Kapitel 1Kapitel 1 InformatikInformatik

1962 wurde der Begriff „Informatique“(als Kombination der Begriffe „Information“ und „automatique“) von Philippe Dreyfus, einem französischen Ingenieur eingeführt und als „Informatik“ ins Deutsche übernommen. Als junge Wissenschaft ist die Informatik mittlerweile in viele Bereiche der älteren Wissenschaften eingezogen und hat viele eigene Bereiche neu erschlossen. Die Informatik ist damit mittlerweile wesentlich mehr, als der anglo-amerikanische Begriff „Computer-Science“ vermuten lässt.Dieses Kapitel möchte einen (kurzen) Überblick über exemplarische Inhalte, Struktur und Geschichte der Informatik geben

Inhalt1. Motivation

2. Definition

3. Die Teilgebiete der Informatik

4. Die Geschichte der Informatik

5. Zusammenfassung des Kapitels

1.11.1 MotivationMotivation

Die Beherrschung eines Computers macht Spaß und gibt der informationssüchtigen Gesellschaft das Gefühl persönlicher Freiheit (so wie vor Jahren ein roter Sportwagen)

Die Beherrschung gibt Macht. Für das Funktionieren einer demokratischen Gesellschaft ist es wichtig, daß viele Menschen Computer verstehen und beherrschen.

Der Computer schafft und vernichtet Arbeitsplätze und ist eine Herausforderung für die Gesellschaft

Das Verstehen der Gesetzmäßigkeiten bei der Entwicklung von Computerprogrammen ist eine intellektuelle Herausforderung

Das Umsetzen dieses Verständnisses ist eine intellektuelle Genugtuung.

Der Computer schafft neue Betätigungsfelder und Lebensinhalte Der professionelle Umgang mit Computer ist im Beruftsleben eine

nackte Notwendigkeit !

1.21.2 Was ist InformatikWas ist Informatik

Jedes Lehrbuch der Informatik gibt seine Definition der „Informatik“. Auch der Duden beschreibt die Informatik als „Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen, besonders der automatischen Verarbeitung mit Hilfe von Digitalrechnern“.Durch die Beschränkung auf den Aspekt der „Verarbeitung“ geht diese Definition meines Erachtens nicht weit genug. Ich werde daher in diesem Unterkapitel eine eigene Definition wagen. Die dabei verwendeten Aspekte werden exemplarisch verdeutlicht, wobei bewusst in Grenzbereiche der Informatik gegangen wird .

Was die Informatik wirklich ist, kann kein Lehrbuch erfassen.Sie werden - hoffentlich - am Ende Ihres Studiums eine sehr weitreichende Idee davon haben.

Inhalt1. Definition

2. Beispiele

1.2.11.2.1 DefinitionDefinition

Informatik

Die Wissenschaft, die sich mit dem(automatisierten)

von Information befaßt

Erfassen

Transportieren

Speichern

Verarbeiten

Umsetzen

1.2.21.2.2 WissenschaftWissenschaft

Informatik ist nicht die Wissenschaft vom Computer(sowenig, wie Astronomie die Wissenschaft vom Teleskop ist)

Informatik ist eine Wissenschaft… und keine Bastelecke für Software-Spieler

Aspekte der Informatik als „reine Lehre“ (verwandt mit der Mathematik) Naturwissenschaft: entdecken und beschreiben von „natürlichen“

Phänomenen Ingenieurwissenschaft - mit der typischen Vorgehensweise

Problemstellung Analyse Teillösungen Synthese Lösung

1.2.31.2.3 InformationInformation

Information ist die Bedeutung, die durch eine Nachricht übermittelt wird (nachrichtentechnische Definition)

Kapitel 2

Information ist eine elementare Kategorie Chemie: Stoffumwandlung Physik: Energieumwandlung Informatik: Informationsumwandlung

1.2.41.2.4 Erfassen SensorikErfassen Sensorik

Bildverarbeitung

300000

Datenmenge(Byte)

60000

(52,204,248) (33,75,125,190,251)

3000

100

1.2.51.2.5 Transportieren TelekommunikationTransportieren Telekommunikation

Telephonie

300 - 3400 Hz~5-25000 Hz

Abstrakte Datentypen (N. Wirth: Algorithmen und Datenstrukturen)

1.2.61.2.6 Speichern DatenrepräsentationSpeichern Datenrepräsentation

Einfache TypenAufzählungstypenIntegerRealBooleanChar...

