Computers for All

Administrativia

Welcome

Computers for All

• Diomidis Spinellis <dds@aueb.gr (mailto:dds@aueb.gr)>
  MBA International
  Department of Management Science and Technology
  Athens University of Economics and Business (http://www.aueb.gr)
• Phone: 210 8203981
• Office: Ydras 28, 5th floor

Goals

• how computing works
• how it affects your business
• how it affects our world

• make informed decisions
• be intelligently skeptical about technology

Overview

• Anatomy of a computer; computer architecture
• Data: representing information
• Introduction to programming
• Algorithms and data structures; database systems
• Networks and operating systems
• Computer security
• Software engineering and open-source software

Notes

• Equivalent to the presentation "slides"
• Accessible over the Web http://www.spinellis.gr/cfa ( http://www.spinellis.gr/cfa)
• Continously updated
• Links for printable version at the end of the table of contents

Assessment

• Exercise 1: create your home page (markup languages - HTML) 20%
• Exercise 2: Excel Christmas Tree (introductory programming) 30%
• Essay: Select, install, use, and review a FLOSS application 30%
• Written exam: 20%

Other paedagogical elements

• Action based learning (aka games)
  • Prepare (if needed)
  • Participate
  • Take it seriously, but not too seriously
• Case studies: read before each lecture

Books

• J. Glenn Brookshear. Computer Science. Addison-Wesley, eighth edition, 2004.
• David G. Messerschmitt and Clemens Szyperski. Software Ecosystem: Understanding an Indispensable Technology and Industry. MIT Press, 2004.
• Paul Graham. Hackers & Painters: Big Ideas from the Computer Age. O'Reilly and Associates, Sebastopol, CA, 2004.
• Clive Max Maxfielf. Bebop to the Boolean Boogie. Newnes, 2003.
• Bruce Schneier. Secrets & Lies: Digital Security in a Networked World. Wiley Computer Publishing, New York, 2000.
• Donald A. Norman. The Invisible Computer. MIT Press, Cambridge, 1998.
• Michael A. Williams. A History of Computing Technology. IEEE Computer Society Press, 1997.

Coursework Instructions

Deadlines

Exercise 1: Create your Home Page

To setup your page on the lab's web server, hand in the file(s) to Spiros Kallinikos (mailto:skallin@aueb.gr), who will upload your files to the server's directory.

Exercise 2: Excel Christmas Tree

Essay: Select, Install, Use, and Review an Open Source Application

Selecting an Open Source Application

1. Visit http://sourceforge.net (http://sourceforge.net) to browse through its 92000 registered projects.
2. Select a Free/Libre open source application you perceive as useful to do your job.
3. Make sure the application can run on your computing platform.
4. Make sure none of your colleagues has selected the specific application. Have a look at the page http://istlab.dmst.aueb.gr/cfa-reservations.txt (http://istlab.dmst.aueb.gr/cfa-reservations.txt) to see which projects have already been taken.
5. Reserve the application, by sending email to cfa-reservations@istlab.dmst.aueb.gr (mailto:cfa-reservations@istlab.dmst.aueb.gr).

Essay Outline

1. Application Overview

   Start with the application's name and sourceforge.net URL. Continue with a short summary of the application.

2. Application Functionality

   Describe what the application does. Include screen dumps here, if appropriate.

3. Development History

   Describe the history behind this application. How long is it being developed? Is it derived from another application?

4. Development Team

   Describe the application's development model and team. Is this a lone developer, or an organized team? How is the team organized? Who can participate? If the above are not document in the application's web pages, just say so.

5. Documentation Overview

   Describe the documentation that comes with the application. Does it contain a user manual, a reference manual, a FAQ list, technical information? Is on-line help available? Can you print it in a nice format? Is it available for browsing over the web?

6. Source Code Overview

   Try to unpack and browse the application's source code. Most likely, its size and complexity will ovewhelm you; this is expected. If, you notice something worth reporting, include it here.

7. Support Options

   If you have a problem with the application how can you obtain support? Is there a mailing list, a newsgroup, or an open forum for sending questions? Are these qustions answered promptly? Is there a company providing paid support?

8. Application Quality

   You may find some of the following criteria (derived from ISO/IEC 9126) useful for discussing the application's quality.

   • Functionality: Suitability, accuracy, interoperability, security, functionality compliance
   • Reliability: Maturity, fault tolerance, recoverability, reliability compliance
   • Usability: Understandability, learnability, operability, attractiveness, usability compliance
   • Efficiency: Time behavior, resource utilization, efficiency compliance
   • Maintainability: Analyzability, changeability, stability, testability, maintainability compliance
   • Portability: Adaptability, installability, replaceability, coexistence, portability compliance
9. Software License

   How is the application licensed? Does it affect the way you use it?

10. Critical Evaluation

    Evaluate the application in the context of your work and time constraints. Was installing and learning the application a waste of time, or did you benefit from it?

11. Appendix A: Detailed Logbook

    Log your work in a logbook. Adopt the following format, and submit it as an appendix. Be honest, this part will be graded for its completeness, but its actual contents will not affect your grade. Do not try to impress us with an entry indicating you worked on New Year's day.

    Date	Time	Action
    2004.12.23	13:14	Work session start
    2004.12.23	13:15	Browse sourceforge.net, looking for application
    2004.12.23	13:38	Start downloading Fingerprint manager
    2004.12.23	13:42	Install application
    2004.12.23	13:43	Installation failed
    2004.12.23	13:45	Work session start
    2004.12.23	13:46	Browse sourceforge.net, looking for another application
    2004.12.23	13:55	Work session end
    2004.12.26	20:03	Work session start
    2004.12.26	20:10	Download Mozilla
    2004.12.26	20:15	Install application
    2004.12.26	20:30	Send my first email message
    2004.12.26	20:30	Work session end

12. Appendix B: Questionnaire

    This part is also not used in the grade, but its completion is compulsorily.

Questionnaire

	Disagree               Agree
I find an open source application easy to use	1	2	3	4	5
Using an open source application would make it easier to do my job	1	2	3	4	5
I intend to install and use an open source application on my computer	1	2	3	4	5
All things considered, using an open source application in my job is a good idea	1	2	3	4	5
Using an open source application would enhance my effectiveness of the job	1	2	3	4	5
Learning to operate an open source application is easy to me	1	2	3	4	5
I intend to use an open source application as a primary function in my job	1	2	3	4	5
All things considered, using an open source application in my job is a positive idea	1	2	3	4	5
Using an open source application in my job would increase my productivity	1	2	3	4	5
I find it easy to get an open source application to do what I want to do	1	2	3	4	5
Using an open source application in my job would enable me to accomplish tasks more quickly	1	2	3	4	5
It is easy for me to become skillful at using an open source application	1	2	3	4	5
I would find an open source application useful in my job	1	2	3	4	5
My interaction with an open source application is clear and understandable	1	2	3	4	5
I intend to use an open source application frequently in my job	1	2	3	4	5
I find an open source application to be flexible to interact with	1	2	3	4	5
All things considered, using an open source application in my job is a beneficial idea	1	2	3	4	5
I intend to use an open source application in doing my job	1	2	3	4	5
All things considered, using an open source application in my job is a wise idea	1	2	3	4	5

Coursework Advice

• Schedule plenty of time for these difficulties.
• Don't wait till the last moment to test your program.
• Test early and often the results of your work (web page, program).
• Early on, make sure you are familiar with the submission procedures, and that these work for you.
• Don't wait till the last moment to submit your work.

Anatomy of a Computer; Computer Architecture

Πρόδρομοι της πληροφορικής

• ´Ανθρωπος: ο πρώτος υπολογιστής
• Το δεκαδικό (decimal) σύστημα και οι τέσσερεις πράξεις
• Ο αλγόριθμος του Ευκλείδη για το ΜΚΔ
• Μηχανικά βοηθήματα
  • Πέτρες
  • ´Αβακας
  • Ο αστρολάβος των Αντικηθύρων - διαφορικά γρανάζια
  • Αριθμομηχανές
    • Wilhelm Schickard (1592-1635)
      Συνεργάστηκε με τον Kepler, μηχανή που άθροιζε και πολλαπλασίαζε (σε πολλαπλά βήματα) αριθμούς έξι ψηφίων.
    • Blaise Pascal (1632-1662)
      Κατασκεύασε πάνω από 30 αθροιστικές μηχανές, η αφαίρεση γίνονταν με τη μέθοδο του συμπληρώματος.
    • Gottfried Leibniz (1646-1716)
      Προσπάθεια για πολλαπλασιασμό
• Αποθηκευμένα προγράμματα
  • Λατέρνες και μηχανικά πιάνα
  • Ελεγχόμενοι αργαλιοί (Jacquard 1805)
  • Η διαφορική μηχανή του Charles Babbage (1792-1871)
  • Η αναλυτική μηχανή του Charles Babbage
  • Διάτρητες κάρτες (punched cards) (Hollerith 1886)

Ο αλγόριθμος ΜΚΔ του Ευκλείδη

1. Διαιρούμε ακέραια το Α με το Β και έχουμε ένα υπόλοιπο Υ
2. Αν το Υ είναι 0 τότε ο Β είναι ο ΜΚΔ
3. Αν το Υ δεν είναι 0 τότε υπολογίζουμε ως ΜΚΔ τον ΜΚΔ του Β και Υ

Μηχανικός υπολογιστής του William von Schickard

Η διαφορική μηχανή του Charles Babbage

Η αναλυτική μηχανή του Charles Babbage

Διάτρητη κάρτα (1950)

Η βάση της διαφορικής μηχανής

Υπολογισμοί με πολυώνυμα

• Πολλές συναρτήσεις εκφράζονται ως πολυώνυμα
• cos(x) = 1 - x²/2! + x⁴/4! - x⁶/6! + ... + (-1)^r*x^(2*r)/(2*r)!
• ln(1 + x) = x - x²/2 + x³/3 - x⁴/4 + ... + (-1)^(r+1)*x^r/r
• Πολυώνυμα βαθμού ν έχουν σταθερές διαφορές τάξεως ν

f(x) = x²

1
     3
4         2
     5
9         2
     7
16        2
     9
25        2
     11
36

f(x) = 3x² + 2x + 5

10
     11
21        6
     17
38        6
     23
61        6
     29
90

Το παράδειγμα με τα ρολόγια

Clock A      Clock B      Clock C
1            3            2
+3           +2
4            5            2
+5           +2
9            7            2
+7           +2
16           9            2

Ακαδημαϊκές προσπάθειες Η/Υ

• Colossus Mark I (1943) Σχεδιασμένο για την εκτέλεση λογικών πράξεων
• Harvard Mark I 1944 (relay computer)
• ENIAC (1946-1955) Mauchly και Eckert - Moore School of Electrical Engineering, University of Pensylvania
• EDVAC (1946, Cambridge) και EDSAC (1949, Moore School) Αποθηκευμένο πρόγραμμα
• Πανεπιστήμιο του Machester (1949)
• Whirlwind (1950) Έργο για λογαριασμό του αμερικανικού ναυτικού. Οθόνη CRT, 20000 εντολές / δευτερόλεπτο.

Colossus Mark I (1943)

Ο πίνακας οργάνων του υπολογιστή Whirlwind (1947)

Πρώτοι εμπορικοί Η/Υ

• IBM
  • Σειρά 600 (1935) - "multiplying punch" - προγραμματισμός με πλακέτες
  • SSEC (ηλεκτρομηχανικό: 13000 λυχνίες, 23000 ρελέ) (1948)
  • Σειρά 700 (1952) (ενοικίαση προς $1500/ μήνα) - FORTRAN
• UNIVAC (Eckert/Mauchly 1950)
• Raytheon και Honeywell
• RCA
• Burroughs

Θεωρητικό υπόβαθρο

• Kurt Goedel. On Formally Undecidable Propositions in Principia Mathematica and Related Systems (1931).
• Alan M. Turing. On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem (1936)
• Norbert Wiener. Cybernetics: The study of control and communication in the animal and the machine (1947)
• C. E. Shannon. The Mathematical Theory of Communication (1948)

Τεχνολογική εξέλιξη

• Πρώτη γενεά (generation) -1950: Λυχνίες
• Δεύτερη γενεά -1960: Τρανζίστορ, ταινίες, τύμπανα, μνήμη φερριτικού πυρήνα
• Τρίτη γενεά 1965-: Πρώτα ολοκληρωμένα κυκλώματα (integrated circuits), οικογένειες υπολογιστών
• Τέταρτη γενεά 1970-: LSI (ολοκληρωμένα κυκλώματα υψηλής ολοκλήρωσης (large scale integrated circuits))
• Πέμπτη γενεά 1980-: VLSI (ολοκληρωμένα κυκλώματα υπερύψηλης ολοκλήρωσης (very large scale integrated circuits))

• λυχνία,
• τρανζίστορ,
• μνήμες EPROM TTL, επεξεργαστές (1980),
• επεξεργαστής και άρθρωμα μνήμης RAM 1995

Μνήμη φερριτικού πυρήνα

Λογικό κύκλωμα με λυχνία (IBM Pluggable Units - 1950)

Λογικό κύκλωμα με τρανζίστορ (1960)

Τεχνολογία ημιαγωγών

• Το πυρίτιο (silicon) (Si)
• Si n (περίσσεια e) με προσθήκη P, As, Sb
• Si p (έλλειμμα e) με προσθήκη B, Al, Ga
• SiO2 (κακός αγωγός)
• Τεχνολογία N-MOS
  
• Βασικά στοιχεία κατασκευής ολoκληρωμένων κυκλωμάτων
  • Ανάπτυξη κρυστάλων Si
  • Κοπή δίσκων
  • Κατασκευή με φωτολιθογραφία
    • Διάχυση p
    • Οξείδωση SiO2
    • Επίστρωση πολυπυριτίου
    • Φωτολιθογραφία και απόξεση για εμφάνιση του Si p
    • Διάχυση n
    • Απόθεση SiO2 για μόνωση
    • Φωτολιθογραφία και απόξεση
    • Απόθεση Al για δημιουργία συνδέσεων
    • Φωτολιθογραφία και απόξεση Al
  • Κοπή και συσκευασία

Ο επεξεργαστής 750 της αρχιτεκτονικής IBM Power PC υλοποιημένος με την τεχνολογία χαλκού CMOS 7S

Πυρίτιο σε γερμάνιο (τομή)

Κύκλωμα κατασκευασμένο με την τεχνολογία πυριτίου σε μονωτικό υλικό (silicon on insulator (SOI)) σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο

Οι εικόνες προέρχονται από τον τόπο IBM Microelectronics Gallery (http://www.chips.ibm.com/gallery/index.html).

Δομικά στοιχεία

• Λογικές πύλες
• Αθροιστές
• Αριθμητική και λογική μονάδα
• Δισταθή κυκλώματα
• Τεχνολογίες μνήμης
• Μικροεπεξεργαστές

Λογικές πύλες

• Πύλη άρνησης (NOT) Y = !A

  

  A	Y
  0	1
  1	0

• Πύλη σύζευξης (AND) Y = A && B

  

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

• Πύλη διάζευξης (OR) Y = A || B

  

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

• Πύλη αποκλειστικής διάζευξης (XOR) Y = A ^ B

  

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

Αθροιστές

• Απλός αθροιστής (adder)
  
  

  A	B	Σ	C
  0	0	0	0
  0	1	1	0
  1	0	1	0
  1	1	0	1

• Αθροιστής με κρατούμενο ή πλήρης αθροιστής (full adder)
  
  

  C0	A	B	Σ	C1
  0	0	0	0	0
  0	0	1	1	0
  0	1	0	1	0
  0	1	1	0	1
  1	0	0	1	0
  1	0	1	0	1
  1	1	0	0	1
  1	1	1	1	1

• Σύνδεση αθροιστών
  
  Σ = Α + Β (Στην πράξη το κρατούμενο υπολογίζεται παράλληλα με το αποτέλεσμα).

Αριθμητική και λογική μονάδα

• Τελεστές
• Πράξη π.χ. 74ALS381:
  • A - B
  • B - A
  • A + B
  • A ^ B
  • A | B
  • A & B

Υλοποίηση της ALU 74AS181

Δομή ενός υπολογιστή

• Επεξεργαστής (Processor)
• Κύρια μνήμη (main memory)
• Συσκευές εισόδου εξόδου (Input output devices)
• Δίαυλος (Bus)

Κεντρική μονάδα επεξεργασίας

• Μονάδα αριθμητικής και λογικής (Arithmetic and logical unit) (ΜΑΛ)
• Γενικοί καταχωρητές (registers) (ΓΚι)
• Μετρητής προγράμματος (Program counter) (ΜΠ (PC))
• Καταχωρητής διεύθυνσης μνήμης (Memory address register) (ΚΔιΜ (MAR))
• Καταχωρητής δεδομένων μνήμης (Memory data register) (ΚΔεΜ (MDR))
• Καταχωρητής εντολής (Instruction register) (ΚΕ (IR))
• Μονάδα ελέγχου (Control unit) (ΜΕ)

O κύκλος εντολών

1. Ανάκληση εντολής (Instruction fetch)
2. Αποκωδικοποίηση εντολής (Instruction decode)
3. Εκτέλεση εντολής (Instruction execution)
4. Πρόσβαση μνήμης (Memory access)
5. Εγγραφή

Κύρια μνήμη

• Κρυφή μνήμη (Cache memory)
• Κύρια μνήμη
• Ιδεατή μνήμη (Virtual memory)

Περιφερειακή μνήμη

• Μαγνητικοί δίσκοι
• Δισκέτες
• CD-ROM
• DVD
• Μαγνητο-οπτικοί δίσκοι
• Μαγνητικές ταινίες
• Μονάδες αυτοματοποιημένης εναλλαγής μέσων

Μονάδα ταινίας

Συσκευές εισόδου

• Πληκτρολόγιο (keyboard)
• Ποντίκι (mouse)
• Ψηφιοποιητής (digitizer)
• Αναλογικός-ψηφιακός μετατροπέας (Analog to digital converter)
• Σαρωτής (scanner)
• Ψηφιακή κάμερα

Συσκευές εξόδου

• Οθόνη (screen)
• Εκτυπωτές (printers)
  • Ακίδων
  • Γραμμής
  • LASER
  • Εκτοξευτή μελάνης
• Σχεδιογράφος (Plotter)
• Ψηφιακός-αναλογικός μετατροπέας (Digital to analog converter)

Σχεδιογράφος

Συσκευές επικοινωνίας

• Διαμορφωτής / αποδιαμορφωτής (MODEM)
• Σύνδεση με ISDN
• Ευρυζωνική σύνδεση (xDSL)
• Σύνδεση με δίκτυο Ethernet
• Σύνδεση με δίκτυο οπτικής ίνας
• Ασύρματη σύνδεση

Τερματισμός οπτικών ινών

Η επιστήμη της πληροφορικής

• Υλικό
  • Λογικά κυκλώματα και μνήμες
  • Επικοινωνίες και μονάδες εισόδου / εξόδου
  • Ολοκληρωμένα κυκλώματα
• Οργάνωση συστημάτων
  • Αρχιτεκτονικές επεξεργαστών
  • Δίκτυα
  • Απόδοση
• Λογισμικό
  • Προγραμματισμός
  • Τεχνολογία λογισμικού
  • Λειτουργικά συστήματα
• Δεδομένα
  • Δομές δεδομένων
  • Θεωρία κωδικοποίησης και πληροφορίας
  • Αρχεία
• Θεωρία υπολογιστών
  • Υπολογισμοί από αφηρημένες μηχανές
  • Ανάλυση αλγορίθμων
  • Λογική και ερμηνεία προγραμμάτων
  • Μαθηματική λογική και φορμαλιστικές γλώσσες
• Μαθηματικά της πληροφορικής
  • Αριθμητική ανάλυση
  • Διακριτά μαθηματικά
  • Πιθανότητες και στατιστική
  • Μαθηματικό λογισμικό
• Πληροφοριακά συστήματα
  • Αρχές και μοντέλα
  • Διαχείριση βάσεων δεδομένων
  • Αποθήκευση και ανάκτηση πληροφοριών
  • Εφαρμογές
  • Επικοινωνία με τον άνθρωπο
• Μεθοδολογίες πληροφορικής
  • Αλγεβρική επεξεργασία
  • Τεχνητή νοημοσύνη
  • Γραφικά
  • Επεξεργασία εικόνας
  • Επεξεργασία σημάτων
  • Προσομοίωση και μοντελοποίηση
  • Επεξεργασία κειμένου
• Εφαρμογές
  • Γραφείου
  • Φυσικών επιστημών και μηχανικού
  • Βιολογικών και ιατρικών επιστημών
  • Κοινωνικών και ψυχολογικών επιστημών
  • Τέχνης και ανθρωπιστικών επιστημών
  • Σχεδιασμός με υπολογιστή
• Πληροφορική και κοινωνία
  • Η βιομηχανία υπολογιστών
  • Ιστορία της πληροφορικής
  • Πληροφορική και εκπαίδευση
  • Πληροφορική και κοινωνία
  • Νομικές διαστάσεις
  • Το επάγγελμα του επιστήμονα πληροφορικής

(Βασισμένο στο σύστημα ταξινόμησης ACM Computing Reviews.)

