Zusammenfassung
Informatik ist die Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen — nicht die Wissenschaft vom Computer, genauso wie Astronomie nicht die Wissenschaft vom Teleskop ist. IT (Informationstechnologie) ist der übergeordnete Begriff, der Informatik als Wissenschaft, Hardware und Software sowie die gesamte Branche umfasst. In dieser Vorlesung schauen wir uns an, wie die Informatik entstanden ist, wer sie geprägt hat, welche Teilgebiete es gibt und wie ein Computer grundsätzlich funktioniert.
Schlüsselbegriffe
Informatik
Kunstwort aus 'Information' + 'Automatik', geprägt 1957. Bezeichnet die Wissenschaft von der systematischen (meist automatisierten) Verarbeitung von Informationen.
Informationstechnologie (IT)
Übergeordneter Begriff, der Informatik als Wissenschaft, informationsverarbeitende Systeme (Hardware + Software) sowie die zugehörige Wirtschaftsbranche (IKT) umfasst.
Hardware
Die physischen, anfassbaren Bestandteile eines Computersystems — z. B. Prozessor, Arbeitsspeicher, Festplatte.
Software
Programme und Daten, die auf Hardware laufen — nicht anfassbar, aber unverzichtbar.
Algorithmus
Eine eindeutige, endliche Folge von Anweisungen, die ein Problem löst. Benannt nach dem Mathematiker al-Chwarizmi (9. Jh.).
Turing-Maschine
Ein 1936 von Alan Turing beschriebenes theoretisches Modell eines Computers. Grundlage der Informatik-Theorie: Alles, was berechenbar ist, kann eine Turing-Maschine berechnen.
Von-Neumann-Architektur
Das bis heute gültige Grundprinzip moderner Computer: Prozessor, Speicher und Ein-/Ausgabe sind über einen Bus verbunden. Programm und Daten liegen im selben Speicher.
Bit
Kleinste Informationseinheit — kann nur zwei Zustände annehmen: 0 oder 1 (an/aus, wahr/falsch).
Byte
8 Bit zusammen. Ein Byte kann 256 verschiedene Werte darstellen (0–255).
Bus
Ein System zur Datenübertragung zwischen den verschiedenen Komponenten eines Rechners, wie Prozessor, Arbeitsspeicher und Ein-/Ausgabe.
Turing-Vollständigkeit
Die Eigenschaft eines Systems (z. B. einer Programmiersprache oder einer Maschine), jede berechenbare Funktion berechnen zu können.
Kernkonzepte
Was ist Informatik?
Info
Informatik ist nicht die Wissenschaft vom Computer — so wie Astronomie nicht die Wissenschaft vom Teleskop ist. Der Computer ist nur das wichtigste Werkzeug der Informatik.
Das Wort „Informatik" ist ein deutsches Kunstwort, das 1957 als Kombination von Information und Automatik geschaffen wurde. Davor sprach man von Kybernetik. Die Kernfrage der Informatik lautet: Wie lässt sich Information systematisch und automatisch verarbeiten?
Informationstechnologie (IT) ist der Oberbegriff und umfasst drei Dinge:
- Informatik als Grundlagenwissenschaft
- Informationsverarbeitende Systeme (Hardware + Software)
- Die gesamte Branche, die damit Geld verdient (IKT: Informations- und Kommunikationstechnik)
Geschichte der Informatik
Die Informatik hat Wurzeln in der frühen Menschheitsgeschichte, ist aber als eigenständige Wissenschaft noch sehr jung.
Rechenmaschinen
| Maschine | Erfinder | Jahr |
|---|---|---|
| Rechenuhr | Wilhelm Schickard | 1623 |
| Pascaline | Blaise Pascal | 1652 |
| Arithmometer (Sprossenrad) | Philipp M. Hahn | um 1770 |
| Z3 (erster programmierbarer Digitalrechner) | Konrad Zuse | 1941 |
| IBM System/360 | IBM | 1964 |
Tipp
Merkhilfe für die Reihenfolge: Schickard → Pascal → Zuse → IBM = „**Schlaue Professoren Zeigen Ideen brillant"
Die wichtigsten Helden der Informatik
- Blaise Pascal (1623–1662) — Mechanische Rechenmaschine „Pascaline" (1652)
- Gottfried Wilhelm Leibniz (1646–1716) — Arithmetik des Dualsystems (Binärrechnung!)
