entität stehen müssen.
  • Die „max“ – Zahl gibt an, wie viele maximale Instanzen einer Entität in Beziehung zu einer anderen Entität stehen können.

Die 1:1 Kardinalität bedeutet beispielsweise, dass es nur eine Instanz der Entität auf der einen Seite und eine Instanz der Entität auf der anderen Seite geben kann.

Die 0:1 Kardinalität bedeutet hingegen, dass es eine oder keine Instanz einer Entität auf der einen Seite geben kann, aber maximal eine Instanz auf der anderen Seite.

Die 1:n Kardinalität beschreibt eine Beziehung zwischen Entitäten, bei der eine Instanz einer Entität mit vielen Instanzen einer anderen Entität in Beziehung steht. Dies wird oft durch die Verwendung von Fremdschlüsseln realisiert, die auf den Primärschlüssel der anderen Entität verweisen.

Die n:m Kardinalität beschreibt eine Beziehung zwischen Entitäten, bei der viele Instanzen einer Entität mit vielen Instanzen einer anderen Entität in Beziehung stehen. Die Beziehung wird über eine Zuordnungstabelle (Zwischentabelle) realisiert, die eine Verbindung zwischen den beiden Entitäten herstellt.

Die Kardinalität der (min, max) – Notation ist ein wichtiger Aspekt bei der Datenmodellierung, da sie die Beziehungen zwischen den Entitäten genau beschreibt. Sie hilft bei der Identifizierung von Datenintegritätsproblemen, indem sie sicherstellt, dass die Daten in einer bestimmten Beziehung konsistent bleiben.

Es ist wichtig zu beachten, dass die (min, max) – Notation nicht immer ausreichend ist, um komplexe Beziehungen zwischen Entitäten zu beschreiben. In solchen Fällen können zusätzliche Regeln und Einschränkungen erforderlich sein, um sicherzustellen, dass die Daten konsistent und korrekt sind. Sie hilft bei der Identifizierung von Integritätsproblemen von Daten und stellt sicher, dass die Daten in einer bestimmten Beziehung konsistent bleiben.

 

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Grundprinzipien der Objektorientierung

Die Objektorientierung ist ein Ansatz in der Informatik, der auf der Idee beruht, dass Software als eine Sammlung von Objekten betrachtet werden kann, die jeweils eigene Zustände und Verhaltensweisen haben. Diese Objekte können miteinander interagieren und dadurch komplexe Systeme bilden.

Das Ansatz der Objektorientierung basiert auf vier Grundprinzipien:

Abstraktion

Abstraktion bezieht sich darauf, dass Objekte in der Softwareentwicklung vereinfacht dargestellt werden können, um nur die relevanten Informationen und Funktionalitäten darzustellen.

Vererbung

Vererbung ermöglicht es, dass Objekte bestimmte Eigenschaften und Verhaltensweisen von anderen Objekten erben können, die in der Hierarchie über ihnen liegen.

Polymorphie

Polymorphie beschreibt die Möglichkeit, dass Objekte je nach Kontext unterschiedliche Formen annehmen können und auf verschiedene Arten verwendet werden können.

Kapselung

Kapselung bezieht sich auf die Idee, dass Objekte ihre internen Zustände und Verhaltensweisen vor externen Einflüssen schützen können. Dadurch können sie nur bestimmte Methoden zur Interaktion mit der Außenwelt freigeben.

Dazu gibt es weitere wichtige Konzepte:

Klassifikation

Die Klassifikation ist ein Prozess der Zuordnung von Objekten zu vordefinierten Klassen. Die basiert auf der Grundlage ihrer Eigenschaften und Merkmale. Es ist ein wichtiger Bestandteil bei Data Mining und Machine Learning, um Muster und Beziehungen in Daten zu erkennen und Vorhersagen zu treffen.

Aggregation

Aggregation bezieht sich auf die Zusammenfassung von Daten oder Objekten zu einer hierarisch höheren Ebene der Abstraktion. Dadurch wird die Analyse und Verarbeitung von komplexen Datenstrukturen auf einer vereinfachten Ebene ermöglicht.

Generalisierung

Generalisierung ist ein Prozess, bei dem eine allgemeine Klasse von Objekten definiert wird. Diese wird als Basisklasse oder Superklasse bezeichnet.  Von so einer Basisklasse können andere spezifischere Klassen von Objekten abgeleitet werden. Diese werden als ‚abgeleitete Klassen‘ oder Subklassen bezeichnet. Das ermöglicht die gemeinsame Verwendung von Attributen und Methoden in verschiedenen Klassen und fördert die Wiederverwendbarkeit von Code.

Assoziation

Assoziation beschreibt die Beziehung zwischen zwei oder mehr Objekten, die zusammenarbeiten, um eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Dadurch wird die Modellierung komplexer Beziehungen zwischen Objekten ermöglicht und  dies trägt zur Flexibilität und Erweiterbarkeit von Software-Systemen bei.

Identifikation

Identifikation bezieht sich auf die eindeutige Zuweisung eines Namens oder einer Identität zu einem Objekt, um es von Anderen zu unterscheiden. Dies ermöglicht die Manipulation und Verarbeitung von Objekten in Software.  So unterstützt die Umsetzung objektorientierte Konzepte, wie Polymorphie und Vererbung.

Fazit:

Die Objektorientierung hat zahlreiche Vorteile, darunter eine hohe Modularität, gute Wiederverwendbarkeit von Code und eine vorzügliche Wartbarkeit. Die Objektorientierung wird in Programmiersprachen wie z.B. in Java, Python und C++ eingesetzt und hat sich als eine der wichtigsten Konzepte in der Softwareentwicklung entwickelt.