Βιβλιογραφία

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 1–15, 28–33, 73–108. Addison-Wesley, 8th edition, 2004.

• IEEE Computer, July 1985.

• Aaron Finerman. The CR classification system. ACM Computing Reviews, pages 4–19, January 1992.

• John L. Hennessy and David A. Patterson. Computer Architecture: A Quantitative Approach. Morgan Kaufmann Publishers, 1990.

• Roger Hunt and John Shelley. Computers and Common Sense. Prentice Hall, fourth edition, 1988.

• IEEE annals of the history of computing. Published by the Institute of Electrical and Electronics Engineers Computer Society.

• J.A.N. Lee. Computer pioneers. IEEE Computer Society Press, 1995.

• Brian Randell. The Origins of Digital Computers. Springer Verlag, Berlin, 1973.

• Eric Raymond. The New Hacker's Dictionary. MIT Press, 1991.

• Saul Rosen. Electronic computers: A historical survey. ACM Computing Surveys, 1(1):7–36, March 1969.

• Richard L. Sites. Alpha AXP architecture. Communications of the ACM, 36(2):33–44, February 1993.

• Joseph Weizenbaum. Computer Power and Human Reason. Pelican books, 1984.

• Michael A. Williams. A History of Computing Technology. IEEE Computer Society Press, 1997.

Γενικές πηγές στο διαδίκτυο

• ACM - Association for Computing Machinery (http://www.acm.org)
• IEEE Computer Society (http://www.computer.org/)
• USENIX - The Advanced Computing Systems Association (http://www.usenix.org)
• Slashdot - News for nerds, stuff that matters (http://slashdot.org/)

Πηγές στο διαδίκτυο

• Computer History Museum (http://www.computerhistory.org/)
• Timeline of Computing History (http://www.computer.org/computer/timeline/)
• The Virtual Museum of Computing (http://vmoc.museophile.org/)
• State of the Art: A Photographic History of the Integrated Circuit (http://smithsonianchips.si.edu/augarten/index.htm)
• LEGO Logic Gates (http://goldfish.ikaruga.co.uk/logic.html)

Data: Representing Information

Φυσικός κόσμος και πληροφορική

Φυσικός κόσμος

1. Αντικείμενα
2. Ενέργειες

Πληροφορική

1. Δεδομένα (data)
2. Αλγόριθμοι (algorithms)

Εύρεση του κυρτού φλοιού

Αλφάβητα και κωδικοποίηση

• Σύμβολα (symbols)
• Αλφάβητο (alphabet) (σύνολο συμβόλων)
• Το μικρότερο αλφάβητο
• Κωδικοποίηση (encode (to))
• Ψηφιοποίηση (digitize (to))
• Παράσταση (representation), αποθήκευση (store (to))

Ορολογία

Bit (b)

0 ή 1

Byte (B)

8 bit - 2⁸ = 256 τιμές

Word

φυσική ομάδα από bit(π.χ. 16, 32, 36, 48, 64). Στους υπολογιστές που χρησιμοποιούμε 32.

KiB/KB

Kibi/Kilo - 1024 (2¹⁰)

MiB/MB

Mebi/Mega - 1.028.576 (2²⁰)

GiB/GB

Gibi/Giga - 1.073.741.824 (2³⁰)

TiB/TB

Tebi/Tera - 1.099.511.627.776 (2⁴⁰)

PiB/PB

Peti/Peta - 1.125.899.906.842.624 (2⁵⁰)

Μνημονικός κανόνας

Παραδείγματα κωδικοποίησης

• Αριθμοί
  

• Χρόνος
  

• Ήχος
  

• Χρώματα (με μεταβολή κόκκινου, πράσινου, μπλε)
  

• Εικόνα
  

Παράσταση χαρακτήρων

• Morse

   Α   .-
   Β   -...
   Γ   --.
   Δ   -..
   Ζ   --..
   Ε   .
   Θ   -.-.
  

• Baudot
• EBCDIC

   A  193
   B  194
   C  195
   D  196
  

• ASCII

   A  64
   B  65
   C  66
   D  67
  

• ISO-8859-7, ISO-8859-13, ΕΛΟΤ-928

   Α  193
   Β  194
   Γ  195
   Δ  196
  

• Unicode (http://www.unicode.org)

   Ελληνικό άλφα πεζό με τόνο (ά) 940
   Ελληνικό ωμέγα κεφαλαίο (Ω)    937
   Αραβικό γράμμα SEEN μόνο     65201
   Αραβικό γράμμα SEEN αρχικό   65202
   Αραβικό γράμμα SEEN μέσο     65203
   Αραβικό γράμμα SEEN τελικό   65204
  

Παράσταση των χαρακτήρων "HELLO, WORLD! ABCDEFGHIJKLM 0123456789" σε διάτρητη κάρτα.

 ________________________________________________
/HELLO, WORLD! ABCDEFGHIJKLM 0123456789          |
|]]         ]  ]]]]]]]]]                         |
|  ]]]   ]]]            ]]]]                     |
|     ] ]    ]               ]                   |
|11111111111111]11111111]11111]111111111111111111|
|222222222222222]22222222]22222]22222222222222222|
|33]]3]3333]33333]33333333]33333]3333333333333333|
|44444444444]44444]44444444]44444]444444444444444|
|5]5555555555555555]55555555555555]55555555555555|
|6666]66]]6666666666]66666666666666]6666666666666|
|777777777777]7777777]77777777777777]777777777777|
|]8888]888888]88888888]88888888888888]88888888888|
|999999999]999999999999]99999999999999]9999999999|
|________________________________________________|

Παράσταση των χαρακτήρων "HELLO, WORLD! ABCDEFGHIJKLM 0123456789" σε διάτρητη ταινία.

___________
| o  o.   |
| o   .o o|
| o  o.o  |
| o  o.o  |
| o  o.ooo|
|  o o.o  |
|  o  .   |
| o o .ooo|
| o  o.ooo|
| o o . o |
| o  o.o  |
| o   .o  |
|  o  .  o|
|  o  .   |
| o   .  o|
| o   . o |
| o   . oo|
| o   .o  |
| o   .o o|
| o   .oo |
| o   .ooo|
| o  o.   |
| o  o.  o|
| o  o. o |
| o  o. oo|
| o  o.o  |
| o  o.o o|
|  o  .   |
|  oo .   |
|  oo .  o|
|  oo . o |
|  oo . oo|
|  oo .o  |
|  oo .o o|
|  oo .oo |
|  oo .ooo|
|  ooo.   |
|  ooo.  o|
___________

Εμφάνιση χαρακτήρων

Anti-aliased rendering

ClearType rendering

Παράσταση ιστοσελίδων με HTML

<όνομα ετικέτας παράμετροι>

<ετικέτα>
περιοχή που σημειώνεται
</ετικέτα>

html

περιγραφή ολόκληρης σελίδας

head

επικεφαλίδα της σελίδας

body

κείμενο της σελίδας

h1-h6

επικεφαλίδες του κειμένου

p

Παράγραφος

ul

λίστα με τελείες

ol

αριθμημένη λίστας

li

στοιχείο λίστας

br

αλλαγή γραμμής

hr

οριζόντια γραμμή

img

εικόνα

a

(anchor) σημείο πρόσβασης από ή σε υπερκείμενο

pre

προστοιχειοθετημένο κείμενο

dl, dt, dd

λίστα περιγραφών, περιγραφές

i

πλάγιοι χαρακτήρες

b

έντονοι χαρακτήρες

table, tr, th/td

Πίνακας, γραμμή, επικεφαλίδα / δεδομένα

<!-- κείμενο -->

σχόλιο

<!doctype html public "-//IETF//DTD HTML//EN">
<html>
<head>
<title>Τίτλος της σελίδας</title>

<meta NAME="GENERATOR" CONTENT="thread.pl">
<meta NAME="AUTHOR" CONTENT="Diomidis Spinellis">
<meta HTTP-EQUIV="Content-type" CONTENT="text/html; charset=ISO-8859-7">
<link REV="made" HREF="mailto:dds@aueb.gr"> 
<link REL="ToC" href="./web/index.htm">
<link REV="Subdocument" href="./web/index.htm">
<link REL="previous" href="./web/http.htm">
<link REL="next" href="./web/cgi.htm">

</head>

<body>
<h1>Επικεφαλίδα πρώτου επιπέδου</h1><hr />
<p>
Κείμενο που περιέχει ένα σημείο κατάληξης υπερκειμένου
<a name="G42"> (<em>με έντονο κείμενο</em>)</a> 
και μια λίστα:
<ul>
<li> στοιχείο 1 </li>
<li> στοιχείο 2 </li>
</ul>
</p>

<p>
Νέα παράγραφος με ένωση υπερκειμένου στο
<a href="http://www.aueb.gr">Οικονομικό Πανεπιστήμιο</a>
</p>

<hr />
</body>
</html>

Επικεφαλίδα πρώτου επιπέδου

Κείμενο που περιέχει ένα σημείο κατάληξης υπερκειμένου (με έντονο κείμενο) και μια λίστα:

• στοιχείο 1
• στοιχείο 2

Νέα παράγραφος με ένωση υπερκειμένου στο Οικονομικό Πανεπιστήμιο (http://www.aueb.gr)

Ιστορία αριθμητικών συστημάτων

Συστήματα παράστασης

• Ειδικές παραστάσεις για σύνολα (π.χ. Χ = 10) Βαβυλώνιοι, Αιγύπτιοι, Έλληνες, Κινέζοι, Ρωμαίοι
• Εξηκονταδικό σύστημα των Βαβυλωνίων (1750 π.Χ.)
• Εικοσαδικό σύστημα των Μάγια
• Υπολογισμοί στο δεκαδικό σύστημα στην αρχαία Ελλάδα
• Η χρήση του 0 (Ινδία 600 μ.Χ.)
• Μεταφορά στην Περσία (750 μ.Χ.), το έργο του al-Khwarizmi.
• Η χρήση του εξηκονταδικού συστήματος από τον Πτολεμαίο και μετά για κλάσματα
• Leonardo Pisano (Fibonacci) x^3 + 2x^2 + 10x = 20 : x = 1^o 22' 7" 33^iv 4^v 40^vi
• Δεκαδικά κλάσματα από τους Κινέζους π = 3 chang, 1 chhih, 4 tshun, 1 fen, 5 li, 9 hao, 2 miao, 7 hu
• Ευρώπη (Simon Stevin 1585), λογάριθμοι

Το δυαδικό σύστημα

• Μέτρηση υγρών στην Αγγλία (13ος αιώνας)
  2 gills = 1 chopin
  2 chopins = 1 pint
  2 pints = 1 quart
  2 quarts = 1 pottle
  2 pottles = 1 gallon
  2 gallons = 1 peck
  2 pecks = 1 demibushel
  2 demibushels = 1 bushel
  2 firkjins = 1 kilderkin
  2 kilderkins = 1 barrrel
  2 barrels = 1 higshead
  2 higsheads = 1 pipe
  2 pipes = 1 tun
  
• Η παρατήρηση του Pascal (1658): κάθε αριθμός μεγαλύτερος του 1 μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση
• Ανάλυση και πράξεις (G. W. Leibniz 1703)

Ακέραιοι αριθμοί

• Παράσταση θετικών
• Παράσταση αρνητικών ως συμπλήρωμα (complement)
• Περιοχές παράστασης

Μετατροπές

• Από δυαδικό (binary) σε δεκαδικό

  ...ΕΔΓΒΑ₂ =
  Α * 2⁰ + Β * 2¹ + Γ * 2² + Δ * 2³ + Ε * 2⁴ + ... =
  A * 1 + Β * 2 + Γ * 4 + Δ * 8 + E * 16 + ...

  Παράδειγμα:
  1011₂ =
  1 * 2⁰ + 1 * 2¹ + 0 * 2² + 1 * 2³ =
  1 * 1 + 1 * 2 + 0 * 4 + 1 * 8 =
  1 + 2 + 0 + 8 = 11₁₀

• Από δεκαδικό σε δυαδικό

  Διαιρούμε διαδοχικά με το 2 και γράφουμε τα υπόλοιπα από δεξιά προς τα αριστερά.

• Για ευκολία συχνά παριστάνουμε τετράδες ψηφίων του δυαδικού συστήματος στο δεκαεξαδικό (hexadecimal) σύστημα (με βάση το 16) σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα:

  Ν16	Ν2
  0	0000
  1	0001
  2	0010
  3	0011
  4	0100
  5	0101
  6	0110
  7	0111
  8	1000
  9	1001
  A	1010
  B	1011
  C	1100
  D	1101
  E	1110
  F	1111

  Παράδειγμα: FOOD₁₆ = 1111 0000 0000 1101₂

Πρόσθεση και πολλαπλασιασμός

Πρόσθεση

Παράδειγμα:

  1110
+10111
------
100101

Πολλαπλασιασμός

  1011
X   11
------
  1011
+1011
------
100001

Αρνητικοί αριθμοί και αφαίρεση

Αφαίρεση με το μέθοδο του συμπληρώματος

X      = 4 - 3        <=>
X + 10 = 4 + (10 - 3) <=>
X + 10 = 4 + 7        <=>
X      = 4 + 7 - 10   <=>
X      = 11 - 10      <=>
X      = 1

X       = 45 - 23         <=>
X + 100 = 45 + (100 - 23) <=>
X + 100 = 45 + 77         <=>
X       = 45 + 77 - 100   <=>
X       = 122 - 100       <=>
X       = 22

Εύρεση του συμπληρώματος στο δυαδικό σύστημα

10000
-0100
-----
 1100

1. Αντιστρέφουμε τα 0 σε 1 και 1 σε 0 και προσθέτουμε 1:

   0100 -> 1011
   1011 + 1 = 1100
   

2. Αντιγράφουμε από δεξιά προς τα αριστερά όλα τα 0 και το πρώτο 1 και αντιστρέφουμε τα υπόλοιπα 0 σε 1 και 1 σε 0:

   0 -> 0 (αντιγραφή)
   0 -> 0 (αντιγραφή)
   1 -> 1 (αντιγραφή)
   0 -> 1 (αντιστροφή)
   

Παράδειγμα παράστασης

 0 0000
 1 0001
 2 0010
 3 0011
 4 0100
 5 0101
 6 0110
 7 0111
-8 1000
-7 1001
-6 1010
-5 1011
-4 1100
-3 1101
-2 1110
-1 1111

Παράδειγμα αφαίρεσης

 0101
+1110
-----
10011

Αριθμοί κινητής υποδιαστολής

• Παράσταση κινητής υποδιαστολής (floating point representation) Κάθε αριθμός αποτελείται από το σημαινόμενο (significand) τμήμα και τον εκθέτη (exponent). Εκφράζεται με τη σχέση:

  N = Σημαινόμενο * Β ^Εκθέτη.

• Ακρίβεια
• Περιοχή παράστασης
• Πράξεις
• Μετατροπές

Το πρότυπο IEEE-488

• H τιμή του Β είναι 2.
• Το πρόσημο του αριθμού παριστάνεται από ένα ξεχωριστό bit
• Ο εκθέτης καταλαμβάνει 11 bit
• Το σημαινόμενο τμήμα καταλαμβάνει 52 bit
• Ο εκθέτης φυλάσσεται αυξημένος κατά 1023 για να παριστάνονται και να συγκρίνονται εύκολα αριθμοί με αρνητικό εκθέτη
• Το πρώτο bit του σημαινόμενου τμήματος που είναι 1 παραλείπεται και υπονοείται.

Π ΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕ ΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣ

Π ΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕΕ ΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣ
0 10000000000 1001001000011111101101010100010001000010110100011000

Προγράμματα

• Εντολές υπολογιστή

  0C75:0000 0E            PUSH    CS
  0C75:0001 1F            POP     DS
  0C75:0002 BA0E00        MOV     DX,000E
  0C75:0005 B409          MOV     AH,09
  0C75:0007 CD21          INT     21
  0C75:0009 B8014C        MOV     AX,4C01
  0C75:000C CD21          INT     21
  

• Πηγαίος κώδικας

  // Draw the circle and numbers
  g.setFont(clockFaceFont);
  g.setColor(handColor);
  circle(xcenter,ycenter,50,g);
  g.setColor(numberColor);
  g.drawString("9",xcenter-45,ycenter+3); 
  g.drawString("3",xcenter+40,ycenter+3);
  g.drawString("12",xcenter-5,ycenter-37);
  g.drawString("6",xcenter-3,ycenter+45);
  

• Εκτελέσιμος κώδικας

Συμπίεση δεδομένων χωρίς απώλειες

• Κωδικοποίηση με βάση το μήκος της ακολουθίας (run-lenght encoding)
• Κωδικοποίηση με βάση τη διαφορά από την προηγούμενη τιμή (relative encoding)
• Κωδικοποίηση με βάση τη συχνότητα εμφάνισης (frequency encoding) (αλγόριθμοι Huffman)
• Προσαρμοζόμενη κωδικοποίηση με βάση λεξικό (adaptive dictionary encoding) (αλγόριθμοι Lempel-Ziv)

• Fax
• Zip
• GIF
• PNG

Συμπίεση δεδομένων με απώλειες

• Η συμπίεση δεδομένων με απώλειες (lossy) βασίζεται σε ιδιαιτερότητες του ανθρώπινου αυτιού και ματιού.
• Τα αποσυμπιεσμένα δεδομένα διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο bit αλλά ο άνθρωπος τα αισθάνεται ως ίδια.

• JPEG
• MP3
• Ogg Vorbis
• AAC (Apple)
• WMA (Microsoft)
• MPEG-1 (Video CD)
• MPEG-4
• DivX (DVD ripping)
• Quicktime (Apple)
• RealVideo (RealNetworks)
• WMV (Microsoft)

Ανίχνευση και διόρθωση λαθών

Έλεγχος λαθών

• ψηφίο ισοτιμίας (parity bit)
• άθροισμα ελέγχου (check sum)
• έλεγχος κυκλικού πλεονασμού (cyclic redundancy check)

Διόρθωση λαθών

Α	000000
Β	001111
Γ	010011
Δ	011100
Ε	100110
Ζ	101001
Θ	110101
Ι	111010

Βιβλιογραφία

• Α. Λυπιτάκης Ο σύγχρονος κόσμος των υπολογιστών. σ. 22-28 1997.