{rot, gelb, grün}

[0,1,..,65535]

[3,4e-038,..3,4e038]

{TRUE, FALSE}

{ASC(0),..,ASC(255)}

Strukturierte TypenArrayRecordVarianten RecordMenge...

array [n..m] of Type

record Type 1: element 1 Type n: element nend

set of Type

Abstrakte TypenListenBinäre BäumeVielweg BäumeGraphen...

Axon

DendriteSynapsen

1.2.71.2.7 Verarbeiten KI-Ansätze Verarbeiten KI-Ansätze

Neuronale Netze

ai=F(Wij*Oj ,ai)

a AktivierungszustandW VerbindungsgewichtungO AusgangswertF Aktivierungsfunktionf Ausgabefunktion

Oj

Oi=f(ai)Wij

1.2.81.2.8 Umsetzen AktorikUmsetzen Aktorik

Manipulatoren

Anzahl Freiheitsgrade

25 2 (1)9

1.2.91.2.9 ZusammenfassungZusammenfassung

Reduktion von Redundanz Strukturierung von Information Abbildung realer Prozesse auf Rechnerprozesse Abbildung von Rechnerprozessen auf reale Prozesse Abbildung von Datenstrukturen auf reale Strukturen

1.31.3 Die Teilgebiete der InformatikDie Teilgebiete der Informatik

Wie viele Wissenschaften ist die Informatik kein homogenes Gebilde, sondern lässt sich anhand unterschiedlicher Kriterien in Teilgebiete strukturieren.Dieses Kapitel beschreibt die wohl häufigste Einteilung der Informatik in drei, bzw. vier Teilbereiche.

Inhalte1. Technische Informatk

2. Praktische Informatik

3. Theoretische Informatik

4. ( Angewandte Informatik )

1.3.11.3.1 Technische InformatikTechnische Informatik

Konstruktion von Verarbeitungselementen Prozessoren, ...

Konstruktion von Speicherelementen Hauptspeicher, ...

Konstruktion von Kommunikationselementen Bussysteme Lokale Rechnernetze (LAN: Local Area Networks), Weitverkehrsnetze

(WAN: Wide Area Networks), ... Mobilfunknetze, Satellitenkommunikation, ...

Konstruktion von Peripherie Drucker, Scanner, .... Festplatten, Optische Platten, Diskettenlaufwerke, ...

...

1.3.21.3.2 Praktische InformatikPraktische Informatik

Umgang mit Programmiersprachen Compilerbau ...

Entwicklung von Software Analysemethoden Designmethoden Realisieruingsmethoden Testverfahren ...

Unterstützung der Softwareentwicklung Projektmanagment von DV-Projekten Qualitätsmanagement in DV-Projekten ...

...

1.3.31.3.3 Theoretische InformatikTheoretische Informatik

Sprachen und Automaten Formale Sprachen Grammatiken Sprachdefinitionen

Berechenbarkeitstheorie Komplexitätstheorie ...

1.3.41.3.4 Angewandte InformatikAngewandte Informatik

Anwendung in verwandten Wissenschaften Numerische oder stochastischer Verfahren in der Mathematik Simulationen in der Physik und der Chemie Bildverarbeitung in der Medizin Genanalyse in der Biologie Lehrprogramme für Natur-, Sozial- und Geisteswissenschaften ...

Anwendungen im täglichen Leben. Computerspiele, Multimediaanwendungen, Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, Datenbanken, ... Steuerung von technischen Prozessen Web-Anwendungen ...

...

1.41.4 Die Geschichte der InformatikDie Geschichte der Informatik

Die Informatik ist eine junge Wissenschaft, hat aber, ähnlich wie andere Natur- und Ingenieurwissenschaften Wurzeln, die weit in die Menschheitsgeschichte hineinragen, Wie keine andere Wissenschaft wurde die Informatik jedoch von der Erfindung eines Gerätes, dem programmgesteuerten Rechner (später „Computer“) beeinflusst. Dieses Unterkapitel wird die Wurzel in der Menschheitsgeschichte und auch die Entwicklung des Rechners vorstellen.

