Grundlagen der Informatik

Grob gesagt, geht es in diesem Buch um Informatik. Die Informatik bezeichnet „alles was intensiver mit der praktischen und theoretischen Seite des Computers zu tun hat.“ [1]

Die Informatik teilt sich auf in:

1. Theoretische Informatik
   
   Dabei „geht es allgemein um den strukturellen Aufbau von Sprachen, im Besonderen von Programmiersprachen, sowie um die Komplexität und Berechenbarkeit von Algorithmen.“ [1]
    
2. Praktische Informatik
   
   Die Praktische Informatik beschäftigt sich mit der „Formulierung von Algorithmen und den Methoden der Programmierung.“ Der Ingenieur lernt „welche Programmiersprache für seine Projekte am geeignetsten sind.“ [1]
    
3. Technische Informatik
   
   Darin „wird der funktionelle Aufbau der Hardware des Computers untersucht. Der Ingenieur hat intensiv mit diesen elementaren Bestandteilen zu tun und sollte sich mit der Wirkungsweise solcher Komponenten wie Prozessor, Speicher, Peripheriegeräte, Netzwerke und Schnittstellen auskennen.“ [1]
    
4. Angewandte Informatik
   
   „Eröffnet Einsatzmöglichkeiten für den Einsatz der Methoden der Informatik und stellt Anwendungsprogramme zur Verfügung. Der Ingenieur ist in diesem Bereich sehr aktiv und rechnergestützte Informationssysteme werden für alle betrieblichen Funktionen eingesetzt.“ [1]

„In der Mathematik bildet man aus Vektoren, Matrizen, Differentialgleichungen, Transformationen mehr oder weniger statische Komponenten bzw. gegenseitige funktionelle Abhängigkeiten. Diese Zusammenhänge können meist sehr klar durch Formeln dargestellt, und wenn die Daten bekannt sind, auch exakt berechnet werden.

In der Informatik dagegen geht es um dynamische Vorgänge, um sequenzielle Programmabläufe, um Schleifen, um nebenläufige, d.h. parallele Prozesse. Unsere gesamte Wirtschaft, wie auch die gesamte Natur um uns herum, ist aber ein Nebeneinander von parallelen, sich fortwährend verändernden Vorgängen! Es geht darum, von einem gegebenen Zustand ausgehend, eine Abschätzung künftiger Zustände abzugeben. Das ist besonders schwierig, wenn eine Vielzahl von Parametern noch gar nicht bekannt sind.

Wenn es die Informatik noch nicht gäbe, müsste man sie daher schnellstens erfinden!“ [1]

„Der von-Neumann-Rechner

Der von-Neumann-Rechner besteht aus 5 Funktionseinheiten:

• Steuerwerk

• Rechenwerk (enthält die ALU = Arithmetic-Logic-Unit)

• Speicher (memory)

• Eingabe (input)

• Ausgabe (output)

Steuerwerk und Rechenwerk bilden zusammen die Zentraleinheit (CPU = Central Processing Unit), die bei einem PC durch den Prozessor-Chip (z.B. Pentium) gestellt wird. Alle Komponenten sind über eine gemeinsame Bus-Struktur miteinander verbunden.

Kernpunkt des von-Neumann-Rechners ist die serielle Abarbeitung der einzelnen Rechenschritte, vor allem aber die Unterbringung von Programm und Daten im gleichen Speicher. Dadurch ist ein Programm beliebig veränderbar. Programmadressen werden wie Daten hantiert und verrechnet und es kann beispielsweise in Abhängigkeit von bestimmten Ergebnissen ein Sprung auf andere Adressen erfolgen (bedingter Sprung).

Damit wird die lineare Abarbeitung eines Programms unterbrochen und automatisch ablaufende Schleifen und Iterationen können durchgeführt werden.

…

Client-Server, Peer-to-Peer-Netze und Cloud-Computing

Bei diesen Systemen wird das von-Neumann-Konzept dadurch durchbrochen, dass Aufgaben des Rechners, die hohe Ressourcen erfordern, nach draußen gegeben werden (outsourcing). Beim Client-Server-Betrieb werden vom Client resourcen-intensive Aufgaben wie Verwaltung von Daten oder E-mail auf den mit hoher Rechenleistung ausgestatteten Server übertragen. Bei Peer-to Peer-Netzen stellt jeder Rechner seine Resourcen den anderen angeschlossenen Rechnern zur Verfügung. Beim Cloud-Computing wird die Hardware wie Rechenzentrum, Datenspeicher und auch Software nicht mehr vom Nutzer selbst betrieben, sondern als Dienst gemietet. Der Name cloud = Wolke bedeutet, dass die Daten nicht mehr lokal in der Firma vorliegen, sondern sie sind geographisch unbestimmt (wolkig). Dieses Modul beispielsweise wurde mit der von Oncampus entwickelten Autoren-Software LOOP als Cloud geschrieben. Bei einer Cloud-Anwendung starten Sie einen Browser, melden sich an, passen die Anwendung an und beginnen gleich mit der Nutzung der Anwendung.“ [1]

[1] Einführung in die Informatik, //vfhein.oncampus.de, Stand 14.01.2019 13:19