• Μ. Μπεκάκος Εισαγωγή στην πληροφορική. Κεφάλαιο 4. Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών 1998.

• Ε. Παπαθανασίου Στοιχεία υπολογιστικών συστημάτων. Κεφάλαιο 4. Εκδόσεις Μπένου 1998.

• Peter Rechenberg. Εισαγωγή στην Πληροφορική. σ. 31-53 Κλειδάριθμος, 1992.

• K. Simonsen Character Mnemonics & Character Sets, Network working group, RFC 1345 (http://www.internic.net/rfc/rfc1345.txt) , Rationel Almen Planlaegning, June 1992.

• D. Spinellis Greek encoding of e-mail messages, Network working group, RFC 1947 (http://www.internic.net/rfc/rfc1947.txt) , SENA, May 1996

• The Unicode Consortium Home Page (http://www.unicode.org)

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 17–72. Addison-Wesley, 8th edition, 2004.

• W. Buchholz. Fingers or fists. Communications of the ACM, (2):3–11, December 1959.

• Robert G. Burger and R. Kent Dybvig. Printing floating-point numbers quickly and accurately. ACM SIGPLAN Notices, 31(5):108–116, May 1996. ACM SIGPLAN '96 Conference on Programming Language Design and Implementation.

• William D. Clinger. How to read floating-point numbers accurately. ACM SIGPLAN Notices, 25(6):92–101, 1990. ACM SIGPLAN '90 Conference on Programming Language Design and Implementation.

• IEEE standard for binary floating-point arithmetic. Published by the Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1985. ANSI/IEEE Std 754-1995).

• Henry S. Warren Jr. Hacker's Delight. Addison-Wesley, 2003.

• Donald E. Knuth. The Art of Computer Programming, volume 2 / Seminumerical Algorithms, chapter 4: Arithmetic. Addison-Wesley, second edition, 1981.

Παράρτημα: ο πίνακας ASCII

        20    Space
 !      21    Exclamation mark
 "      22    Quotation mark
 #      23    Number sign
 $      24    Dollar sign
 %      25    Percent sign
 &      26    Ampersand
 '      27    Apostrophe
 (      28    Left parenthesis
 )      29    Right parenthesis
 *      2a    Asterisk
 +      2b    Plus sign
 ,      2c    Comma
 -      2d    Hyphen-minus
 .      2e    Full stop
 /      2f    Solidus
 0      30    Digit zero
 1      31    Digit one
 2      32    Digit two
 3      33    Digit three
 4      34    Digit four
 5      35    Digit five
 6      36    Digit six
 7      37    Digit seven
 8      38    Digit eight
 9      39    Digit nine
 :      3a    Colon
 ;      3b    Semicolon
 <      3c    Less-than sign
 =      3d    Equals sign
 >      3e    Greater-than sign
 ?      3f    Question mark
 @      40    Commercial at (papaki)
 A      41    Latin capital letter a
 B      42    Latin capital letter b
 C      43    Latin capital letter c
 D      44    Latin capital letter d
 E      45    Latin capital letter e
 F      46    Latin capital letter f
 G      47    Latin capital letter g
 H      48    Latin capital letter h
 I      49    Latin capital letter i
 J      4a    Latin capital letter j
 K      4b    Latin capital letter k
 L      4c    Latin capital letter l
 M      4d    Latin capital letter m
 N      4e    Latin capital letter n
 O      4f    Latin capital letter o
 P      50    Latin capital letter p
 Q      51    Latin capital letter q
 R      52    Latin capital letter r
 S      53    Latin capital letter s
 T      54    Latin capital letter t
 U      55    Latin capital letter u
 V      56    Latin capital letter v
 W      57    Latin capital letter w
 X      58    Latin capital letter x
 Y      59    Latin capital letter y
 Z      5a    Latin capital letter z
 [      5b    Left square bracket
 \      5c    Reverse solidus
 ]      5d    Right square bracket
 '      5e    Circumflex accent
 _      5f    Low line
 `      60    Grave accent
 a      61    Latin small letter a
 b      62    Latin small letter b
 c      63    Latin small letter c
 d      64    Latin small letter d
 e      65    Latin small letter e
 f      66    Latin small letter f
 g      67    Latin small letter g
 h      68    Latin small letter h
 i      69    Latin small letter i
 j      6a    Latin small letter j
 k      6b    Latin small letter k
 l      6c    Latin small letter l
 m      6d    Latin small letter m
 n      6e    Latin small letter n
 o      6f    Latin small letter o
 p      70    Latin small letter p
 q      71    Latin small letter q
 r      72    Latin small letter r
 s      73    Latin small letter s
 t      74    Latin small letter t
 u      75    Latin small letter u
 v      76    Latin small letter v
 w      77    Latin small letter w
 x      78    Latin small letter x
 y      79    Latin small letter y
 z      7a    Latin small letter z
 {      7b    Left curly bracket
 |      7c    Vertical line
 }      7d    Right curly bracket
 ~      7e    Tilde

Παράρτημα: οι νεοελληνικοί χαρακτήρες στο πρότυπο Unicode

'Α  0386 Capital alpha with acute
 Έ  0388 Capital epsilon with acute
 Ή  0389 Capital eta with acute
 Ί  038a Capital iota with acute
 Ό  038c Capital omicron with acute
 Ύ  038e Capital upsilon with acute
 Ώ  038f Capital omega with acute
 ΐ  0390 Small iota with acute and diaeresis
 Α  0391 Capital alpha
 Β  0392 Capital beta
 Γ  0393 Capital gamma
 Δ  0394 Capital delta
 Ε  0395 Capital epsilon
 Ζ  0396 Capital zeta
 Η  0397 Capital eta
 Θ  0398 Capital theta
 Ι  0399 Capital iota
 Κ  039a Capital kappa
 Λ  039b Capital lamda
 Μ  039c Capital mu
 Ν  039d Capital nu
 Ξ  039e Capital xi
 Ο  039f Capital omicron
 Π  03a0 Capital pi
 Ρ  03a1 Capital rho
 Σ  03a3 Capital sigma
 Τ  03a4 Capital tau
 Υ  03a5 Capital upsilon
 Φ  03a6 Capital phi
 Χ  03a7 Capital chi
 Ψ  03a8 Capital psi
 Ω  03a9 Capital omega
 ϊ  03aa Capital iota with diaeresis
 ϋ  03ab Capital upsilon with diaeresis
 ά  03ac Small alpha with acute
 έ  03ad Small epsilon with acute
 ή  03ae Small eta with acute
 ί  03af Small iota with acute
 ΰ  03b0 Small upsilon with acute and diaeresis
 α  03b1 Small alpha
 β  03b2 Small beta
 γ  03b3 Small gamma
 δ  03b4 Small delta
 ε  03b5 Small epsilon
 ζ  03b6 Small zeta
 η  03b7 Small eta
 θ  03b8 Small theta
 ι  03b9 Small iota
 κ  03ba Small kappa
 λ  03bb Small lamda
 μ  03bc Small mu
 ν  03bd Small nu
 ξ  03be Small xi
 ο  03bf Small omicron
 π  03c0 Small pi
 ρ  03c1 Small rho
 ς  03c2 Small final sigma
 σ  03c3 Small sigma
 υ  03c4 Small tau
 υ  03c5 Small upsilon
 φ  03c6 Small phi
 χ  03c7 Small chi
 ψ  03c8 Small psi
 ω  03c9 Small omega
 ϊ  03ca Small iota with diaeresis
 ϋ  03cb Small upsilon with diaeresis
 ό  03cc Small omicron with acute
 ύ  03cd Small upsilon with acute
 ώ  03ce Small omega with acute

Introduction to Programming

Υλικό και λογισμικό

• Υλικό (hardware) καλούμε τα φυσικά στοιχεία του υπολογιστή.
• Λογισμικό (software) καλούμε το σύνολο των προγραμμάτων που χρησιμοποιεί ο υπολογιστής.
• Τα προγράμματα είναι αποθηκευμένες οδηγίες που εκτελούνται από το υλικό.

Ιστορική ανασκόπηση

• Προγραμματισμός με διακόπτες
• Γλώσσα μηχανής
• Συμβολική γλώσσα
• Fortran
• Algol, C, Pascal, Modula-2
• Lisp, Simula, Prolog, ML
• Smalltalk, C++, Java
• Visual Basic, TCL/TK, Perl

Η διεργασία του προγραμματισμού

• Προσδιορισμός απαιτήσεων
• Ανάλυση / σχεδίαση
• Συγγραφή σε ψευδοκώδικα
• Συγγραφή στη γλώσσα προγραμματισμού
• Μεταγλώττιση
• Εκτέλεση
• Έλεγχος / επαλήθευση
• Αποσφαλμάτωση

Το περιβάλλον της Visual Basic

• Πάνω δεξιά γράφεται ο κώδικας της εφαρμογής
• Άνω αριστερά μπορεί κανείς να επιλέξει τα στοιχεία και τα αρθρώματα της εφαρμογής.
• Κάτω αριστερά μπορεί κανείς να αλλάξει τις ιδιότητες του στοιχείου που έχει επιλέξει
• Με την πάνω γραμμή εργαλείων μπορεί κανείς μεταξύ άλλων να ξεκινήσει και να σταματήσει την εφαρμογή.

Πως γράφουμε απλά προγράμματα

• Στο πρόγραμμα Excel τα προγράμματα συσχετίζονται με μακροεντολές (macros): σύνθετες εντολές που μπορούμε να εκτελέσουμε με απλό τρόπο.
• Από την επιλογή Tools - Macro - Macros μπορούμε να δώσουμε όνομα στη διαδικασία που θα απαρτήσει το πρόγραμμά μας.
  
• Με την εντολή Create δημιουργούμε τη νέα διαδικασία, μέσα στην οποία μπορούμε να γράψουμε εντολές
• Για να εκτελέσουμε τη διαδικασία πατάμε F5 στο περιβάλλον του προγραμματισμού, ή συσχετίζουμε τη διαδικασία μας με κάποιο πλήκτρο.
  

Πως το Excel μπορεί να γράψει προγράμματα για εμάς

• Στο πρόγραμμα Excel μπορούμε να καταγράψουμε τις κινήσεις μας στη μορφή ενός προγράμματος που θα εκτελέσουμε αργότερα.
• Η διαδικασία αυτή ξεκινά μέσω της εντολής Tools - Macro - Record New Macro
  
• Όταν ολοκληρώσουμε τις κινήσεις που θέλουμε να καταγράψουμε πατάμε το κουμπί "Stop Recording"
  
• Στη συνέχεια, από την επιλογή Tools - Macros - Macro - Edit μπορούμε να διαβάσουμε και να αλλάξουμε τις εντολές που καταγράφηκαν.
  
  Sub MyRecordedMacro()
  '
  ' MyRecordedMacro Macro
  ' Macro recorded 05/12/2004 by Diomidis Spinellis
  '
  
  '
      ActiveCell.FormulaR1C1 = "January"
      Range("A2").Select
      ActiveCell.FormulaR1C1 = "February"
      Range("A3").Select
      ActiveCell.FormulaR1C1 = "March"
      Range("B1").Select
      ActiveCell.FormulaR1C1 = "120"
      Range("B2").Select
      ActiveCell.FormulaR1C1 = "130"
      Range("B3").Select
      ActiveCell.FormulaR1C1 = "150"
      Range("B1:B3").Select
      Selection.Font.ColorIndex = 3
      Columns("A:A").ColumnWidth = 10.67
      Columns("A:A").Select
      Selection.Font.Bold = True
      Range("B4").Select
      ActiveCell.FormulaR1C1 = "=SUM(R[-3]C:R[-1]C)"
      Range("B5").Select
  End Sub
  
• Με τον τρόπο αυτό μπορούμε εύκολα να βρούμε ποια εντολή κάνει τη λειτουργία που μας ενδιαφέρει.

Το πρώτο μου πρόγραμμα

Μορφή του προγράμματος

• Η γραμμή "Sub Main" ορίζει μια διαδικασία (procedure), στη δική μας περίπτωση το σημείο απ' όπου ξεκινάει το πρόγραμμα.
• MsgBox
• Το κείμενο μέσα στα εισαγωγικά είναι μια συμβολοσειρά (string).
• End Sub
• Κάθε γραμμή περιέχει μια εντολή
• Μπορούμε να προσθέσουμε δικά μας σχόλια (comments) αν αρχίσουμε ή συνεχίσουμε μια γραμμή με μονά εισαγωγικά.

Σταθερές

• Η συμβολοσειρά "hello, world" την οποία είδαμε στην προηγούμενη ενότητα είναι μια σταθερά (constant) της Visual Basic.
• Οι σταθερές αυτές χρησιμοποιούνται συχνά για να παραστήσουν μηνύματα προς το χρήστη (π.χ. "Παρακαλώ βάλτε την κάρτα σας στην υποδοχή") ή και μεταξύ υπολογιστών (π.χ. "RCPT TO: dspin@aegean.gr").
• Ένα άλλο είδος σταθερών είναι αυτές που παριστάνουν αριθμητικές τιμές (π.χ. 42 ή 3.1415927).
• Στη Visual Basic ξεχωρίζουμε της ακέραιες (integer) σταθερές (π.χ. 42, 123456, -3) και τις σταθερές που παριστάνουν αριθμούς κινητής υποδιαστολής (floating point numbers) (π.χ. 3.1415827, -2.0, 6.023e-23).

Εκτύπωση τιμών

• Για να εμφανίσουμε αριθμητικές τιμές στην οθόνη πρέπει να τις μετατρέψουμε σε συμβολοσειρά και να τις "προσθέσουμε" στην υπόλοιπη συμβολοσειρά που θέλουμε να εμφανίσουμε. Τη μετατροπή της αριθμητικής τιμής σε συμβολοσειρά εκτελεί η συνάρτηση (function) Str. Παράδειγμα:
          MsgBox "Τα γραπτά βαθμολογούνται με βαθμούς από το " + str(0) + " μέχρι το " + str(10)
  

Απλές πράξεις

• Για τον υπολογισμό μιας τιμής, πρώτα εκτελούνται οι πράξεις ανάμεσα στον τελεστή ^, μετά ανάμεσα στους τελεστές * / mod και μετά οι πράξεις ανάμεσα στους τελεστές + -.
• Η παραπάνω σειρά μπορεί να μεταβληθεί με τη χρήση παρενθέσεων.

Παραδείγματα

• MsgBox "ένα συν ένα = " + Str(1 + 1)
• MsgBox "Το εμβαδό του δωματίου είναι " + Str(3 * 5) + " τετραγωνικά μέτρα."
• MsgBox Str(36.7) + " βαθμοί Celsius = " + Str(32 + 9.0 / 5.0 * 36.7) + " βαθμοί Fahrenheit."
• MsgBox Str(1 + 2 * 3) 'Τυπώνει 7
• MsgBox Str((1 + 2) * 3) ' Τυπώνει 9

Μεταβλητές

• Οι αριθμητικές τιμές μπορούν να αποθηκευτούν σε μεταβλητές (variables)
• Το όνομα μιας μεταβλητής πρέπει να αρχίζει με έναν λατινικό αλφαβητικό χαρακτήρα και να ακολουθείται από λατινικού αλφαβητικούς χαρακτήρες ή/και ψηφία. Παράδειγμα: Temperature, X1, Y1, X2, Y2, Total
• Τα ονόματα των μεταβλητών δεν πρέπει να ταυτίζονται με δεσμευμένες λέξεις (reserved words) της Visual Basic (Sub, MsgBox, End, κ.λπ.).
• Ο ορισμός τους γίνεται γράφοντας τη λέξη Dim, το όνομα της μεταβλητής και τον τύπο της μεταβλητής (integer για ακέραιες τιμές, double για τιμές κινητής υποδιαστολής, string για συμβολοσειρές).
• Μπορούμε να ορίσουμε πολλές μεταβλητές ίδιου τύπου χωρίζοντάς τις με ",". Παράδειγμα:
          Dim Faces as Integer
          Dim X As Double, Y As Double
  
• Για να δώσουμε μια τιμή σε μια μεταβλητή χρησιμοποιούμε τη σύνταξη:
          μεταβλητή = τιμή
  
  για παράδειγμα:
          Faces = 2 * 8 + 12
  
• Στη συνέχεια μπορούμε να χρησιμοποιούμε την τιμή της μεταβλητής όπως και οποιοδήποτε άλλη σταθερά. Παράδειγμα:
  Sub Main()
          Dim Faces As Integer
          Dim Len As Double
  
          Len = 12.5;
          Faces = 6;
          MsgBox "Επιφάνεια = " + Str(Len * Len * Faces)
  End Sub
  

Τελεστές σύγκρισης

• Για τον υπολογισμό μιας τιμής, πρώτα εκτελούνται οι πράξεις με την παρακάτω σειρά:
  1. ^
  2. * /
  3. mod
  4. + -
  5. = <>. < > <= >=
• Η παραπάνω σειρά μπορεί να μεταβληθεί με τη χρήση παρενθέσεων.
• Το αποτέλεσμα της κάθε σύγκρισης είναι αληθές (True) αν το αποτέλεσμα της σύγκρισης είναι αληθές και ψευδές (False) αν το αποτέλεσμα της σύγκρισης είναι ψευδές.
• Οι τιμές True και False είναι λογικές σταθερές.

Παραδείγματα

Βρόχοι με την εντολή do while

• Μπορούμε να επαναλάβουμε την εκτέλεση ορισμένων εντολών με τη δομή ελέγχου (control structure) do while ... loop.
• Αυτή χρησιμοποιείται ως εξής:
          do while συνθήκη
                  εντολή
                  εντολή
                  ...
          loop
  
• Οι εντολές που ακολουθούν το do while εκτελούνται όσο η συνθήκη είναι αληθής. Παράδειγμα (εμφανίζει στην οθόνη τους αριθμούς από το 0 μέχρι το 4):
  Sub main()
  Dim i As Integer
  
  i = 0
  Do While i < 5
      MsgBox i
      i = i + 1
  Loop
  End Sub
  
• Αν η συνθήκη δεν είναι αληθής όταν εκτελεστεί το do while για πρώτη φορά τότε οι εντολές που περιέχονται σε αυτό δε θα εκτελεστούν.
• Η δομή ελέγχου do while ... loop μπορεί να χρησιμοποιηθεί οπουδήποτε θα μπορούσε και οποιαδήποτε άλλη εντολή (π.χ. η MsgBox) δηλαδή ακόμα και μέσα σε μια άλλη do while. Το παρακάτω παράδειγμα εμφανίζει στην οθόνη την προπαίδεια των αριθμών από το 2 μέχρι το 5.
  Sub main()
  Dim i As Integer
  Dim j As Integer
  
  i = 2
  Do While i <= 5
      j = i
      Do While j <= 5
          MsgBox Str(i) + " * " + Str(j) + " = " + Str(i * j)
          j = j + 1
      Loop
      i = i + 1
  Loop
  End Sub
  

Η εντολή for

• Με την εντολή for μπορούμε εύκολα να εκτελέσουμε ένα βρόχο ορισμένες φορές.
• Συντάσσεται ως εξής:
  For μετρητής = αρχική τιμή To τελική τιμή [Step βήμα]
          εντολή
          ...
          [Exit For]
          εντολή
          ...
  Next [μετρητής]
  
• O μετρητής είναι μια μεταβλητή που λαμβάνει όλες τις τιμές από την αρχική μέχρι την τελική τιμή ανά βήμα.
• Το τέλος του βρόχου δηλώνεται με την εντολή Next.
• Μπορούμε να τερματίσουμε το βρόχο πρόωρα με την εντολή Exit For
• Παραδειγμα:
  dim i as integer
  
  For i = 10 to 0 step -1
          msgbox "Countdown: " + str(i)
  next i
  

Λογικοί τελεστές

• Τα αποτελέσματα χρήσης των τελεστών παριστάνονται από τους παρακάτω πίνακες τιμών:

  A	B	A And B	A Or B
  False	False	False	False
  False	True	False	True
  True	False	False	True
  True	True	True	True

  A	B	A Xor B	A Eqv B
  False	False	False	True
  False	True	True	False
  True	False	True	False
  True	True	False	True

  A	B	A Imp B
  False	False	True
  False	True	True
  True	False	False
  True	True	True

  A	Not A
  False	True
  True	False

• Η προτεραιότητα υπολογισμού των λογικών τελεστών ορίζεται ως εξής:
  1. Not
  2. And
  3. Or
  4. Xor
  5. Eqv
  6. Imp

Παράδειγμα

Λογικές τιμές

• Τα αποτελέσματα των λογικών πράξεων μπορούν να φυλαχτούν σε μεταβλητές τύπου Boolean.
• Οι μεταβλητές αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εντολές που απαιτούν λογική τιμή ή σε λογικές εκφράσεις.
• Παράδειγμα:
  Dim b as Boolean
  Dim i as integer
  
  i = inputbox("Please give a number less than 10")
  b = i < 10
  if not b then
          msgbox "Wrong number"
  end if
  
• Οι σταθερές True και False μπορούν να παραστήσουν μέσα στο πρόγραμμα τις αντίστοιχες λογικές τιμές.