- Charles Babbage (1791–1871) — Difference Engine (1812), Vorläufer des programmierbaren Computers
- Kurt Gödel (1906–1978) — Theoretische Aussagen zum Algorithmusbegriff (1931)
- Alan Turing (1911–1954) — Turing-Maschine; theoretisches Modell für alle Computer
- John von Neumann (1903–1957) — Von-Neumann-Architektur; bis heute Grundlage aller PCs
- Howard Aiken (1900–1973) — Mark I (1944); am Mark II entstand der erste dokumentierte Bug (ein echter Käfer im Relais!)
Entwicklungsphasen
| Jahrzehnt | Schwerpunkt |
|---|---|
| ab 1960 | Mathematik + BWL: wissenschaftliche und kommerzielle Berechnungen |
| ab 1970 | Texte, Bilder, Sprache: Anwendungsbereich erweitert sich |
| ab 1980 | PCs: Computer für die Masse (ZX81, Apple II, C64, IBM-PC/XT) |
| ab 1990 | Computernetze: Internet entsteht (Tim Berners-Lee erfindet das WWW) |
| ab 2000 | Alles ist vernetzt: Smartphones, soziale Netzwerke |
Teilgebiete der Informatik
Die Informatik gliedert sich in vier Bereiche, die sich überschneiden und nicht scharf voneinander trennen lassen:
Klausurrelevant
Diese vier Teilgebiete kommen in Klausuren vor — lerne sie mit ihren Kernfragen auswendig.
Theoretische Informatik
- Berechenbarkeitstheorie: Lässt sich ein Problem überhaupt mit einem Computer lösen?
- Algorithmen und Datenstrukturen: Wie geht man systematisch vor?
- Automaten- und Sprachtheorie: Wie lassen sich formale Sprachen beschreiben?
- Komplexitätstheorie: Wie viel Rechenzeit und Speicher braucht ein Algorithmus?
Technische Informatik
- Wie funktioniert Hardware? (Prozessoren, Speicher, Netzwerke)
- Elektronik, Schaltkreise, Mikroprozessorarchitektur
Praktische Informatik
- Programmiersprachen, Betriebssysteme, Datenbanken, Compiler
- Wie schreibt man Software, die tatsächlich läuft?
Angewandte Informatik
- Informatik im Dienst anderer Fachgebiete: Medizin, Wirtschaft, Ingenieurwesen
- Künstliche Intelligenz, Computergrafik, Human-Computer Interaction
Was ist ein Computer?
Ein Computer ist eine universelle, programmierbare Maschine zur Verarbeitung von Informationen. Er besteht nach der Von-Neumann-Architektur aus:
- Eingabewerk (Tastatur, Maus, Kamera …)
- Speicherwerk (RAM für aktive Daten, Festplatte für dauerhafte Speicherung)
- Rechenwerk (führt Berechnungen aus)
- Steuerwerk (koordiniert den Ablauf des Programms)
- Ausgabewerk (Bildschirm, Lautsprecher, Drucker …)
Info
Alle diese Komponenten kommunizieren über einen gemeinsamen Bus (eine Art Datenautobahn). Das Besondere an Von Neumanns Idee: Programm und Daten liegen im selben Speicher — so kann ein Programm sich selbst verändern.
Lernkarten
Übungsfragen
Was war Konrad Zuses Z3 von 1941?
Welche Aussage über Informatik ist korrekt?
Was ist KEIN Teilgebiet der Informatik?
Welches Jahrzehnt steht für die Entstehung des Internets und des WWW?
Welches Bauteil koordiniert in der Von-Neumann-Architektur die Ausführung von Befehlen und steuert die anderen Komponenten?