Essenz der Informatik

Mit diesem Buch meistern Sie die Grundlagen der Informatik Dieses Buch beschreibt das weite Universum der Informatik und Informationstechnologie. Anhand von Endgeräten wie PC, Tablet und Smartphone sowie eingebetteten Systemen erklärt es die grundlegenden Prinzipien der Informatik und ihre soziale und gesellschaftspolitische Bedeutung. Das Buch richtet sich an alle regelmäßigen Benutzer von IT und insbesondere an Berufstätige, Schüler, Informatik-Studenten und Lehrer. Viele konkrete Beispiele, Illustrationen und Grafiken erklären die relevante IT-Umgebung und bringen Sie für alle interessierten IT-Laien in den richtigen Zusammenhang. Im Einzelnen widmet sich der Autor Bereichen wie: • Büroapplikationen • sozialen Medien • Spielen • Hardwaretrends Von der Geschichte der IT bis zum erfolgreichen Umgang mit Programmiersprachen – Die Inhalte im Überblick Alle Kapitel in diesem Buch schließen mit zehn Fragen zum Inhalt ab, die den Lesern eine Stütze zum gelesenen Inhalt geben und die Kompetenzen erweitern. Ein besonderes Highlight dieses Buches ist das Kapitel zur populären Programmiersprache Scratch, das die Grundlage für einen erfolgreichen Umgang mit dieser Programmiersprache legt. Des Weiteren beschäftigt sich der Autor mit den folgenden Themenschwerpunkten und Teilbereichen der Informatik: • Geschichte der IT • Computer als Hardware • Betriebssystem und Benutzeroberfläche • Information und Medien • Datenorganisation• Netzwerke • Programmierung und Softwareentwicklung • Applikationen • Sicherheit • IT-Organisation • Cloud-Computing• IT-Entwicklung • Digitalisierung und digitale Transformation • Künstliche Intelligenz • IT und Gesellschaft • Installation von Scratch Insgesamt vermittelt dieses Buch über die Informatik einen tiefgreifenden, breiten Überblick über verschiedene Thematiken der Informationstechnologie und ist damit nicht nur für Programmierer geeignet. Vorwort 6 Inhaltsverzeichnis 8 Abbildungsverzeichnis 12 Tabellenverzeichnis 16 Kapitel 1 Einführung 17 Literatur 18 Kapitel 2 Ganz kurze Geschichte der IT 19 2.1 Rechner 19 2.1.1 Erste Generation 20 2.1.2 Zweite Computergeneration 21 2.1.3 Dritte Computergeneration 22 2.1.4 Vierte Computergeneration 22 2.2 Software 23 Quiz zu Kapitel 2 25 Literatur 25 Kapitel 3 Alles ist Zahl 26 3.1 Zweier- oder Binärsystem 26 3.2 Sechzehner-System 28 3.3 Gleitkomma-Zahlen 29 3.4 Rohe Daten, Alphabete 29 3.5 Komprimierung und Verifizierung 30 3.6 Einfache Formallogik 34 3.7 Rechenschaltungen 35 Quiz zu Kapitel 3 39 Literatur 39 Kapitel 4 Computer als Hardware 40 4.1 Zentrale Einheiten 41 4.1.1 Halbleitertechnik 41 4.1.2 Hauptplatine 43 4.1.3 Prozessor 43 4.1.4 Random Access Memory 44 4.1.5 Anschlüsse und Kabel 46 4.2 Periphere Geräte, Eingabe und Ausgabe 46 4.3 Smartphones 47 4.3.1 System-on-Chip 48 4.3.2 Eingebaute Sensoren 49 4.4 Sensoren, IoT 49 Quiz zu Kapitel 4 52 Literatur 52 Kapitel 5 Betriebssystem und Benutzeroberfläche 53 5.1 Operating Systems 54 5.2 Oberfläche – Benutzerkommunikation 55 5.3 Benutzer-Interaktion 55 5.4 Dateiverwaltung – Filesystem 56 5.5 Geräteverwaltung 58 5.6 Virtuelle Maschinen 59 5.7 Eingebettete Systeme 60 Quiz zu Kapitel 5 61 Kapitel 6 Information und Medien 62 6.1 Kommunikation 62 6.1.1 Mensch zu Mensch 63 6.1.2 Mensch-Maschine 64 6.1.3 Maschine zu Maschine 66 6.1.4 Entropie 66 6.2 Desinformation, Propaganda, Fake-News 67 6.3 Soziale Medien 69 6.4 