Η εντολή if-else

• Μπορούμε να εκτελέσουμε ορισμένες εντολές υπό συνθήκη με τη δομή ελέγχου If.
• Αυτή χρησιμοποιείται ως εξής:
          If συνθήκη Then
                  εντολή
                  ...
          End If
  
• Οι εντολή που ακολουθεί το If εκτελείται αν η συνθήκη είναι αληθής.
• Παράδειγμα (υπολογίζει και τυπώνει την απόλυτη τιμή των αριθμών που διαβάζει μέχρι να συναντήσει το 0):
  Sub main()
      Dim Num As Integer
      
      Do
          Num = InputBox("Please enter a number")
          If Num < 0 Then
              Num = -Num
          End If
          MsgBox "The absolute value is " + Str(Num)
      Loop Until Num = 0
  End Sub
  
• Η δομή ελέγχου If μπορεί να ακολουθηθεί και από τη δομή Else για να προσδιορίσουμε εντολές που θα εκτελεστούν αν η συνθήκη δεν ισχύει. Παράδειγμα:
          If grade >= 5 Then
                  MsgBox "Περνάει"
          Else
                  MsgBox "Απορρίπτεται"
          End If
  
• Μπορούμε να συνδυάσουμε συνεχόμενα Else If για πολλαπλούς ελέγχους. Παράδειγμα:
          If grade >= 9 Then
                  MsgBox "'Αριστα!"
          ElseIf grade >= 7 Then
                  MsgBox "Λίαν καλώς"
          ElseIf grade >= 5 Then
                  MsgBox "Καλώς"
          Else
                  MsgBox "Κακώς"
          End If
  

Ο τύπος της συμβολοσειράς

• Μπορούμε να ορίσουμε μεταβλητές με τύπο συμβολοσειρά με τον τύπο string:
          Dim Name as String
  
• Οι μεταβλητές αυτές μπορούν να αποθηκεύσουν μεταβλητό αριθμό από χαρακτήρες.
• Οι σταθερές τύπου συμβολοσειράς γράφονται με τη χρήση των διπλών εισαγωγικών:
          Dim Name as String
  
          Name = "Γιώργος"
  
• Αν θέλουμε να παραστήσουμε εισαγωγικά σε μια σταθερή συμβολοσειρά τα γράφουμε με δύο διπλά εισαγωγικά:
          Dim Msg as String
  
          Msg = "Πατήστε ""Enter"" για να συνεχίσετε"
  

Συναρτήσεις για συμβολοσειρές

Len(string)

Επιστρέφει το μήκος μιας συμβολοσειράς

Left(string, length)

Επιστρέφει length χαραρακτήρες από αριστερά

Right(string, length)

Επιστρέφει length χαραρακτήρες από δεξιά

Mid(string, start[, length])

Επιστρέφει length χαρακτήρες από τη θέση start (ή όλη τη συμβολοσειρά από τη θέση start και μετά).

LTrim(string)

Αφαιρεί κενά στο αριστερό μέρος της συμβολοσειράς

RTrim(string)

Αφαιρεί κενά στο δεξί μέρος της συμβολοσειράς

Trim(string)

Αφαιρεί κενά αριστερά και δεξιά της συμβολοσειράς

Αριθμητικοί τύποι

• Οι τύποι Integer και Long εκτελούνται με τη μέγιστη ταχύτητα.
• Οι τύποι Single και Double έχουν το μεγαλύτερο εύρος τιμών, αλλά δεν έχουν απόλυτη ακρίβεια. Δεν είναι καταλληλοι για λογιστικούς υπολογισμούς.

  Παράδειγμα:

  Sub main()
      Dim x As Double
      Dim i As Integer
      
      x = 0
      For i = 1 To 10000
          x = x + 0.1
      Next i
      MsgBox Str(x)       ' Should be 1000
  End Sub
  
  
• Υπολογισμοί με Double και Short είναι τυπικά λιγότερο γρήγοροι από τους υπολογισμούς με Integer και Long.
• Ο τύπος Currency είναι ιδανικός για τη φύλαξη οικονομικών στοιχείων.
• Ο τύπος Decimal οδηγεί συχνά σε αργούς υπολογισμούς διότι δεν ταιριάζει με τον τρόπο που λειτουργεί ο υπολογιστής.

Μαθηματικές συναρτήσεις

Abs

Απόλυτη τιμή

Sgn

Πρόσημο

Fix

Αφαίρεση του δεκαδικού τμήματος (στρογγύλευση προς το 0)

Int

Στρογγύλευση προς τα κάτω

Sqr

Τετραγωνική ρίζα

Log

Φυσικός λογάριθμος

Exp

e υψωμένο σε δύναμη

Rnd

Ψευδοτυχαίος αριθμός 0 <= χ < 1. Αρνητικό όρισμα θέτει νέα αρχή για παραγωγή αριθμών, θετικό επιστρέφει τον επόμενο αριθμό της σειράς.

Sin

Ημίτονο

Cos

Συνημίτονο

Tan

Εφαπτομένη

Atn

Αντίστροφη εφαπτομένη

Λογιστικές συναρτήσεις

Μετατροπή αριθμών σε συμβολοσειρές

0

Εμφανίζει ένα ψηφίο ή 0

#

Εμφανίζει ένα ψηφίο ή κενό

.

Καθορίζει το σημείο εμφάνισης των δεκαδικών τιμών

,

Καθορίζει το διαχωρισμό των χιλιάδων

%

Εμφανίζει το πηλίκο του αριθμού με το 100 ως ποσοστό

E+

Εμφανίζει τον αριθμό σε εκθετική μορφή με πρόσημο στους θετικούς εκθέτες

E-

Εμφανίζει τον αριθμό σε εκθετική μορφή χωρίς πρόσημο στους θετικούς εκθέτες

"σύμβολα"

Εμφανίζει τα σύμβολα μέσα στα εισαγωγικά

Ορισμός διαδικασίας

• Για να οργανώσουμε καλύτερα τον κώδικα που γράφουμε, αλλά και για να μπορούμε να χρησιμοποιούμε τα ίδια τμήματα του κώδικα πολλές φορές μπορούμε να ορίσουμε ένα σύνολο από εντολές ως μια διαδικασία (procedure) (στη Visual Basic υπορουτίνα (subroutine)).
• Μπορούμε να ορίσουμε δικές μας διαδικασίες με τον εξής τρόπο:
  Sub όνομα διαδικασίας()
          δηλώσεις τοπικών μεταβλητών;
  
          εντολές
  end Sub
  
• Στο πρόγραμμα η κλήση (call) της διαδικασίας γίνεται κάθε φορά που εμφανίζεται μια εντολή με το όνομα της διαδικασίας που ορίσαμε. Στο σημείο αυτό η εκτέλεση συνεχίζει με τις εντολές της διαδικασίας, και, όταν αυτές ολοκληρωθούν, η εκτέλεση επιστρέφει στο σημείο απ' όπου ξεκίνησε.
• Παράδειγμα:
  Sub main()
      hello
      MsgBox "Back from hello"
      hello
  End Sub
  
  ' Display hello world
  Sub hello()
      MsgBox "Hello, world"
  End Sub
  
• Κάθε διαδικασία έχει ένα όνομα. Στο πρόγραμμά μας χρησιμοποιούμε το όνομα της διαδικασίας όταν θέλουμε να εκτελεστεί ο αντίστοιχος κώδικας.
• Η εντολή exit sub μπορεί να εμφανιστεί σε οποιοδήποτε σημείο της διαδικασίας. Στο σημείο εκείνο σταματά η εκτέλεση της διαδικασίας και ο έλεγχος ροής (control flow) του προγράμματος συνεχίζει από το σημείο που κλήθηκε η συνάρτηση.
• Η διαδικασία Main είναι αυτή από την οποία ξεκινά η εκτέλεση του προγράμματος.

Ορίσματα

• Μπορούμε να μεταβάλουμε τη λειτουργικότητα μιας διαδικασίας με τη χρήση ορισμάτων. Κάθε όρισμα (argument) μεταφέρεται από το σημείο που καλούμε τη διαδικασία μέσα στη διαδικασία μέσω μιας ειδικής μεταβλητής.
• Τα ορίσματα της διαδικασίας είναι μια σειρά από ονόματα και τύπους μεταβλητών χωρισμένα με κόμμα.
• Όταν καλείται μια διαδικασία οι μεταβλητές που ορίστηκαν ως όρισμα παίρνουν τις τιμές που δόθηκαν κατά την κλήση.
• Παράδειγμα:
  Sub main()
      StrongMessage "Hello", 5, "*"
      StrongMessage "world", 10, "!"
  End Sub
  
  ' Display the message msg prefixed by n instances of the string s
  Sub StrongMessage(msg As String, n As Integer, s As String)
      Dim head As String
      
      ' Could use String(s, n) here
      For i = 1 To n
          head = head + s
      Next i
      MsgBox head + msg + head
  End Sub
  
         
  

Ορισμός συνάρτησης

• Μπορούμε ακόμα να ορίσουμε δικές μας συναρτήσεις με τον εξής τρόπο:
  Function όνομα συνάρτησης(δηλώσεις παραμέτρων) as τύπος αποτελέσματος
          δηλώσεις τοπικών μεταβλητών;
  
          εντολές
          όνομα = τιμή
  end Function
  
• Οι παράμετροι της συνάρτησης είναι μια σειρά από τύπους και ονόματα μεταβλητών χωρισμένα με κόμμα.
• Όταν καλείται μια συνάρτηση οι μεταβλητές που ορίστηκαν ως παράμετροι παίρνουν τις τιμές που δόθηκαν στο όρισμα κατά την κλήση.
• Για να θέσουμε την τιμή που επιστρέφει η συνάρτηση αναθέτουμε μια τιμή στο όνομά της (δεν ορίζουμε αντίστοιχη μεταβλητή).
• Παράδειγμα:
  Sub main()
      MsgBox "64!=" + Str(factorial(45))
  End Sub
  
  ' Return n!
  Function factorial(n As Integer) As Double
      Dim i As Integer
      Dim r As Double ' result
      
      r = 1
      For i = 1 To n
          r = r * i
      Next i
      factorial = r
  End Function
  
  
• Η εντολή exit function μπορεί να εμφανιστεί σε οποιοδήποτε σημείο της συνάρτησης. Στο σημείο εκείνο σταματά η εκτέλεση της συνάρτησης και ο έλεγχος ροής του προγράμματος συνεχίζει από το σημείο που κλήθηκε η συνάρτηση.

Στοιχεία αντικεμενοστρεφούς προγραμματισμού

• Κάθε οντότητα είναι ένα αντικείμενο (object).
• Υπολογισμοί γίνονται όταν ένα αντικείμενο στείλει ένα μήνυμα (message) σε άλλο αντικείμενο (ή - σύμφωνα με την επικρατέστερη ορολογία - καλέσει μια μέθοδο (method) ενός άλλου αντικειμένου.) Μια μέθοδος μπορεί να έχει ως όρισμα στοιχεία που είναι απαραίτητα για την εκτέλεση του υπολογισμού.
• Κάθε αντικείμενο έχει τη δική του μνήμη για να αποθηκεύει την κατάστασή του. Οι μεταβλητές στις οποίες αποθηκεύεται η κατάσταση αυτή καλούνται ιδιότητες (properties) (ή μεταβλητές στιγμιότυπου (instance variables)).
• Κάθε αντικείμενο αποτελεί στιγμιότυπο (instance) μιας κλάσης. Η κλάση (class) είναι μια ομάδα από ομοειδή αντικείμενα.
• Η κλάση είναι ο χώρος στον οποίο ορίζεται η συμπεριφορά των αντικειμένων. Όλα τα αντικείμενα μιας κλάσεις μοιράζονται την ίδια συμπεριφορά (εκτελούν τις ίδιες μεθόδους).
• Οι κλάσεις μπορούν να οργανωθούν σε μια δενδρική δομή που ορίζει κληρονομικότητα (inheritance). Ιδιότητες και μέθοδοι που έχουν οριστεί σε μια μητρική κλάση κληρονομούνται και είναι προσβάσιμες και από κάθε υποκλάση (subclass) της.

Προγραμματισμός με αντικείμενα

• Στη Visual Basic έχουμε πρόσβαση στις ιδιότητες και της μεθόδους των αντικειμένων με τη σύνταξη ΌνομαΑντικειμένου.Ιδιότητα και ΌνομαΑντικειμένου.Μέθοδος.
• Συχνά χρησιμοποιούμε έτοιμα αντικείμενα που υποστηρίζει το περιβάλλον της Visual Basic:

  Sub main()
      App.Title = "Hello, world"
      Clipboard.Clear
      Clipboard.SetText ("New clipboard contents")
      MsgBox App.Path
  End Sub
  

Σύνδεση με το Excel

Στο παράδειγμα που ακολουθεί δημιουργούμε ένα νέο φύλλο εργασίας, γεμίζουμε ορισμένα κελιά από έναν πίνακα και άλλα με τυχαίες τιμές και δημιουργούμε ένα γράφημα από τις τιμές αυτές.

Χειρισμός χρόνου

Πρόσβαση στο πρόχειρο

Βιβλιογραφία

• Michael Halvorson Visual Basic 6 Βήμα προς βήμα. Εκδόσεις Κλειδάριθμος, Αθήνα.

• David Boctor. Microsoft Office 2000 Visual Basic Fundamentals. Microsoft Press, Redmond, WA, USA, 1999.
• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 225–284, 319–358. Addison-Wesley, 8th edition, 2004.
• Desmond Francis D' Souza and Alan Cameron Wills. Objects, Components, and Frameworks With UML : The Catalysis Approach. Addison-Wesley, 1998.
• Scott M. Lewandowski. Frameworks for component-based client/server computing. ACM Computing Surveys, 30(1):3–27, March 1998.
• Peter M. Maurer. Components: What if they gave a revolution and nobody came. IEEE Software, 33(6):28–34, June 2000.
• Urban Müller. Brainf****: An eight-instruction turing-complete programming language.
• Oscar Nierstrasz, Simon Gibbs, and Dennis Tsichritzis. Component-oriented software development. Communications of the ACM, 35(9):160–165, September 1992.
• Diomidis Spinellis and Konstantinos Raptis. Component mining: A process and its pattern language (http://softlab.icsd.aegean.gr/~dspin/pubs/jrnl/2000-IST-Components/html/comp.html). Information and Software Technology, 42(9):609–617, June 2000.
• Diomidis Spinellis. Explore, excogitate, exploit: Component mining (http://softlab.icsd.aegean.gr/~dspin/pubs/jrnl/1999-Computer-Components/html/comp.html). IEEE Computer, 32(9):114–116, September 1999.
• Clemens Szyperski. Component Software: Behind Object-Oriented Programming. Addison-Wesley, 1998.
• Jeffrey M. Voas. The challenges of using COTS software in component-based development. Computer, 31(6):44–45, June 1998.
• Alan Cameron Wills. Designing component kits and architectures. In L. Barroca, J. Hall, and P. Hall, editors, Software Architectures: Advances and Applications. Springer Verlag, 1999.

Παράρτημα: Χαρακτηριστικές αλγοριθμικές γλώσσες

• Fortran, Fortran 9X
• Cobol
• Algol-60
• Basic
• PL/I
• Pascal, Modula-2, Oberon
• C
• Ada
• Smalltalk
• C++
• Awk, Perl, Tcl/Tk
• Java
• Python

Παράρτημα: Χαρακτηριστικές δηλωτικές γλώσσες

Γλώσσες βασισμένες στη λογική

• Prolog
• CHIP

Γλώσσες βασισμένες σε συναρτήσεις

• Lisp
• Scheme
• Haskell
• ML

Παράρτημα: Βασικά γλωσσικά εργαλεία

Προετοιμαστής/Διορθωτής (Editor)

Επιτρέπει τη συγγραφή και την αλλαγή του προγράμματος.

Προεπεξεργαστής (Preprocessor)

Επεξεργάζεται το πρόγραμμα εκτελώντας απλούς συμβολικούς μετασχηματισμούς και παράγει ένα αντίστοιχο πρόγραμμα. Χρησιμοποιείται σε συμβολικές γλώσσες, τη Fortran (Ratfor), τη C, και τη C++.

Συμβολομεταφραστής (Assembler)

Μετατρέπει τη συμβολική γλώσσα του επεξεργαστή σε γλώσσα μηχανής.

Μεταγλωττιστής (Compiler)

Μεταφράζει μια γλώσσα υψηλού επιπέδου σε γλώσσα επιπέδου μηχανής.

Διερμηνευτής (Interpreter)

Εκτελεί άμεσα ένα πρόγραμμα σε γλώσσα υψηλού επιπέδου.

Συνδέτης (Linker)

Συρράφει τμήματα ενός προγράμματος που έχουν μεταγλωττιστεί ξεχωριστά σε ένα συνεχές πρόγραμμα.

Φορτωτής (Loader)

Φορτώνει το πρόγραμμα στη μνήμη του επεξεργαστή διορθώνοντας αναφορές σε σχετικές θέσεις μνήμης. Συνήθως τμήμα του λειτουργικού συστήματος.

Αποσφαλματωτής (Debuger)

Επιτρέπει την εκτέλεση του προγράμματος βήμα-βήμα, την εξέταση και αλλαγή μεταβλητών του και γενικά ενέργειες που αποσκοπούν στην ανίχνευση λαθών που μπορεί να περιέχει το πρόγραμμα.

Διερμηνευτής (Interpreter)

Εκτελεί απευθείας τις εντολές του προγράμματος χωρίς ενδιάμεσο στάδιο μεταγλώττισης.