Inhalt1. Information in der Geschichte

2. Automaten und Steuerungen

3. Erleichterung der Rechenarbeit

4. Pioniere der Informatik - Praktiker

5. Pioniere der Informatik - Theoretiker

6. Die Generationen

1.4.31.4.3 Erleichterung der RechenarbeitErleichterung der Rechenarbeit

Rechenbretter Seit dem Altertum China, Japan, Rußland Addition/Subtraktion ähnlich schnell wie

Taschenrechner

Lehre der Grundrechenarten Durch Zahlensystem schematisierbar Lehre an mittelalterlichen Universitäten Durch Rechenbücher weitere Verbreitung des

Wissens (z.B. Adam Riese 1492-1559) Rückführung der Multiplikation/Division auf

Addition/Subtraktion durch logarithmisches Rechnen mit Hilfe von Tabellen.

1.4.41.4.4 Mechanische RechenmaschinenMechanische Rechenmaschinen

Wilhelm Schickart (1592-1635) Maschine für die Grundrechenarten

(1623)

Blaise Pascal (1623-1662) Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-

1716) Arithmetik des Dualsystems

Philipp Matthäus Hahn (1749-1790) Feinmechanische Rechenmaschinen

19./20. Jhdt: Sprossenradmaschine Hermann Hollerith

Lochkartenstanzer/-sortierer/-tabellierer

1.4.51.4.5 Pioniere der Informatik - PraktikerPioniere der Informatik - Praktiker

Charles Babbage (1791-1871) Difference Engine (1812). Überprüfung von

Logarithmentafeln. Alle Merkmale eines programmierbaren Computers.

Entwurf einer Analytical Engine (1836).Wurde nie gebaut

Konrad Zuse (geb. 1910) Z1: mechanischer Rechner Z2 / Z3: Elektromechanischer Relaisrechner im

Dualsystem mit Lochkartensteuerung.Erster voll funktionstüchtiger Computer (1941)

Grundlegende Arbeiten zur Programmierung und algorithmischer Sprachen

Howard Eiken Mark I, II, III, IV (1944)

Dezimalrechnender Relaisrechner

1.4.61.4.6 Pioniere der Informatik - TheoretikerPioniere der Informatik - Theoretiker

Kurt Gödel Theoretische Aussagen zum Algorithmenbegriff:

Es gibt Aussagen die algorithmisch nicht entscheidbar sind (1931)

Alan M. Turing (1911-1954) Definition des Algorithmenbegriffes über eine

hypothetische Maschine(Turing-Maschine)

John von Neumann (1903-1957) Grundlegende Arbeiten über Computerarchitektur:

Speicherung der Daten und Programme auf dem gleichen Medium

Definition von Registern insb. Indexregister

1.4.71.4.7 Die GenerationenDie Generationen

Generation Beispiel Technologie Speich./Geschw. Software

Vorgenerat. Z3 Elektro- 0,0002 MIPS Verdrahtet1941-1944 Mark1 mechanik

1.Generation ENIAC, Z22 Elektro- 0,02 MIPS Maschinen-1946 - 1958 UNIVAC, IBM650 röhren 1-2 Kbyte sprache

SIEMENS704

2. Generation IBM1400, AEG TR Transistoren 0,1 MIPS Assembler1959 - 1964 CDC6600 Kernspeicher 32 KByte FORTRAN

Siemens2002 Stapelbetrieb

3. Generation IBM370, PDP11 ICs 5 MIPS Hochsprachen1965 - 1980 Siemens7000, Halbleiter- 1-2 Mbytes C, Pascal

Cray 1 speicher

4. Generation PC, Gray XMP Mikro- 50 MIPS Sprachen der 1981-1999 Sperry1100, VAX prozessoren 8-32 MByte 4. Generation

IBM309x Optische Sp. Parallelisierung

Gegenwart Workstations Pentium, 100 MIPS NetzsoftwareHochleistungs- Power PC 1 GByte OO-Sprachen

PCs Netze C++. JAVA

5. Generation supraleitende 1000 MIPSKeramiken viele GBytes

1.51.5 Zusammenfassung des KapitelsZusammenfassung des Kapitels

Die Informatik befasst sich mit der automatisierten Erfassung, dem Transport, der Speicherung, Verarbeitung und dem Umsetzen von Information

Die Informatik ist eine „naturwissenschaftliche Ingenieurswissenschaft“

Die Informatik gliedert sich in Technische, Praktische, Theoretische und Angewandte Informatik

Die Geschichte der Informatik beginnt im Altertum, besteht in Ihrer heutigen Form aber erst seit ca 1945. Zur Zeit befinden wir uns in der 4. Generation.