Medienkompetenz 70 6.4.1 Gefahren 71 6.4.2 Chancen 75 Quiz zu Kapitel 6 75 Literatur 76 Kapitel 7 Datenorganisation 77 7.1 Datentypen und -strukture 78 7.2 Versionierung 79 7.3 Relationale Datenbanken 80 7.4 NoSQL-Datenbanken 85 7.5 Markup-Sprachen 86 7.5.1 XML, HTML und JSON 87 7.5.2 LATEX 93 7.6 Datensicherung, Backup 96 Quiz zu Kapitel 7 97 Literatur 97 Kapitel 8 Netzwerke 98 8.1 Typen 99 8.2 Client-Server 100 8.3 Schichtenmodell und Protokolle 103 8.4 Internet, World-wide-Web 104 8.5 Webservices, APIs 106 8.6 Deepweb und Darknet 107 Quiz zu Kapitel 8 110 Literatur 110 Kapitel 9 Programmierung 111 9.1 Voraussetzungen 113 9.2 Philosophie 115 9.3 Compiler und Interpreter 116 9.3.1 Grammatik 116 9.4 Einfache Blocksprache – Einführung Programmieren 117 9.4.1 Schleifen, Parameter 118 9.4.2 Variablen, Unterprogramme 120 9.4.3 Listen, Operatoren 122 9.4.4 Bedingte Anweisungen 124 9.4.5 Weitere Beispiele 126 9.5 Hoch-Sprachen 128 9.5.1 Prozedurale Sprachen 133 9.5.2 Objektorientierte Sprachen 134 9.5.3 Neuere Trends 138 9.6 Skript-Sprachen 138 9.6.1 Kommandosprachen 139 9.6.2 Eingebettete Sprachen 140 9.7 Und Tabellenkalkulatoren? 141 9.8 Umgebung und Tools 142 9.8.1 Integrierte Entwicklungsumgebung 142 9.8.2 Entwicklungs-Tools 143 9.9 Architekturmuster 146 Quiz zu Kapitel 9 148 Literatur 148 Kapitel 10 Applikationen 149 10.1 Systematik 149 10.2 Office: Schreibmaschine 4.0 150 10.3 Generische Anwendungen 154 10.3.1 Web-Browser 155 10.3.2 Suchmaschinen 157 10.3.3 E-Mail 159 10.3.4 PDF-Reader 163 10.3.5 Wiki 163 10.3.6 VoIP, Video-Telefonie, Instant Messaging 164 10.4 Geschäfts-Anwendungen 164 10.4.1 Desktop Publishing 165 10.4.2 Issue-Tracking-System 166 10.4.3 Customer Relationship Management CRM 167 10.4.4 Content und Data Management Systeme 168 10.4.5 Analytische Informationssysteme 169 10.5 Hobby-Anwendungen 169 10.5.1 Gimp, PhotoShop 170 10.5.2 Audacity, LMMS, GarageBand 171 10.6 Gaming 171 10.6.1 Hardware 172 10.6.2 Spieleentwicklung 174 10.7 Simulation 175 Quiz zu Kapitel 10 178 Literatur 179 Kapitel 11 Sicherheit 180 11.1 Verschlüsselung 180 11.2 Identität und Echtheit 181 11.2.1 Identität 182 11.2.2 Echtheit 184 11.3 Zugang 185 11.3.1 Passwörter 186 11.3.2 Firewall 187 11.4 Hacking und Malware 188 11.4.1 Hacking 188 11.4.2 Malware, Botnets 189 11.4.3 „Epidemiologie“ 189 Quiz zu Kapitel 11 191 Literatur 191 Kapitel 12 IT-Organisation 192 12.1 Strategie der IT 192 12.1.1 IT als Unterstützungsfunktion 193 12.1.2 IT als Erfolgsfaktor 193 12.1.3 IT als Disruptor 194 12.2 Management der Informationssysteme 194 12.3 IT-Service-Management 196 Quiz zu Kapitel 12 198 Literatur 199 Kapitel 13 Cloud-Computing 200 13.1 Infrastruktur 202 13.2 Plattform 203 13.3 Services 203 13.4 Blockchain 204 13.4.1 Hashing 205 13.4.2 Konsens und Prüfung 206 13.4.3 Smart Contracts 210 Quiz zu Kapitel 13 211 Kapitel 14 IT-Entwicklung 212 14.1 Herausforderungen 212 14.2 Geschäftsprozesse und IT-Entwicklung 214 14.3 Problemadäquate Methoden 216 14.4 Monolithisch versus Service 217 14.5 Planmethoden, Wasserfall 218 14.6 Agile Methoden 221 14.7 Diskussion 224 Quiz zu Kapitel 14 229 Literatur 229 Kapitel 15 Digitalisierung, digitale Transformation 231 15.1 Ökonomische Transformation 232 15.1.1 Plattformen, Ökosysteme 232 15.1.2 Vertrauens-Business oder „Distributed Ledger“ 234 15.1.3 Kryptowährungen 235 15.2 Einfluss auf verschiedene Bereiche 237 15.2.1 Arbeitswelt 237 15.2.2 Behörden 237 