Παράρτημα: Είσοδος στοιχείων

• Μπορούμε να κάνουμε το πρόγραμμά μας να σταματήσει την εκτέλεσή του για να διαβάσει από το χρήστη κάποιες τιμές. Για παράδειγμα το πρόγραμμα ελέγχου μια μηχανής αυτόματης ανάληψης χρημάτων σταματά την εκτέλεσή του όταν τυπώνει την ερώτηση "Δώστε το ποσό που θέλετε να αναλάβετε" και περιμένει από το χρήστη να γράψει την αντίστοιχη τιμή.
• Η συνάρτηση της Visual Basic InputBox σταματά την εκτέλεση ενός προγράμματος με ένα μήνυμα και περιμένονει ο χρήστης του να πληκτρολογήσει κάποια τιμή. Στη συνέχεια επιστρέφει την τιμή αυτή και μπορούμε να την αναθέσουμε σε μια μεταβλητή. Παράδειγμα:
  Sub main()
      Dim Temperature As Double
      
      Temperature = InputBox("Enter temperature")
      MsgBox "The temperature is " + Str(Temperature)
  End Sub
  
  
• Παρατήρηση: αφού ο χρήστης γράψει την τιμή πρέπει να πατήσει το πλήκτρο ENTER ή να κάνει click στο πλήκτρο OK για να συνεχίσει το πρόγραμμα τη λειτουργία του.

Παράρτημα: Βρόχοι με την εντολή loop while

• Ορισμένες φορές θέλουμε να ελέγχουμε τη συνθήκη στο τέλος του βρόχου, δηλαδή το περιεχόμενο του βρόχου να εκτελεστεί τουλάχιστον μια φορά. Στις περιπτώσεις αυτές χρησιμοποιούμε τη δομή ελέγχου do ... loop while
• Αυτή χρησιμοποιείται ως εξής:
          
          do
                  εντολή
                  εντολή
                  ...
          loop while συνθήκη
  
• Οι εντολές που ακολουθούν το do εκτελούνται μια φορά και συνεχίζουν να εκτελούνται όσο η συνθήκη είναι αληθής.
• Σημαντικό ρόλο έχει αυτή η δομή ελέγχου όταν διαβάζουμε στοιχεία από το χρήστη και θέλουμε να ελέγξουμε την είσοδο για λάθη. Παράδειγμα (θέλουμε ο χρήστης να εισάγει έναν αριθμό μικρότερο του 10):
  Sub main()
      Dim Number As Integer
      Do
          Number = InputBox("Δώστε έναν αριθμό μικρότερο του 10")
      Loop While Number >= 10
      MsgBox "Δώσατε " + Str(Number)
  End Sub
  
  
• Αν η συνθήκη δεν είναι αληθής όταν εκτελεστεί το do για πρώτη φορά τότε οι εντολές που περιέχονται σε αυτό θα εκτελεστούν τουλάχιστον μια φορά.
• Η δομή ελέγχου do loop while μπορεί να χρησιμοποιηθεί οπουδήποτε θα μπορούσε και οποιαδήποτε άλλη εντολή (π.χ. η MsgBox) δηλαδή ακόμα και μέσα σε μια άλλη do while ... loop ή do ... loop while.

Παράρτημα: Προσδιορισμός της συνθήκης με τη χρήση της Until

• Μερικές φορές είναι πιο φυσικό να εκφράσουμε τη συνθήκη που τερματίζει το βρόχο αντί για τη συνθήκη που πρέπει να είναι αληθής για να εκτελείται ο βρόχος.
• Και οι δύο δομές ελέγχου που είδαμε μπορούν να διατυπωθούν με τη χρήση του προσδιορισμού "Until συνθήκη" αντί για τον προσδιορισμό "While συνθήκη".
• Έτσι, τα παραδείγματα που έχουμε δει μπορούν να γραφτούν και ως εξής:

  Παράδειγμα do while ... loop (εμφανίζει στην οθόνη τους αριθμούς από το 0 μέχρι το 4):

  Sub main()
  Dim i As Integer
  
  i = 0
  Do Until i >= 5
      MsgBox i
      i = i + 1
  Loop
  End Sub
  
  Παράδειγμα do ... loop while (θέλουμε ο χρήστης να εισάγει έναν αριθμό μικρότερο του 10):
  Sub main()
      Dim Number As Integer
      Do
          Number = InputBox("Δώστε έναν αριθμό μικρότερο του 10")
      Loop Until Number < 10
      MsgBox "Δώσατε " + Str(Number)
  End Sub
  

Παράρτημα: Έξοδος από το βρόχο

• Με την εντολή Exit Do μπορούμε να τερματίσουμε ένα βρόχο Do πριν τον αρχικό ή τελικό έλεγχό του
• Η εντολή αυτή χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με την If για να προσδιοριστεί η συνθήκη που θα προκαλέσει την έξοδο.
• Ορισμένες φορές ο βρόχος έχει προσδιοριστεί ως ατέρμων βρόχος (infinite loop) με μια πάντα-αληθή λογική έκφραση ελέγχου (π.χ. True).
• Παράδειγμα:
  do while true
          i = InputBox("Give a number less than 100")
          if i < 100 then
                  exit do
          end if
          msgbox "Try again"
  loop
  
• Αν κατά λάθος γράψουμε ένα πρόγραμμα με έναν ατέρμονα βρόχο (infinite loop) τότε μπορούμε να διακόψουμε τη λειτουργία του προγράμματος με την ακολουθία πλήκτρων Ctrl+Break.

Παράρτημα: H εντολή select

• Η εντολή select μας επιτρέπει να κατευθύνουμε τη ροή του προγράμματος προς μια συγκεκριμένη τιμή ανάλογα με την τιμή μιας παράστασης.
• Συντάσσεται ως εξής:
          Select Case παράσταση
          Case λίστα τιμών1
                  εντολή1
                  εντολή1α
                  ...
          Case λίστα τιμών2
                  εντολή2
                  ...
          ...
          Case Else
                  εντολή ν
                  ...
          End Select
  
• Ανάλογα με ποια από τις τιμές ισούται η τιμή της παράστασης εκτελούνται οι αντίστοιχες εντολές.
• Αν καμία από τις τιμές δεν ταυτίζεται με την τιμή της παράστασης τότε εκτελείται η εντολή που ακολουθεί την Case Else (αν υπάρχει), αλλιώς δεν εκτελείται καμία εντολή.
• Οι τιμές για κάθε case μπορεί να είναι
  • μια έκφραση (π.χ. 42 ή i + 9),
  • ο ορισμός μιας περιοχής με τη χρήση to (π.χ. 1 to 10)
  • μια σύγκριση της τιμής της απόφασης με μια έκφραση με τη χρήση της λέξης Is (π.χ. Is > 100)
  • ή ένα σύνολο από από τα παραπάνω χωρισμένα με , (π.χ. 3 to 5, 50, 90, is > LastVal)
• Παράδειγμα:
  Dim Number As Integer
  
  Number = InputBox("Enter a Number")
  Select Case Number      ' Evaluate Number.
  Case 1 To 5     ' Number between 1 and 5.
          MsgBox "Between 1 and 5"
  Case 6, 7, 8    ' Number between 6 and 8.
          MsgBox "Between 6 and 8"
  Case Is > 8 And Number < 11     ' Number is 9 or 10.
          MsgBox "Greater than 8"
  Case Else       ' Other values.
          MsgBox "Not between 1 and 10"
  End Select
  

Παράρτημα: Σύγκριση συμβολοσειρών

?

Ταιριάζει με οποιοδήποτε ένα χαρακτήρα

*

Ταιριάζει με μηδέν ή περισσότερους χαρακτήρες

#

Ταιριάζει με οποιοδήποτε ψηφίο

[λίστα]

Ταιριάζει με οποιοδήποτε χαρακτήρα στη λίστα (π.χ. [aeiyuio])

[!λίστα]

Ταιριάζει με οποιοδήποτε χαρακτήρα δεν περιέχεται στη λίστα

Παράδειγμα (ο βρόχος ελέγχει αν ο ταχυδρομικός κώδικας είναι γραμμένος σωστά):

Theoretical Computer Science; Algorithms and Data Structures

Επαλήθευση αλγορίθμων

• Προϋποθέσεις
• Μετασυνθήκες
• Αναλλοίωτες συνθήκες (Invariants)
• Συνθήκες σύγκλισης (Convergents)

Παράδειγμα

Είσοδος:
  Α(1..Ν): πίνακας ακεραίων
  N : ακέραιος
Έξοδος:
  Β(1..Ν): πίνακας ακεραίων

Προϋποθέσεις:
  Ν >= 1
Μετασυνθήκες:
  Β(1..Ν) περιέχει τις τιμές του Α(1..Ν)

Μεταβλητές
  Ι : Ακέραιος

I := 1
Όσο Ι <= Ν
  Β(Ι) := Α(Ι)
  Αναλοίωτη συνθήκη: Β(1..Ι) := Α(1..Ι)
  Συνθήκη σύγκλισης: Ν - Ι
  Ι := Ι + 1
Τέλος

Αποδοτικότητα των αλγορίθμων

• Η σημειογραφία Ο()
• Γραμμική ανίχνευση Ο(ν)
• Δυαδική ανίχνευση Ο(log ν)
• Διπλός βρόχος Ο(ν²)
• Κατώτερο (απόδειξης) πραγματικό και ανώτερο (αλγοριθμικό) κόστος
• Κόστος μνήμης

Πολυπλοκότητα

• Ικανοποίηση λογικών συνθηκών: Ο(2^ν)
• Σύνθεση τετραγώνων: Ο(ν!)
• Σκάκι Ν*Ν: άλυτο
• Μη αιτιοκρατική πολυωνυμική πληρότητα (non deterministic polynomial completeness)

Μη υπολογισιμότητα

Το πρόβλημα του τερματισμού (halting problem)

Τερματίζει(Πρόγραμμα, Δεδομένα)
Είσοδος: Πρόγραμμα, Δεδομένα
Έξοδος: Αληθές αν το πρόγραμμα τερματίζει με τα δεδομένα,
αλλιώς ψευδές.

Δοκιμή(Πρόγραμμα, Δεδομένα)
Αν Τερματίζει(Πρόγραμμα, Δεδομένα) Τότε
  Όσο αληθές
  Τέλος (Όσο)
Αλλιώς
  Δοκιμή := ψευδές
Τέλος (Αν)

Δοκιμή(Δοκιμή ..., Δοκιμή ...)

Αλγοριθμική οικουμενικότητα

Πεπερασμένα αυτόματα (Finite automata)

1. Ι : Τιμές εισόδου
2. Ο : Τιμές εξόδου
3. S : Πεπερασμένο σύνολο εσωτερικών καταστάσεων
4. λ : S X I -> S Συνάρτηση επόμενης κατάστασης
5. δ : S X I -> O Συνάρτηση επόμενης τιμής εξόδου

Η μηχανή του Turing

1. Πεπερασμένο αλφάβητο: Α
2. Πεπερασμένο σύνολο καταστάσεων: Μ
3. Άπειρη ταινία
4. Κεφαλή γραφής και ανάγνωσης
5. Διάγραμμα μετάπτωσης: (Α Χ Μ) -> (Α X {Δ, Α, Σ}) Χ Μ

Παραδείγματα

• Εγγραφή συμβόλου στο τέλος της ταινίας
• Αντιγραφή ταινίας
• Πρόσθεση

Η θέση των Church/Turing

Πιθανοτικοί αλγόριθμοι

Δειπνούντες φιλόσοφοι

Για πάντα
   Πέτα νόμισμα και περίμενε το ανάλογο πηρούνι
   Αν υπάρχει και το άλλο πηρούνι Τότε
      πάρε το άλλο πηρούνι
      φάε
   Αλλιώς
      Άσε τα πηρούνια
   Τέλος
Τέλος

Γλώσσες προγραμματισμού

• Επιβάλλουν την έκφραση ενός αλγορίθμου με τυπική μορφή.
• Χρησιμοποιούνται άμεσα ή έμμεσα από τον υπολογιστή.
• Διαφορετικές γλώσσες διαθέτουν διαφορετικά επίπεδα και μέσα έκφρασης.

Γλώσσα μηχανής

89 D9 
B8 01 00 
83 F9 00 
74 05 
F7 E1 
49 
EB F6

Συμβολική γλώσσα

Fortran 77

Fortran 95

C

Prolog

Lisp

Basic

Visual Basic

Pascal

Java

Πίνακες

• Οι πίνακες (arrays) επιτρέπουν τη χρήση πολλών ομοίου τύπου στοιχείων.
• Συνήθως το στοιχείο i ενός πίνακα A προσδιορίζεται ως A[i] ή A(i).
• Μπορούν να οριστούν και πίνακες πολλαπλών διαστάσεων με στοιχεία αντίστοιχα προσδιορισμένα ως A[i,j] κ.λπ.
• Συνήθως υλοποιούνται με τη διαδοχική φύλαξη των στοιχείων τους στη μνήμη.

Παράδειγμα

Εγγραφές

• Οι εγγραφές (records) επιτρέπουν τον ομαδικό χειρισμό διαφορετικού τύπου στοιχείων.
• Συνήθως το στοιχείο i μιας εγγραφής A προσδιορίζεται ως A.i
• Μπορούν να οριστούν και πίνακες που περιέχουν εγγραφές ή εγγραφές που περιέχουν πίνακες.
• Συνήθως υλοποιούνται με τη διαδοχική φύλαξη των στοιχείων τους στη μνήμη.

Παράδειγμα

Δομές με δείκτη

• Οι δείκτες (pointers) αντιπροσωπεύουν δεδομένα που έχουν καταχωρηθεί σε κάποια άλλα θέση της μνήμης. Επιτρέπουν τον εύκολο ορισμό και χειρισμό σύνθετων δομών. Τέτοιες δομές μπορεί να είναι
  • Λίστες (lists)
    
  • Δακτύλιοι (rings)
    
  • Δέντρα (trees)
    
  • Γράφοι (graphs)
    
• Συνήθως τα περιεχόμενα ενός δείκτη p εκφράζονται ως *p (C, C++) ή p^ (Pascal).
• Στη γλώσσα Java όλα τα αντικείμενα εκφράζονται με τη χρήση ενός δείκτη.
• Οι δείκτες υλοποιούνται ως έμμεσες διευθύνσεις μνήμης.

Παράδειγμα (C)

struct s_int_list {
	int val;
	struct s_int_list *next;
};

Διαδικασίες, συναρτήσεις και τάξεις

• Οι διαδικασίες (procedures) επιτρέπουν την οργάνωση των εντολών ενός προγράμματος που εκτελούν μια συγκεκριμένη λειτουργία σε μια ενότητα.
• Οι συναρτήσεις (functions) επιτρέπουν την οργάνωση των εντολών ενός προγράμματος που υπολογίζουν ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα σε μια ενότητα.
• Οι κλάσεις (classes) επιτρέπουν την οργάνωση των στοιχείων και των εντολών που σχετίζονται με ένα αντικείμενο σε μια ενότητα.
• Ενώ διαδικασίες και συναρτήσεις υποστηρίζονται απ' όλες τις προστακτικές (imperative) γλώσσες, κλάσεις παρέχονται από γλώσσες που υποστηρίζουν αντικειμενστρεφή προγραμματισμό (object-oriented programming). Παραδείγματα τέτοιων γλωσσών είναι η Smalltalk, C++, Java, Eiffel και Python.

Παράδειγμα συνάρτησης και διαδικασίας σε Pascal

program fun;

(* Παραγοντικό του Ν *)
function factorial(N : Integer) : Integer;
var
  Count, Result : Integer;
begin
     Count := N;
     Result := 1;
     While Count > 0 Do
     begin
           Result := Result * Count;
           Count := Count - 1
     end;
     Factorial := Result
end (* Factorial *);

procedure clear_screen;
const number_of_lines = 24;
var i : integer;

begin
  for i := 0 to number_of_lines do
      writeln('');
end (*clear_screen*);

begin
  clear_screen;
  writeln(factorial(5));
end.

Παράδειγμα κλάσης σε Java

class Point extends Object {
   private int x;
   private int y;

   public void MoveTo(int x, int y) {
     this.x = x;
     this.y = y;
  }

  public int GetX() {
    return (x);
  }
}

Αναδρομικές τεχνικές

• Διαδικασίες, συναρτήσεις και δομές που ορίζονται αναδρομικά (recursively) μπορούν εύκολα να ανιμετωπιστούν με τη χρήση αναδρομικών τεχνικών προγραμματισμού.

Παράδειγμα

Αποτελέσματα

120
[----------]
[---------]
[--------]
[-------]
[------]
[-----]
[----]
[---]
[--]
[-]

Οι πύργοι του Ανόι

Βιβλιογραφία

• Μ. Μπεκάκος Εισαγωγή στην πληροφορική. σ. 112-113 Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών 1998.

• Andrew S. Tanenbaum Δίκτυα Υπολογιστών. Τρίτη Έκδοση. Παπασωτηρίου, 2000.

• Les Goldschlager και Andrew Lister Εισαγωγή στη σύγχρονη επιστήμη των υπολογιστών. Κεφάλαιο 2. Εκδόσεις Δίαυλος 1994.

• Peter Rechenberg. Εισαγωγή στην Πληροφορική. σ. 112-133 Κλειδάριθμος, 1992.

• Alfred V. Aho, John E. Hopcroft, and Jeffrey D. Ullman. The Design and Analysis of Computer Algorithms. Addison-Wesley, 1974.

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 167–224, 321–367. Addison-Wesley, sixth edition, 2000.

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 171–224, 319–358, 457–484. Addison-Wesley, 8th edition, 2004.

• David Harel. Algorithmics: the Spirit of Computing. Addison-Wesley, 1987.

• George Pólya. How to Solve it. Princeton University Press, second edition, 1957. Published by Penguin Books 1990.

• Ravi Sethi. Programming Languages: Concepts and Constructs. Addison-Wesley, 1989.

Database Systems

Advantages

• Data independence
• Efficient data access
• Data integrity
• Data security
• Data administration capabilities
• Resilient concurrent access
• Crash recovery
• Reduced application development time

Problems and Limitations

• Data Management approach poses problems in data resource management
• Developing a large database and installing a DBMS can be difficult and expensive
• More hardware capability is required (storage and memory requirements are higher)
• Longer processing times may result from high-volume transaction processing applications
• The security and integrity of an organization's databases are major concerns of an organization's data resource management effort

Levels of Abstraction

Physical schema

Defines how data is stored

Conceptual schema or logical schema

Defines data in terms of a data model

External schema or view level

Defines a number of simplified domain-specific views

DBMS Levels of Abstraction

Data Independence

• Change the file organization without affecting the conceptual schema
• Change the conceptual schema without affecting an application (by adjusting the external schema)

Database Design

1. Requirements analysis
2. Conceptual database design: develop high level description
3. Logical database design: map description into the specific DBMS
4. Schema refinement: identify and solve potential problems
5. Physical database design: optimize for specific workloads
6. Security design

Entities and Attributes

Entity

Object in the real world

Attributes

Describe each entity

Entity set

Group of similar entities (share same attributes)

Attribute domain

Values that can be used for the attribute

Key

Minimal set of attributes that uniquely identify an entity

Primary key

Designated among a number of candidate keys

The books entity set

The Entity Relationship Model

Relationship

Association between two entities

Relationship set

Group of similar relationships

Descriptive attributes

can identify a relationsip

• one-to-many
• many-to-many
• one-to-one

The Published relationship

The Relational Model

Relation Schema

• Name of the relation
• Name of each field (or column or attribute)
• Domain of each field

Relation Instance

• Set of tuples (or records)

Redundancy

• Waste of space
• Data that may not be correctly updated
• Data that can not be inserted unless other data is also inserted
• Data that is incidentally lost when other data is removed

Example

Dependencies are resolved by decomposing the relations.

The Structured Query Language

• Creating
• Manipulating
• Querying

Used:

• Directly by database administrators and expert users
• As a standard way for applications to communicate with the DBMS
• As a way to backup, restore, and transfer data in a portable form

SQL Table Definition and Data Manipulation

Create the Table

Add a Record

Modify Records

Delete a Record

SQL Queries

Display the Details for a Record

Display Records Based on a Condition

Perform an Aggregate Calculation

Join Two Tables

Query By Example

Additional SQL Query Constructs

• Selection of distinct records
  SELECT DISTINCT title, price
  FROM Books
  WHERE price &lt; 50 AND price &gt; 10
  
• Aggregate calculations (COUNT, SUM, AVG, MIN, MAX)
  SELECT MIN(price), MAX(price)
  FROM Books
  
• Operations on groups
  SELECT discount, AVG(price)
  FROM Books
  WHERE price > 10
  GROUP BY discount
  HAVING MAX(price) - MIN(price) > 10
  
• String pattern matching
  SELECT title, price
  FROM Books
  WHERE title LIKE 'TIMELESS%'
  
• Ordering
  SELECT title, price
  FROM Books
  ORDER BY price
  
• Set union, intersection and difference (UNION, INTERSECT, EXCEPT)
  SELECT title, price
  FROM Books
  UNION
  SELECT title, price
  FROM magazines
  
• Nested queries (IN, EXISTS, operator ANY, operator ALL)
  SELECT title, price
  FROM Books
  WHERE price > (SELECT AVG(price) FROM Books)
  
  SELECT title, price
  FROM Books
  WHERE price &lt; ALL 
          (SELECT price 
           FROM Books 
           WHERE title LIKE 'Harry Potter%')
  

Views

• Achieve logical data independance
• Can better organise security

Indexes

• The query workload
• The update (insert, delete, update) workload
• Operations that will benefit from the index
• Attributes that are often used
• The type of the index structure (hash versus tree)
• Index maintenance cost

Security Issues

• Confidentiality
• Integrity
• Availability

Examples

Transaction Management

• A transaction is a single unit of execution program execution (e.g. book a seat)
• Transactions provide concurrency control
• Transactions support crash recovery

Atomic

Database ensures that all actions are carried out, or none

Consistency

Users ensure that transactions leave the data in a consistent state

Isolation

Users to not have to worry about concurrently executing transactions

Durability

Completed transactions persist after a crash even if the database has not been updated

Crash Recovery

• Crash recovery mechanisms guard against
  • System crashes
  • Media failures
• A log or journal records all changes before they modify the database
• The log is assumed to survive system crashes and media failures
• After a crash the recovery manager follows the ARIES stretegy

  Analysis

  of changes that have not been written and active transactions

  Redo

  actions that were not written to the database

  Undo

  transactions that were not completed

• The log is also updated during the recovery to guard against repeated crashes
• A checkpoint is periodically recorded to the log to reduce the recovery overhead
• A checkpointing strategy is also used to take backup copies of live databases

The Database Administrator

The database administrator's duties include:

• Schema definition
• Storage structure and access method definition
• Schema and physical organization modification
• Granting user authority to access the database
• Specifying integrity constraints
• Acting as liaison with users
• Monitoring performance and responding to changes in requirements

User Profiles

Application programmers

interact with system through DML calls

Sophisticated users

form requests in a database query language

Specialized users

write specialized database applications that do not fit into the traditional data processing framework

Naive users

invoke one of the permanent application programs that have been written previously

RAID Storage

• Performance
• Reliability

0: Nonredundant

Data is distributed across different disks to increase performance

1: Mirrored

A second disk set keeps a copy of the data (50% overhead)

0+1 (or 10): Striping and mirroring

Data is distributed across a second disk set to increase performance

2: Error correcting codes

Additional check disks (4:3, 10:4, 25:5) are used to provide redundancy with a smaller overhead (e.g. 57%, 71%, 83%)

3: Bit-interleaved parity

A single additional check disk is used to recover the data by distributing bits across all disks

4: block-interleaved parity

The check disk contains the parity on a block level: higher read throughput

5: block-interleaved distributed parity

Block parity is distributed across all disks: higher read and write throughput

6: higher redundancy

Like 5 with an additional check disk guarding against a second failure

XML Concepts

• Semantic and structural text markup language
• Does not (directly) define presentation
• Application of SGML derived from HTML
• Extensible
• A separate document type definition is used to specify the structure of the data
• Delivers cross-platform data portability
• Domain-specific applications allow data interchange

XML Syntax

Elements

Delimited by starting and ending tags
Example:

        <title>The Lord of the Rings</title>

Elements can also be empty; a special shortcut makes them smaller:
Example:

        <dvd></dvd>

is the same as

        <dvd />

Attributes

Name=valua pairs in the starting tag, that can be used for metadata
Example:

        <title lang="english">The Lord of the Rings</title>

Entity references

Are used to refer to special (reserved) symbols

Symbol	Entity reference
<	&lt;
>	&gt;
&	&amp;
"	&quot;
'	&apos;

Comments

Delimited by the <!-- and -> sequence
Example:

        <!-- this is a comment ->

Example

Document Type Definitions

• A document type definition is used to describe the format of valid XML documents
• It can be used to verify XML documents
• It can be used to parse XML documents decomposing them into a tree
• Defines allowed elements
• For each element defines content and supported attributes
• Specified element content can be

  Parsed character data

  Indicated by #PCDATA

  Child element

  Indicated (name)

  Sequence of elements

  Indicated by (child1, child2, ...)

  Zero or one child elements

  Indicated by name?

  Zero or more child elements

  Indicated by name*

  One or more child elements

  Indicated by name+

  A choice among different child elements

  Indicated by (name1 | name2 | ...)

Bibliography

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 359–402. Addison-Wesley, 8th edition, 2004.

• D. D. Chamberlin, M. M. Astrahan, K. P. Eswaran, P. P. Griffiths, R. A. Lorie, J. W. Mehl, P. Reisner, and B. W. Wade. SEQUEL 2: A unified approach to data definition manipulation and control. IBM Journal of Research and Development, 20(6):560–575, November 1976.

• Peter Pin-Shan Chen. The entity-relationship model — toward a unified view of data. ACM Transactions on Database Systems, 1(1):9–36, March 1976.

• Elliotte Rusty Harold and W. Scott Means. XML in a Nutshell. O'Reilly and Associates, Sebastopol, CA, 2001.

• International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland. Information technology — Database languages — SQL, 1992. ISO/IEC 9075:1992.

• Henry F. Korth and Abraham Silberschatz. Database System Concepts. McGraw-Hill, second edition, 1991.

• Raghu Ramakrishnan and Johannes Gehrke. Database Management Systems. McGraw-Hill, second edition, 2000.

Operating Systems

Ορισμός και λειτουργίες

• Το λειτουργικό σύστημα ως ένας ανώτερος υπολογιστής.
• Το λειτουργικό σύστημα ως διαχειριστής πόρων (resource manager).
• Το λειτουργικό σύστημα ως σύστημα επικοινωνίας με τον υπολογιστή.

Βασικά στοιχεία

• Οι διεργασίες (processes)
• Τα αρχεία (files)
• Ο φλοιός (shell)
• Μερικά συστήματα (π.χ. Microsoft Windows) περιλαμβάνουν και γραφική διεπαφή χρήστη (graphical user interface)

Διεργασίες

• Πολυπρογραμματισμός (Multiprogramming)
• Κατάσταση διεργασιών
  • Υπό εκτέλεση
  • Σε αναμονή
  • Εκτελέσιμη
• Χρονοπρογραμματισμός (Scheduling)
• Επικοινωνία μεταξύ διεργασιών (Interprocess communication)

Είσοδος και έξοδος στοιχείων

• Επικοινωνία με τις συσκευές
  • Με σταθμοσκόπηση (polling)
  • Με διακοπές
• Χρήση ανεξάρτητα από τη συσκευή

Διαχείριση μνήμης

• Προστασία μεταξύ διεργασιών
• Ανταλλαγή (Swapping)
• Σελιδοποίηση (Paging)

Σύστημα αρχείων

• Αρχεία
• Κατάλογοι και ιεραρχική δομή
• Διαχείριση χώρου
• Ασφάλεια

Βιβλιογραφία

• Α. Λυπιτάκης Ο σύγχρονος κόσμος των υπολογιστών. Κεφάλαιο 8 1997.

• Μ. Μπεκάκος Εισαγωγή στην πληροφορική. σ. 103-111 Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών 1998.

• Ε. Παπαθανασίου Στοιχεία υπολογιστικών συστημάτων. Ενότητα 6.12. Εκδόσεις Μπένου 1998.

• Les Goldschlager και Andrew Lister Εισαγωγή στη σύγχρονη επιστήμη των υπολογιστών. Ενότητα 5.5. Εκδόσεις Δίαυλος 1994.

• Andrew S. Tanenbaum Σύγχρονα λειτουργικά συστήματα. Τόμος Α. Παπασωτηρίου, 1993.

• Peter Rechenberg. Εισαγωγή στην Πληροφορική. σ. 150-155 Κλειδάριθμος, 1992.

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 119–140. Addison-Wesley, sixth edition, 2000.

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 109–134. Addison-Wesley, 8th edition, 2004.

• Brian W. Kernighan and Rob Pike. The UNIX Programming Environment. Prentice-Hall, 1984.

• Andrew S. Tanenbaum. Operating Systems: Design and Implementation. Prentice-Hall, 1987.

Computer Networks

Εισαγωγή, το μοντέλο αναφοράς OSI

• Εφαρμογή (application)
• Παρουσίαση (presentation)
• Σύνοδος (session)
• Μεταφορά (transport)
• Δίκτυο (network)
• Σύνδεση δεδομένων (data link)
• Φυσικό επίπεδο (physical)

Φυσικό επίπεδο

• Θεωρία πληροφορίας
• Μέσα μεταφοράς
  • Μαγνητικά
  • Συνεστραμένο καλώδιο
  • Ομοαξονικό καλώδιο
  • Οπτική ίνα
  • Ασύρματη μεταφορά οπτικής επαφής
  • Δορυφορική επικοινωνία
• Αναλογική μετάδοση
  • Το τηλεφωνικό δίκτυο
  • MODEM
  • RS-232
• Ψηφιακή μετάδοση
• Πολυπλεξία (multiplexing)
• Πακέτα και συνδέσεις
• Ψηφιακά δίκτυα
  • ISDN
  • GSM / UMTS
  • ATM
  • SONET

Επίπεδο σύνδεσης

• Τοπικά δίκτυα (local area networks)
  • Έλεγχος συγκρούσεων και πολλαπλή πρόσβαση (multiple access collision detection)
  • Πρωτόκολλα χωρίς σύγκρουση
  • Ethernet
• Υπηρεσίες
  • Έλεγχος λαθών (error control)
  • Έλεγχος ροής (flow control)

Επίπεδο δικτύου

• Δρομολόγηση (routing)
• Έλεγχος συμφόρησης (congestion control)
• Διαδικτύωση - πύλες (gateways)

Επίπεδο μεταφοράς

• Διαφορά από το επίπεδο δικτύου
• Ποιότητα υπηρεσίας (quality of service)
• Διευθυνσιοδότηση (addressing)
• Δημιουργία σύνδεσης
• Ελευθέρωση σύνδεσης

Επίπεδο συνόδου

• Κλήση απομακρυσμένων συναρτήσεων (remote procedure call)
• Συγχρονισμός

Επίπεδο παρουσίασης

• Εμφάνιση δεδομένων
  • Κείμενο
  • Γραφικά
  • Δομή
• Συμπίεση
• Ασφάλεια

Επίπεδο εφαρμογής

• Παγκόσμιος ιστός (World wide web)
• Μεταφορά αρχείων (file transfer)
• Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο (electronic mail)
• Απομακρυσμένη πρόσβαση (remote access)
• Απομακρυσμένη διαχείριση (remote administration)
• Ηλεκτρονικοί κατάλογοι (directory service)
• Μεταφορά εργασιών (job transfer)

Τα πρωτόκολλα του Internet

Εφαρμογή

Telnet

χρήση από απόσταση

FTP

μεταφορά αρχείων

SMTP

μεταφορά email

POP/IMAP

ανάγνωση email

HTTP/HTML

πρόσβαση στο Web

Μια σειρά από πρωτόκολλα στο επίπεδο αυτό υποστηρίζουν τη λειτουργία και τη διαχείριση του δικτύου:

DNS

Κατανεμημένος κατάλογος ονομάτων

SNMP

Διαχείριση από απόσταση

BOOTP

Αρχικό φόρτωμα κώδικα

RARP

Αντίστροφη μετατροπή διευθύνσεων

Μεταφορά

TCP

Transmission Control Protocol

UDP

User Datagram Protoco

Δίκτυο

                                    
	 +------+ +-----+ +-----+     +-----+  
	 |Telnet| | FTP | | TFTP| ... | ... |  
	 +------+ +-----+ +-----+     +-----+  
	       |   |         |           |     
	      +-----+     +-----+     +-----+  
	      | TCP |     | UDP | ... | ... |  
	      +-----+     +-----+     +-----+  
		 |           |           |     
	      +--------------------------+----+
	      |    Internet Protocol & ICMP   |
	      +--------------------------+----+
			     |                 
		+---------------------------+  
		|   Local Network Protocol  |  
		+---------------------------+  

IP

    0                   1                   2                   3   
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |Version|  IHL  |Type of Service|          Total Length         |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |         Identification        |Flags|      Fragment Offset    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |  Time to Live |    Protocol   |         Header Checksum       |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                       Source Address                          |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Destination Address                        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Options                    |    Padding    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

TCP

• Μεταφορά δεδομένων
• Αξιοπιστία
• Έλεγχο ροής
• Πολυπλεξία
• Συνδέσεις
• Προτεραιότητα

    0                   1                   2                   3   
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |          Source Port          |       Destination Port        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                        Sequence Number                        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Acknowledgment Number                      |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |  Data |           |U|A|P|R|S|F|                               |
   | Offset| Reserved  |R|C|S|S|Y|I|            Window             |
   |       |           |G|K|H|T|N|N|                               |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |           Checksum            |         Urgent Pointer        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Options                    |    Padding    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                             data                              |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

URG

Το πεδίο Urgent Pointer περιέχει δεδομένα

ACK

Το πεδίο Acknowledgment περιέχει δεδομένα

PSH

Λειτουργία Push

RST

Επαναρύθμιση της σύνδεσης

SYN

Συγχρονισμός των αριθμών της σειράς

FIN

Δεν υπάρχουν άλλα δεδομένα από τον αποστολέα

Αρχιτεκτονική του παγκόσμιου ιστού

• Ο παγκόσμιος ιστός (world wide web) είναι υλοποιημένες σύμφωνα με το μοντέλο πελάτη-υπηρέτη (client-server).
• Υπηρέτες ακούν για εντολές του πρωτοκόλλου HTTP στη θύρα TCP 80 και απαντούν ανάλογα με το περιεχόμενο της εντολής.
• Οι απαντήσεις είναι συνήθως υπερκείμενο (hypertext) δομημένο σύμφωνα με το πρότυπο HTML.
• Παραπομπές σε άλλες σελίδες ή περιεχόμενο γίνονται με την τυποποιημένη χρήση των Uniform Resource Locators (URL).
• Τόσο ο πελάτης, όσο και ο υπηρέτης μπορούν να προσαρμόσουν δυναμικά το περιεχόμενο μιας σελίδας.

Προσδιορισμός στοιχείων με URI

• το πρωτόκολλο,
• τον προσδιορισμό του μηχανήματος που περιέχει το περιεχόμενο,
• τον προσδιορισμό της διαδρομής και
• το αρχείο.

    http://www.spinellis.gr/
index.html
http://sourceforge.net/softwaremap/trove_list.php?form_cat=187&discrim=165

Το πρωτόκολλο HTTP

• GET
• HEAD
• POST
• PUT
• DELETE
• TRACE

GET /pub/WWW/TheProject.html HTTP/1.1
Host: www.w3.org

Ενεργό περιεχόμενο

• CGI
• Active Server Pages (Microsoft)
• Java Server Pages (Java)
• Servlets (Java)
• PHP (Apache/Unix)

Αναζήτηση πληροφοριών στον παγκόσμιο ιστό

• Κατάλογος (directory) (π.χ. http://www.yahoo.com (http://www.yahoo.com))
• Μηχανή αναζήτησης (search engine) (π.χ. http://www.google.com (http://www.google.com))
• Πύλη (portal) (π.χ. http://www.in.gr (http://www.in.gr))

Βιβλιογραφία

• Α. Λυπιτάκης Ο σύγχρονος κόσμος των υπολογιστών. σ. 145-172 1997.

• Ε. Παπαθανασίου Στοιχεία υπολογιστικών συστημάτων. Κεφάλαιο 8. Εκδόσεις Μπένου 1998.

• Andrew S. Tanenbaum Δίκτυα Υπολογιστών. Τρίτη Έκδοση. Παπασωτηρίου, 2000.

• T. Berners-Lee and D. Connolly. RFC 1866: Hypertext Markup Language — 2.0, November 1995. Available online.

• T. Berners-Lee, L. Masinter, and M. McCahill. RFC 1738: Uniform Resource Locators (URL), December 1994. Available online.

• R. Braden. RFC 1122: Requirements for Internet hosts — communication layers, October 1989. Available online.

• R. Braden. RFC 1123: Requirements for Internet hosts — application and support, October 1989. Available online.

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 141–166. Addison-Wesley, sixth edition, 2000.

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 135–170. Addison-Wesley, 8th edition, 2004.

• Douglas E. Comer and David L. Stevens. Internetworking with TCP/IP, volume II: Design, Implementation and Internals. Prentice-Hall, 1991.

• Douglas E. Comer and David L. Stevens. Internetworking with TCP/IP, volume III: Client-Server Programming and Applications (BSD Socket Version. Prentice-Hall, 1993.

• Douglas E. Comer. Internetworking with TCP/IP, volume I: Principles, Protocols and Architecture. Prentice-Hall, second edition, 1991.

• D. Eastlake and C. Kaufman. RFC 2065: Domain Name System security extensions, January 1997. Available online.

• R. Fielding, J. Gettys, J. Mogul, H. Frystyk, T. Berners-Lee, et al. RFC 2068: Hypertext transfer protocol — HTTP/1.1, January 1997. Available online.

• B. Fraser. RFC 2196: Site security handbook, September 1997. Available online.

• Stefanos Gritzalis and Diomidis Spinellis. Addressing threats and security issues in World Wide Web technology. In Proceedings CMS '97 3rd IFIP TC6/TC11 International joint working Conference on Communications and Multimedia Security, pages 33–46, Athens, Greece, September 1997. IFIP, Chapman & Hall.

• Fred Halsall. Data Communications, Computer Networks and OSI. Addison-Wesley, second edition, 1988.

• E. Krol. RFC 1118: Hitchhikers guide to the Internet, September 1989. Available online.

• J. Postel. RFC 768: User Datagram Protocol, August 1980. Available online.

• J. Postel. RFC 774: Internet protocol handbook: Table of contents, October 1980. Available online.

• J. Postel. RFC 791: Internet protocol, September 1981. Available online.

• J. Postel. RFC 792: Internet control message protocol, September 1981. Available online.

• J. Postel. RFC 793: Transmission Control Protocol, September 1981. Available online.

• Marshall T. Rose. The Open Book: A Practical Perspective on OSI. Prentice Hall, 1989.

• Aviel D. Rubin, Daniel Geer, and Marcus J. Ranum. Web Security Sourcebook. John Wiley & Sons, 1997.

• W. Richard Stevens. UNIX Network Programming. Prentice Hall, 1990.

• Andrew S. Tanenbaum. Computer Networks. Prentice-Hall, second edition, 1988.