15.2.3 Schule 238 15.2.4 Wissenschaft 242 15.2.5 Gesundheitswesen 244 15.2.6 Gerichtswesen 245 15.2.7 Tägliche Verrichtungen 246 Quiz zu Kapitel 15 247 Literatur 248 Kapitel 16 Künstliche Intelligenz 249 16.1 Roboter 250 16.2 Virtual und Augmented Reality 251 16.3 Arten von Künstlicher Intelligenz 254 16.3.1 Eine bittere Erkenntnis 255 16.4 Algorithmen und Machine-Learning 258 16.4.1 Intelligenz und Lernen 259 16.4.2 Algorithmen und Bionik 260 16.4.3 Genetischer Algorithmus 262 16.4.4 Neuronale Netze 264 16.5 Super-Intelligenz 269 Quiz zu Kapitel 16 269 Literatur 270 Kapitel 17 IT und Gesellschaft 271 17.1 Soziale Aspekte 271 17.1.1 Gesundheit 272 17.1.2 Aus- und Weiterbildung 272 17.1.3 Gesetzgebung 274 17.1.4 Überwachung 277 17.2 Ökonomische Aspekte 280 17.2.1 Produktivität 280 17.2.2 Qualität 281 17.2.3 Arbeit und Steuern 281 17.3 Ökologische Aspekte 283 17.3.1 Rohstoffe 283 17.3.2 Energie 285 17.4 Technologische Aspekte 285 17.4.1 Rechenleistung 286 17.4.2 Big Data, Datenanalyse 287 17.4.3 Quantenrechner 288 Quiz zu Kapitel 17 292 Literatur 292 Anhang A Installation Scratch 294 Sachverzeichnis 297 Das vorliegende Buch richtet sich an die regelmäßigen Benutzer von IT, also Berufstätige sowie Schüler, Studierende und Lehrer. Anhand von PC, Tablet, Smartphone oder eingebetteten Systemen beschreibt das Buch das relevante Universum der Informatik und Informationstechnologie, von den grundlegenden Prinzipien bis zur sozialen und gesellschaftspolitischen Bedeutung. Anhand sehr vieler konkreter Beispiele sowie Illustrationen und Grafiken werden die relevante IT-Umgebung der modernen Nichtfachperson wie Büroapplikationen, soziale Medien, Spiele und Hardwaretrends sowie die verwendeten Devices erklärt und in Zusammenhang gebracht. In einem Kapitel werden die ersten Grundlagen zur Programmierung der sehr populären Blocksprache Scratch gelegt. Zu jedem Kapitel werden zehn Fragen zum Inhalt gestellt, um dem Leser oder der Leserin eine Stütze zum gelesenen Inhalt zu geben und die Kompetenzen zu erweitern. Der Inhalt - Ganz kurze Geschichte der IT- Alles ist Zahl- Computer als Hardware- Betriebssystem und Benutzeroberfläche- Information und Medien- Datenorganisation - Netzwerke, Programmierung, Applikationen, Sicherheit- IT-Organisation- Cloud-Computing- IT-Entwicklung, Digitalisierung, digitale Transformation- Künstliche Intelligenz, IT und Gesellschaft- Installation Scratch Front Matter ....Pages i-xvii Einführung (Claudio Franzetti)....Pages 1-2 Ganz kurze Geschichte der IT (Claudio Franzetti)....Pages 3-9 Alles ist Zahl (Claudio Franzetti)....Pages 11-24 Computer als Hardware (Claudio Franzetti)....Pages 25-37 Betriebssystem und Benutzeroberfläche (Claudio Franzetti)....Pages 39-47 Information und Medien (Claudio Franzetti)....Pages 49-63 Datenorganisation (Claudio Franzetti)....Pages 65-85 Netzwerke (Claudio Franzetti)....Pages 87-99 Programmierung (Claudio Franzetti)....Pages 101-138 Applikationen (Claudio Franzetti)....Pages 139-169 Sicherheit (Claudio Franzetti)....Pages 171-182 IT-Organisation (Claudio Franzetti)....Pages 183-190 Cloud-Computing (Claudio Franzetti)....Pages 191-202 IT-Entwicklung (Claudio Franzetti)....Pages 203-221 Digitalisierung, digitale Transformation (Claudio Franzetti)....Pages 223-240 Künstliche Intelligenz (Claudio Franzetti)....Pages 241-262 IT und Gesellschaft (Claudio Franzetti)....Pages 263-285 Back Matter ....Pages 287-294