System Security Roadmap

Security Infrastructure

• Management commitment
• Resources to back security policies and procedures
• Staff dedicated to security tasks
• Security mission statement
• Security awareness training program
• Security policies and procedures
  • Clearly defined
  • Implemented
  • Documented
  • Supplied to everyone within your organization
• Strong flow of information to and from the appropriate groups
• Security incident response team
• External and internal security perimeter controls
• Host and network based security auditing tools

Security Infrastructure Investment

• Risk analysis
• Demonstrate threat (e.g. network sniffing) probes.
• Run scanning tools against your network (be careful)
• Impact on company image
• Impact of DOS attack
• Information on other attacks

Management-related Security Problems

• No dedicated staff
• Insufficient resources
• Lack of management support
• Staff with no authority to deploy appropriate security measures
• Failure to install vendor patches for known security problems.
• No monitoring and restricting network access to internal hosts.
• Not using sufficient authentication and authorization systems for remote access.
• Failure to implement or enforce procedures and standards when installing new devices on the network.
• Security through obscurity

Security Mission Statement

• Security expectations of users and customers
• Customer loss by security breaches
• Customer loss by impaired functionality (due to security)
• Past down-time and monetary loss due to security incidents
• Insider threats
• User trust
• Local and remote access
• On-line sensitive or personal information
• Loss due to compromise or theft
• Different levels of security for different parts of your organization
  • ERP systems
  • Development
  • Customer support
• Cost of negative publicity
• Existing security guidelines, regulations, or laws
• Conflict of business requirements and security
• Importance of confidentiality, integrity, availability
• Business needs
• Financial constraints

Security Support Personnel Duties

Auditing

Internet Attack Methods

• Exploitation of vulnerabilities in vendor programs.
• Exploitation of cgi-bin vulnerabilities.
• Email bombing, spamming and relaying through other sites.
• Exploitation of misconfigured anonymous FTP and web servers.
• Exploitation of named/BIND vulnerabilities.
• Exploitation of mail transfer agents and mail readers.
• Denial of Services (DoS) attacks using various methods.
• Sending hostile code and attack programs as mail attachments or browsed page contents.

Incident Response

• Don't panic!
• Evaluate the situation
  • Has attacker succeeded?
  • Is the attack in progress?
• Follow your organization’s policies and procedures,
• Use the appropriate chain of command when notifying other people or organizations.
• Contact incident response agencies appropriate for your site
• Make communication via an out-of-band method (e.g., a phone call) to ensure intruders do not intercept information.
• Document your actions
  • persons contacted
  • phone calls made
  • files modified
  • system jobs stopped
• Snapshot the system
• Make copies of files the intruders may have left or touched and store them off-line.
  • Malicious code
  • Log files
• If you are unsure of what actions to take, seek additional help and guidance before removing files or halting system processes.
• Involve security department
  • Physical access
  • Insider
  • Law enforcement officers
• Plan

Incident Response Centers

GRNET-CERT

Computer Emergency Responce Team for the Greek National Research Network

E-Mail: grnet-cert@grnet.gr (mailto:grnet-cert@grnet.gr)

Network Operations Center, University of the Aegean, 30 Voulgaroktonou str, Athens 114 72, Greece

Telephone: +30 - 210 - 649 - 2056
Telefax: +30 - 210 - 649 - 2499
World Wide Web: http://cert.grnet.gr (http://cert.grnet.gr)

Network Management Center
National Technical University of Athens
Iroon Polytechnioy 9
Zografou, GR 157 80
Athens
Greece
phone [+30-210] 772.1860
fax [+30-210] 772.1866
http://www.ntua.gr/grnet-cert/grnet-cert.html (http://www.ntua.gr/grnet-cert/grnet-cert.html)

Software Installation Practices

• remove unnecessary software,
• turn off unneeded services,
• close extraneous ports.

Authentication Practices

• Audit the accounts on your systems and create a master list
• Develop procedures for adding authorized accounts to the list, and for removing accounts when they are no longer in use.
• Validate the list on a regular basis to make sure no new accounts have been added and that unused accounts have been removed.
• Run a password cracking tool against the accounts looking for weak or no passwords. (Make sure you have official written permission before employing a password cracking tool.)
• Train users
• Install password checking tools
• Use alternative authentication methods

Backup Practices

• Inventory critical systems
• Are there backup procedures for those systems?
• Is the backup interval acceptable?
• Are those systems being backed up according to the procedures?
• Has the backup media been verified to make sure the data is being backed up accurately?
• Is the backup media properly protected in-house and with off-site storage?
• Are there copies of the operating system and any restoration utilities stored off-site (including necessary license keys)?
• Have restoration procedures been validated and tested?

Port Filtering Practices

• Configure router
• Install a firewall
• Use a port scanner (e.g. nmap, netstat)
• Turn-off services (/etc/inetd.conf, /etc/rc*, services)

Evaluating Vulnerabilities

• Systems impacted
• How to determine if we are vulnerable
• How to protect against it

Common Unix Vulnerabilities

• U1 BIND Domain Name System
• U2 Web Server
• U3 Authentication
• U4 Version Control Systems
• U5 Mail Transport Service
• U6 Simple Network Management Protocol (SNMP)
• U7 Open Secure Sockets Layer (SSL)
• U8 Misconfiguration of Enterprise Services NIS/NFS
• U9 Databases
• U10 Kernel

Common Windows Vulnerabilities

• W1 Web Servers and Services
• W2 Workstation Service
• W3 Windows Remote Access Services
• W4 Microsoft SQL Server (MSSQL)
• W5 Windows Authentication
• W6 Web Browsers
• W7 File-Sharing Applications
• W8 LSAS Exposures
• W9 Mail Client
• W10 Instant Messaging

Home-user Tips

• Use strong passwords.
• Make regular backups of critical data.
• Use virus protection software.
• Use a firewall as a gatekeeper between your computer and the Internet.
• Do not keep computers online when not in use.
• Do not open e-mail attachments from strangers or suspicious attachments.
• Regularly download security patches from your software vendors.

System Administrator Best Practices

• Knowledge update
• System and console - physical security
• Keep your systems lean and mean
• Superuser password
• Delegating superuser tasks
• User passwords
• User terminals
• Restrict users (shell, remote access)
• User education
• Keep your systems up to date
• Vulnerability testing
• Monitor your systems periodically
• Configuration documentation
• Backup and disaster recovery

Low-cost Security Improvements

• Document and publish what you expect your system support staff to do with respect to security.
• Configure your border routers to deny all unnecessary incoming traffic.
• Identify and protect your most valuable assets first.
• Secure the perimeter and core systems.
• Simplify.
• Use freeware vulnerability assessment tools to conduct a self-assessment of your network and computers. Publish the results internally to management staff.
• Install freeware host and network based auditing and traffic analysis tools on critical hosts.
• Monitor output and logs on a daily basis.

Free Tool Repositories

• ftp://ciac.llnl.gov/pub/ciac/sectools/unix/ (ftp://ciac.llnl.gov/pub/ciac/sectools/unix/)
• ftp://ftp.cerias.purdue.edu (ftp://ftp.cerias.purdue.edu)
• ftp://ftp.cert.org/pub/tools/ (ftp://ftp.cert.org/pub/tools/)
• ftp://ftp.win.tue.nl/pub/security/ (ftp://ftp.win.tue.nl/pub/security/)
• ftp://ftp.funet.fi/pub/unix/security/ (ftp://ftp.funet.fi/pub/unix/security/)

Security Web Sites

• http://www.sans.org/ (http://www.sans.org/)
• http://www.cerias.purdue.edu (http://www.cerias.purdue.edu)
• http://java.sun.com/security/ (http://java.sun.com/security/)
• http://www.telstra.com.au/info/security.html (http://www.telstra.com.au/info/security.html)
• http://www.ntbugtraq.com/ (http://www.ntbugtraq.com/)
• http://www.nsi.org/compsec.html (http://www.nsi.org/compsec.html)
• http://www.securityportal.com (http://www.securityportal.com)
• http://www.icsa.net/ (http://www.icsa.net/)
• http://www.tno.nl/instit/fel/intern/wkinfsec.html (http://www.tno.nl/instit/fel/intern/wkinfsec.html)
• http://l0pht.com/ (http://l0pht.com/)
• ftp://ftp.porcupine.org/pub/security/index.html (ftp://ftp.porcupine.org/pub/security/index.html)
• http://www.boran.com/security/ (http://www.boran.com/security/)
• http://www.cordis.lu/infosec/ (http://www.cordis.lu/infosec/)
• http://www.dpa.gr/ (http://www.dpa.gr/)
• http://www.itpolicy.gsa.gov/ (http://www.itpolicy.gsa.gov/)
• http://www.cit.nih.gov/security.html (http://www.cit.nih.gov/security.html)
• http://cs-www.ncsl.nist.gov/ (http://cs-www.ncsl.nist.gov/)
• http://www.phrack.com/ (http://www.phrack.com/)
• http://www.2600.com/ (http://www.2600.com/)

Security Books

• Firewalls and Internet Security by Bill Cheswick and Steve Bellovin

• Practical UNIX and Internet Security, 2nd Edition by Simson Garfinkel and Gene Spafford

• Ross Anderson. Security Engineering: A Guide to Building Dependable Distributed Systems. John Wiley & Sons, New York, 2001.

• Friedrich L. Bauer. Decrypted Secrets: Methods and Maxims of Cryptology. Springer Verlag, 1997.

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 128–128, 164–166. Addison-Wesley, 8th edition, 2004.

• Dorothy Elizabeth Robling Denning. Cryptography and Data Security. Addison-Wesley, 1983.

• Peter J. Denning. Computers Under Attack: Intruders, Worms, and Viruses. Addison-Wesley, 1990.

• Tom Forester and Perry Morrison. Computer Ethics: Cautionary Tales and Ethical Dilemmas in Computing. MIT Press, Cambridge, 1990.

• Dieter Gollmann. Computer Security. John Wiley & Sons, New York, 1999.

• Michael Howard and David LeBlanc. Writing Secure Code. Microsoft Press, Redmond, WA, second edition, 2003.

• David Kahn. The Codebreakers: The Story of Secret Writing. Scribner, New York, 1996.

• Gary McGraw and Edward W. Felten. Securing Java: Getting Down to Business with Mobile Code. Wiley, New York, 1999.

• Peter G. Neumann. Computer Related Risks. Addison-Wesley, 1995.

• David L. Oppenheimer, David A. Wagner, and Michele D. Crabb. System Security: A Management Perspective. Short Topics in System Administration. USENIX Association, Berkeley, CA, 1997.

• Eric Rescorla. SSL and TLS. Addison-Wesley, 2001.

• Aviel D. Rubin, Daniel Geer, and Marcus J. Ranum. Web Security Sourcebook. John Wiley & Sons, New York, 1997.

• Bruce Schneier. Applied Cryptography. Wiley, New York, second edition, 1996.

• Bruce Schneier. Secrets & Lies: Digital Security in a Networked World. Wiley Computer Publishing, New York, 2000.

• John Viega and Gary McGraw. Building Secure Software: How to Avoid Security Problems the Right Way. Addison-Wesley, 2001.

• Elizabeth Zwicky, Simon Cooper, and D. Brent Chapman. Building Internet Firewalls. O'Reilly and Associates, Sebastopol, CA, second edition, 2000.

Articles

• Anish Bhinami. Securing the commercial internet. Communications of the ACM, 39(6):29–35, June 1996.

• Huseyin Cavusoglu, Birendra Mishra, and Srinivasan Raghunathan. Model for evaluating security investments. Communications of the ACM, 47(7):87–92, July 2004.

• Commission of the European Communities. Glossary of information systems security. DGXIII, INFOSEC Programme/S2001, 1993.

• Commission of the European Communities. Risk analysis methods database. DGXIII, INFOSEC Programme/S2014, 1993.

• United Kingdom Central Computer and Telecommunication Agency, United Kingdom. CCTA Risk Analysis and Management Method: User Manual., version 3.0 edition, 1996. HMSO.

• Eric Dubois and Suchun Wu. A framework for dealing with and specifying security requirements in information systems. In Sokratis K. Katsikas and Dimitris Gritzalis, editors, Information Systems Security: Facing the information society of the 21st century, pages 88–99. Chapman & Hall, 1996.

• C. Ellison and B. Schneier. Ten risks of pki: What you're not being told about public key infrastructure. Computer Security Journal, 16(1):1–7, 2000.

• J. H. P. Eloff, L. Labuschagne, and K. P. Badenhorst. A comparative framework for risk analysis methods. Computers & Security, 12(6):597–603, October 1993.

• M. E. Kabay. The NCSA Guide ot Enterprise Security: Protecting Information Assets. McGraw-Hill, 1996.

• Ravi Sandhu, Edward Coyne, Hal Feinstein, and Charles Youman. Role-based access control: A multi-dimensional view. In 10th Annual Computer Security Applications Conference, pages 54–62. IEEE Computer Society Press, 1994.

• Richard G. Wilsher and Helmut Kurth. Security assurance in information systems. In Sokratis K. Katsikas and Dimitris Gritzalis, editors, Information Systems Security: Facing the information society of the 21st century, pages 74–87. Chapman & Hall, 1996.

Cryptology

Cryptology

Cryptography:

Generalized methods to hide (encrypt) and authenticate information

Cryptanalysis:

Generalized methods to expose and substitute information

Algorithm Uses and Properties

• Algorithms reversibly converting data (plaintext) into unintelligible form (ciphertext).
  • E(P) = C, and then D(C) = P
  • Only knowledge of "secret" allows recovery.
  • Kerckhoffs's doctrine (19th century): not based on the secrecy of the algorithm.
  • E(P, EK) = C, and then D(C, DK) = P
• Building blocks for services/protocols that provide other assurances such as
  • confidentiality
  • integrity
  • authentication
  • non-repudiation

Algorithm Types

• Confidentiality
  • Block Ciphers: we encrypt several plaintext symbols at once in a block
  • Stream Ciphers: the encryption rule depends on a plaintext symbol's position in the stream of plaintext symbols.
• Authenticity and non repudiation:
  • Hash Functions
  • Digital Signatures

Maintaining Confidentiality

• One time pad (OTP)
  • length of key equal to message length
  • c = m XOR k
  • c XOR k = m
  • perfect secrecy
  • severe key distribution problems
• Shared secret key
  • c = E(m,k).
  • D(c,k) = m
  • requires key distribution
  • vulnerable to exhaustive key search
• Private / public key
  • Key generator creates Ek, Dk
  • c = E(m, Ek)
  • D(c, Dk) = m
  • Computationally expensive

Transposition Ciphers

• Re-arrange order of letters
• Write-in in a geometrical figure (square, scytale)
• Take-off in a specified order
• Key is the figure and the order

1 2 3 4
T R A N
S P O T
I T I O
N X X X
Take-off as 2, 4, 3, 1: RPTXNTOXAOIXTSIN
Try RAYXPAIXYNSXCTLS

Transposition Cryptanalysis

• Recognize by noting relative frequencies (same as in natural language)
  • English: ... f m u c d h l r s n a I o t e
  • Greek ... π λ μ ν σ ε κ σ ρ τ ι ο α
• Use digraph and trigraph frequency distributions

Substitution Ciphers

• Shifted alphabets
  • C = P + K mod 26
  • Caesar Cipher (K=3)
  • Key is the shift
• Cipher alphabet
  • Key is the substitution alphabet
• Cryptanalysis: Single letter frequency analysis

Polyalphabetic Ciphers

• Vigenere (C = P + Ki mod 26)
• Key is K1, K2, ... Kn
• Example

  THEXCITYXISXATHENS
  KEYKEYKEYKEYKEYKEY
  DLCHGGDCVSWVKXFORQ
  

• Try to decode

  WEAOHMXMY
  

• Cryptanalysis
  • Determine index of coincidence (IC)
  • Measures variation of letter frequencies
  • Can be used to derive period p
  • From then on solve as p substitution ciphers

Rotor Machines

• Each rotor maps 26 characters on the front face to 26 on the back face
• Simple substitution cipher
• After each encoding rotation changes the mapping
  • Introduces polyalphabetic element with period 26
• The output of one rotor feeds the next
  • Introduces function composition
• The key is the rotor wiring, placement, and initial position
• Used by the Germans during the WW2
• Cryptanalyzed by the British using electromechanical computers

The Playfair Cipher

• Create a 5 * 5 rectangle with all characters appart from J
  Example:
  

  S E C U R
  I T Y A B
  D F G H K
  L M N O P
  Q V W X Z
  

• Break plaintext in letter pairs and replace the letter J with I.
• Convert text using the table
• If two letters are on the same row or column replace them with the succeeding letters.
• otherwise replace them with the letters at the corners of the rectangle.
• Block size: two characters

A -> B
B -> I
O -> P
R -> U
T -> A
X -> V
L -> O
A -> I
N -> L
D -> G
I -> Y
N -> L
G -> H
X -> W

SP Networks

• To increase block size we need (prohibitively) larger tables
• As an example a function 16 -> 16 bits would require a table of 2²⁰ bits (16 * 2¹⁶).
• A substitution permutation network requires a lot less storage
• Data has to pass through the network multiple times to add diffusion and confusion to the plaintext
• Result is called a product cipher
  • DES
  • AES

The Data Encryption Standard (DES)

• 64 bit input and output
• 56 bit key (marginal length; vulnerable to exhaustive key search)
• Standard for encryption of unclassified data since 1977
• 16 internal rounds

The Advanced Encryption Standard (AES)

• Result of a public process
• Evaluation criteria:
  • Security
  • No licensing
  • Computational efficiency
  • Memory requirements
  • Flexibility (key size, block size, time/memory tradeoffs)
  • Hardware and software suitability
  • Simplicity of design
• Acts on 128-bit blocks
• Key 128, 192 or 256 bits (for 10, 12, 14 rounds)

Hash Function Properties

Properties

• One way; can not be reversed
• Output does not reveal information on input
• Hard to find collisions (different messages with same hash)

Common Hash Functions

• Block cipher in CBC mode
• SHA1 (secure hash algorithm) 160-bit output
• MD5 (message digest) 128-bit output
• SHA256 SHA512 (secure hash algorithm) 256/512-bit output

Hash Function Applications

• Construct a message authentication code (MAC)
• Digital signature
• Make commitments, but reveal message later
• Timestamping
• Key updating: key is hashed at specific intervals resulting in new key

Asymmetric Ciphers

• Key is split into private and public part
• Public key can not be used to derive private key
• Encryption is performed using the public key
• Decryption is performed using the private key
• The two operations can be combined to establish secrecy and sender authenticity
• Can be used to implement a digital signature
• Underlying mathematical operations
  • Factorization (factor a product of two primes)
  • Discrete logarithm (calculate the integer nth root of a number)
  • Elliptic curves
• Computationally expensive
• Typically used to establish common secret key

The Diffie-Hellman Protocol

• Can be used to establish common secret key over insecure channel
• Requires commutative encryption function E(E(M, Ka), Kb) = E(E(M, Kb), Ka)
• Procedure
  1. Alice chooses a key M
  2. Alice sends Bob E(M, Ka)
  3. Bob sends Alice E(E(M, Ka), Kb)
  4. ... which is E(E(M, Kb), Ka)
  5. Alice decrypts it into E(M, Kb) and sends it to Bob
  6. Bob decrypts it to M
  7. M can then be used as a shared secret key

Case Study: Public Key Cryptography

A Simple Public Key System

1. Create a graph with a known perfect code
   • We draw a set of dominating edges
   • Add more edges around each edge
   • Add more verices between the non-dominating edges
   • The graph is our public key
   • The exact dominating set the private key
   • Determining whether the graph as a dominating set is NP-complete
2. Simple example: fair coin tossing over the phone
   • Alice sends map to Bob
   • Bob guesses whether number of dominating edges is odd or even
   • Alice reveals the solution
3. Public key encryption and decryption
   • To transmit a secret number
     • Randomly distribute the number on all edges
     • For each edge send the sum of all its immediate neighbours and itsself
   • To decrypt
     • Sum the values of the dominating set

Bibliography

• Ross Anderson. Security Engineering: A Guide to Building Dependable Distributed Systems, pages 73–113. John Wiley & Sons, New York, 2001.
• Friedrich L. Bauer. Decrypted Secrets: Methods and Maxims of Cryptology. Springer Verlag, 1997.
• Tim Bell, Harold Thimberly, Mike Fellows, Ian Witten, and Neil Koblitz. Explaining cryptosystems to the general public. In Louise Yngström and Simone Fisher-Hübner, editors, WISE 1: First World Conference on Information Security Education, pages 221–233. IFIP TC11 WG 11.8, June 1999.
• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 485–488. Addison-Wesley, 8th edition, 2004.
• Dorothy Elizabeth Robling Denning. Cryptography and Data Security. Addison-Wesley, 1983.
• Dieter Gollmann. Computer Security. John Wiley & Sons, New York, 1999.
• David Kahn. The Codebreakers: The Story of Secret Writing. Scribner, New York, 1996.
• Bruce Schneier. Applied Cryptography. Wiley, New York, second edition, 1996.

Software Engineering

Η σημασία του λογισμικού

• ενεργοποιεί τις ενσωματωμένες συσκευές,
• αποτελεί τη βάση στα πληροφοριακά συστήματα,
• χρησιμοποιείται ως μέσο αποθήκευσης γνώσης.

1. DNA
2. Εγκέφαλος
3. Υλικό
4. Βιβλία
5. Λογισμικό

Προβλήματα στην υλοποίηση συστημάτων που βασίζονται σε λογισμικό

• Χρόνος
• Κόστος
• Αξιοπιστία (reliability) του λογισμικού
• Αξιοπιστία της διεργασίας ανάπτυξης

• Τα πεπαλαιωμένα συστήματα (legacy systems)
• H ετερογένεια (heterogeneity) του περιβάλλοντος λειτουργίας
• Η παράδοση στους χρόνους που απαιτούν τα σύγχρονα επιχειρηματικά μοντέλα.

Τεχνολογία λογισμικού

1. Η εφαρμογή μιας συστηματικής πειθαρχημένης και ποσοτικοποιούμενης προσέγγισης στην ανάπτυξη, λειτουργία και συντήρηση του λογισμικού. με άλλα λόγια η εφαρμογή των τεχνικών του μηχανικού στο λογισμικό.
2. Η μελέτη προσεγγίσεων στο παραπάνω πρόβλημα.

1. Απαιτήσεις
2. Σχεδιασμός
3. Υλοποίηση
4. Έλεγχος
5. Συντήρηση
6. Διαχείριση σχηματισμών
7. Διαχείριση του οργανισμού, της διεργασίας (process) και του έργου
8. Διεργασίες τεχνολογίας λογισμικού
9. Εργαλεία και μέθοδοι
10. Ποιότητα

Κατηγορίες λογισμικού

• Λογισμικό συστημάτων (systems software)
• Λογισμικό πραγματικού χρόνου (real-time software)
• Πληροφοριακά συστήματα (information systems)
• Τεχνικές και επιστημονικές εφαρμογές (engineering and scientific applications)
• Ενσωματωμένο λογισμικό (embedded software)
• Λογισμικό προσωπικής παραγωγικότητας (personal productivity software)
• Διαδικτυωμένο λογισμικό
• Εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης (artificial intelligence)

Χαρακτηριστικά του λογισμικού

• Το λογισμικό αναπτύσσεται, δεν παράγεται βιομηχανικά
• Το λογισμικό δε φθείρεται
• Το μεγαλύτερο ποσοστό του λογισμικού παράγεται κατά παραγγελία

Ιδιότητες του λογισμικού

• Συντηρησιμότητα (maintainability)
• Αξιοπιστία (dependability) (ασφάλεια (safery), διαθεσιμότητα (availability))
• Αποδοτικότητα (efficiency)
• Ευχρηστία (usability)
• Μεταφερσιμότητα (portability)

Ο κύκλος ζωής του λογισμικού

• Προσδιορισμός απαιτήσεων συστήματος (system requirements)
• Προσδιορισμός απαιτήσεων λογισμικού (software requirements)
• Σχεδίαση (design)
• Κωδικοποίηση (coding)
• Έλεγχος (testing)
• Παράδοση συστήματος (delivery)
• Λειτουργία (operation)
• Συντήρηση (maintenance)

Σχεδιασμός με UML

Σχεδιάζουμε για να μπορέσουμε να καταλάβουμε το σύστημα που αναπτύσσουμε. Έτσι δημιουργώντας ένα σχέδια επιτυγχάνουμε τέσσερεις στόχους:

1. παριστάνουμε οπτικά το σύστημα που έχουμε ή θέλουμε να κατασκευάσουμε,
2. προσδιορίζουμε τη δομή και τη συμπεριφορά του συστήματος,
3. δημιουργούμε ένα πρότυπο για να βασίσουμε την κατασκευή του συστήματος,
4. τεκμηριώνουμε τις αποφάσεις που λάβαμε.

Σε όλους τους τεχνολογικούς τομείς ο σχεδιασμός βασίζεται σε τέσσερεις βασικές αρχές:

1. η επιλογή του είδους του σχεδίου έχει επίπτωση στον τρόπο και την μορφή επίλυσης του προβλήματος,
2. όλα τα σχέδια εκφράζονται σε διαφορετικές βαθμίδες ακρίβειας,
3. τα καλύτερα σχέδια σχετίζονται με την πραγματικότητα,
4. ένα είδος σχεδίων δεν είναι ποτέ αρκετό.

Η UML περιλαμβάνει τρία βασικά στοιχεία:

1. Οντότητες
2. Σχέσεις
3. Διαγράμματα

Διαγράμματα της UML

• Διάγραμμα περιπτώσεων χρήσης (use case diagram)
• Διαγράμματα δομής
  • Διάγραμμα κλάσεων (class diagram)
  • Διάγραμμα αντικειμένων (object diagram)
• Διαγράμματα συμπεριφοράς
  • Διάγραμμα καταστάσεων (statechart diagram)
  • Διάγραμμα δραστηριοτήτων (activity diagram)
  • Διαγράμματα αλληλεπίδρασης
    • Διάγραμμα ακολουθίας (sequence diagram)
    • Διάγραμμα συνεργασίας (collaboration diagram)
• Διαγράμματα δομής υλοποίησης
  • Διάγραμμα εξαρτημάτων (component diagram)
  • Διάγραμμα ανάπτυξης (deployment diagram)

Προβλήματα στη διοίκηση έργων λογισμικού

• Το προϊόν δεν έχει φυσική έκφανση
• Δεν υπάρχουν κοινώς αποδεκτές και κοινές διεργασίες υλοποίησης
• Τα μεγάλα έργα κατασκευάζονται κατά παραγγελία για συγκεκριμένες απαιτήσεις
• Υπάρχει η ψευδαίσθηση πως το λογισμικό είναι εύπλαστο
• Μικρές αλλαγές στο λογισμικό επηρεάζουν συχνά δυσανάλογα πολλά τμήματα
• Δε χρησιμοποιούνται συχνά έτοιμα εξαρτήματα

Οι σημαντικότεροι κίνδυνοι

• Το προϊόν δεν έχει φυσική έκφανση
• Δεν υπάρχουν κοινώς αποδεκτές και κοινές διεργασίες υλοποίησης
• Τα μεγάλα έργα κατασκευάζονται κατά παραγγελία για συγκεκριμένες απαιτήσεις
• Υπάρχει η ψευδαίσθηση πως το λογισμικό είναι εύπλαστο
• Μικρές αλλαγές στο λογισμικό επηρεάζουν συχνά δυσανάλογα πολλά τμήματα
• Δε χρησιμοποιούνται συχνά έτοιμα εξαρτήματα

Στοιχεία της ευέλικτης ανάπτυξης

• στους ανθρώπους και τις σχέσεις τους και όχι σε διεργασίες και εργαλεία
• σε λογισμικό που δουλεύει και όχι σε εκτενή τεκμηρίωση
• σε συνεργασία με τον πελάτη και όχι σε συμβατικές διαπραγματεύσεις
• σε άμεση απόκριση σε αλλαγές και όχι στην τήρηση ενός προδιαγεγραμμένου σχεδίου

Ασυμβίβαστος προγραμματισμός

• Ο προγραμματισμός σε ζευγάρια
• Η συγγραφή ελέγχων μονάδος πριν από τον κώδικα.
• Η συνεχής ολοκλήρωση και ο συνεχής έλεγχος του κώδικα (πολλές φορές μέσα στην ημέρα).
• Η βαθμιαία εξέλιξη του σχεδίου του έργου.
• Η γρήγορη παραγωγική χρήση του συστήματος για την εκμαίευση των απαιτήσεων με το μεγαλύτερο όφελος για τον πελάτη.

• Επιχειρηματικά περιβάλλοντα όπου η διοίκηση θέλει να έχει τον πλήρη έλεγχο του έργου.
• Έργα με αυστηρές προδιαγραφές.
• Έργα που βασίζονται σε σύμβαση με βάση τις προδιαγραφές.
• Συστήματα των οποίων τα αποτελέσματα αργούν να εμφανιστούν.
• Περιβάλλοντα στα οποία οι έλεγχοι είναι ακριβοί (OIS).

Βιβλιογραφία

• Kent Beck. Extreme Programming Explained: Embrace Change. Addison Wesley Longman, 2000.

• Grady Booch, James Rumbaugh, and Ivar Jacobson. The Unified Modeling Language User Guide. Addison-Wesley, 1999.

• F. P. Brooks. The Mythical Man Month. Addison-Wesley, 1975.

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 286–318. Addison-Wesley, sixth edition, 2000.

• J. Glenn Brookshear. Computer Science, pages 286–318. Addison-Wesley, 8th edition, 2004.

• William J. Brown, Raphael C. Malveau, Hays W. McCormick III, and Thomas J. Mowbray. AntiPatterns Refactoring Software, Architectures, and Projects in Crisis. Wiley, 1998.

• Alan Cooper. The Inmates are Running the Asylum. Sams, Indianapolis, IN, USA, 1999.

• Alan M. Davis. 201 Principles of Software Development. McGraw-Hill, 1995.

• Tom DeMarco and Timothy R. Lister. Peopleware: Productive Projects and Teams. Dorset House Publishing, 1987.

• Jr. Frederick P. Brooks. No silver bullet: Essence and accidents of software engineering (http://www.di.ufpe.br/ java/graduacao/referencias/BrooksNoSilverBullet.html). IEEE Computer, pages 10–19, April 1987.

• Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, and John Vlissides. Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. Addison-Wesley, 1995.

• Robert L. Glass. Software Runaways: Lessons Learned from Massive Software Project Failures. Prentice-Hall, 1998.

• Robert L. Glass. Frequently forgotten fundamental facts about software engineering. IEEE Software, 18(3):110–112, May/June 2001.

• Watts S. Humphrey. Managing the Software Process. Addison-Wesley, 1989.

• Andrew Hunt and David Thomas. The Pragmatic Programmer: From Journeyman to Master. Addison Wesley Longman, 2000.

• Cem Kaner, Jack Falk, and Hung Quoc Nguyen. Testing Computer Software. Wiley, 1999.

• Brian W. Kernighan and Rob Pike. The Practice of Programming. Addison-Wesley, 1999.

• Steve C McConnell. Code Complete: A Practical Handbook of Software Construction. Microsoft Press, Redmond, WA, second edition, 2004.

• P. J. Plauger. Programming on Purpose: Essays on Software Design. Prentice-Hall, 1993.

• P. J. Plauger. Programming on Purpose II: Essays on Software People. Prentice-Hall, 1993.

• P. J. Plauger. Programming on Purpose III: Essays on Software Technology. Prentice-Hall, 1994.

• Roger S. Pressman. Software Engineering: A Practitioner's Approach. McGraw-Hill, London, fifth edition, 2000. European Adaptation. Adapted by Darrel Ince.

• Charles H. Schmauch. ISO 9000 for Software Developers. ASQC Quality Press, Milwaukee, Wisconsin, USA, 1995.

• Ian Sommerville. Software Engineering. Addison-Wesley, sixth edition, 2001.

• Diomidis Spinellis and Clemens Szyperski. How is open source affecting software development? ( http://www.spinellis.gr/pubs/jrnl/2004-IEEESW-OSS/html/ge-intro.html). IEEE Software, 21(1):28–33, January/February 2004. (doi:10.1109/MS.2004.1259204 (http://dx.doi.org/10.1109/MS.2004.1259204))

• Diomidis Spinellis. Software reliability: Modern challenges ( http://www.spinellis.gr/pubs/conf/1999-ESREL-SoftRel/html/chal.html). In G. I. Schuëller and P. Kafka, editors, Proceedings ESREL '99 — The Tenth European Conference on Safety and Reliability, pages 589–592, Munich-Garching, Germany, September 1999. ESRA, VDI, TUM, A. A. Balkema.

• Diomidis Spinellis. Taking common sense to the extreme ( http://www.spinellis.gr/pubs/Breview/2000-IEEE-XP/html/review.html). IEEE Software, 17(4):113–114, July/August 2000. Book review: eXtreme Programming Explained: Embrace Change.

• Diomidis Spinellis. The tools at hand ( http://www.spinellis.gr/pubs/jrnl/2005-IEEESW-TotT/html/v22n1.html). IEEE Software, 22(1):10–13, January/February 2005.

• Edward Yourdon. Death March. Prentice-Hall, 1997.

The Open Source Landscape

History

• Initially software was tied to the hardware and free
• Organized collections: SHARE, ACM collected algorithms on tape
• 1970s Academic distribution of Unix in source code form
• 1983: Richard Stallman and the GNU Project
• Late 1980s: X Window System
• 1991: Linus Torvalds and the Linux kernel
• 1998: Netscape releases Mozilla; the Open-Source Movement

Basic Concepts

• Public Domain Software
• Open-Source Software
• Shared-Source Software
• Free Software
• Shareware
• Adware
• Spyware

The Open Source Definition

Introduction

Open source doesn't just mean access to the source code. The distribution terms of open-source software must comply with the following criteria:

1. Free Redistribution

The license shall not restrict any party from selling or giving away the software as a component of an aggregate software distribution containing programs from several different sources. The license shall not require a royalty or other fee for such sale.

2. Source Code

The program must include source code, and must allow distribution in source code as well as compiled form. Where some form of a product is not distributed with source code, there must be a well-publicized means of obtaining the source code for no more than a reasonable reproduction cost preferably, downloading via the Internet without charge. The source code must be the preferred form in which a programmer would modify the program. Deliberately obfuscated source code is not allowed. Intermediate forms such as the output of a preprocessor or translator are not allowed.

3. Derived Works

The license must allow modifications and derived works, and must allow them to be distributed under the same terms as the license of the original software.

4. Integrity of The Author's Source Code

The license may restrict source-code from being distributed in modified form only if the license allows the distribution of "patch files" with the source code for the purpose of modifying the program at build time. The license must explicitly permit distribution of software built from modified source code. The license may require derived works to carry a different name or version number from the original software.

5. No Discrimination Against Persons or Groups

The license must not discriminate against any person or group of persons.

6. No Discrimination Against Fields of Endeavor

The license must not restrict anyone from making use of the program in a specific field of endeavor. For example, it may not restrict the program from being used in a business, or from being used for genetic research.

7. Distribution of License

The rights attached to the program must apply to all to whom the program is redistributed without the need for execution of an additional license by those parties.

8. License Must Not Be Specific to a Product

The rights attached to the program must not depend on the program's being part of a particular software distribution. If the program is extracted from that distribution and used or distributed within the terms of the program's license, all parties to whom the program is redistributed should have the same rights as those that are granted in conjunction with the original software distribution.

9. License Must Not Restrict Other Software

The license must not place restrictions on other software that is distributed along with the licensed software. For example, the license must not insist that all other programs distributed on the same medium must be open-source software.

*10. License Must Be Technology-Neutral

No provision of the license may be predicated on any individual technology or style of interface.

Origins: Bruce Perens wrote the first draft of this document as "The Debian Free Software Guidelines", and refined it using the comments of the Debian developers in a month-long e-mail conference in June, 1997. He removed the Debian-specific references from the document to create the "Open Source Definition."

Copyright © 2004 by the Open Source Initiative (http://www.opensource.org)

Software Categories (Sourceforge)

Development Status

Software Categories (FreeBSD Ports)

Operating Environments

Operating System

Language

System Software

Operating Systems

• The Linux kernel
• Linux distributions
• FreeBSD
• NetBSD
• OpenBSD
• DragonFly
• Mach
• Plan 9
• Hurd
• Microsoft Windows (if you are a government)

Databases

• mySQL
• PostgreSQL
• SQLite
• HSQLDB

Emulators

• Bochs X86 emulator
• Wine (Wine Is Not an Emulator)
• Samba
• Cygwin

Language Processors

• The GNU compiler collection
• Perl
• Python
• Ruby
• PHP
• Tcl/Tk
• Mono (.NET re-implementation)
• Shells

Graphics

Applications and Libraries

• Ghostscript
• PNG
• GD
• FreeType
• Gnuplot
• GraphViz
• GMT
• Gimp
• Xfig
• Mplayer

Environments

• X Window System
• KDE
• Gnome

Development Tools

• GNU binary and text tools
• GNU Emacs
• vim
• jEdit
• Eclipse
• KDevelop
• Dev-C++
• JUnit
• Boost C++ Libraries
• dOxygen
• autoconf
• bison and flex
• make / ant
• Bugzilla
• CVS
• Subversion

Text Processing

• TeX / LaTeX / MiKTeX
• Docbook
• groff
• aspell
• OpenOffice / KOffice/Abiword
• Expat XML Parser

Web and Application Servers

• Apache Web Server
• Jakarta Tomcat
• JetSpeed
• JBoss

Desktop Applications

• Mozilla
• Putty
• Xine
• Open Office
• Gnumeric
• Evolution (calendar, meeting, ...)
• FireFox
• Thunderbird
• Gaim IM

Open Source Repositories

• Sourceforge (http://www.sourceforge.net): open source repository
• Freshmeat (http://www.freshmeat.net): Unix software directory
• CPAN (http://www.cpan.org): Perl module directory
• Jakarta (http://jakarta.apache.org): open source solutions on the Java platform (e.g. Tomcat)
• Savannah (http://savannah.gnu.org): GNU software repository
• CTAN (http://www.ctan.org): TeX software repository

Influence on Product Development

Advantages

• Many existing elements available for reuse (what)
• Flexible reuse granulariy (how)
• Easier porting (where)
• Improve, fix, support

Problems

• Divergent evolution
• Code bloat
• Inadvertently deep dependencies
• Dependency management
• Licensing
• Quality control

Development Process Advantages

• Adoption of sophisticated development platforms and tools
  • operating systems: GNU/Linux and FreeBSD,
  • databases: PostgreSQL and MySQL,
  • application servers: JBoss,
  • optimizing compilers: gcc,
  • integrated development environments: Eclipse KDevelop,
  • build managers: make and ant,
  • version control management systems: CVS.
• Adoption of software engineering processes
  • version control
  • peer reviews,
  • version control
  • peer reviews
  • issue tracking
  • release engineering
  • regression testing.
• Learn from the source