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Informatik für Dummies, Das Lehrbuch

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$17.99

Informatik für Dummies, Das Lehrbuch

Ernst Georg Haffner

ISBN: 978-3-527-81027-7 April 2017 880 Pages

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Über den Autor 29

Einführung 29

Zu diesem Buch 29

Konventionen in diesem Buch 29

Törichte Annahmen über den Leser 30

Wie dieses Buch aufgebaut ist 30

Symbole in diesem Buch 34

Wie es weitergeht 35

Teil I: Informatik zum Verlieben 37

Kapitel 1 Informatik im Schnelldurchlauf 39

Mathematik der Information 39

Pandoras Büchse 41

Evolution einer fantastischen Idee 44

Praktische Theorien in der Informatik 45

Gigantische Möglichkeiten der Technik 46

Denkende Computer 47

Kapitel 2 Was die Informatik im Inneren zusammenhält 49

Einblicke und Ausblick 49

Säulen der Softwaretechnik 54

Wechselseitige Impulse durch Hardware und Software 57

Disziplinen der Informatik 59

Kapitel 3 Im Dschungel von Bits und Bytes 63

Hochgeschwindigkeitstechnik im Kleinstformat 63

Atemberaubende Speichermöglichkeiten 64

Die Welt in Zahlen 66

Von Maschinensprache zu Hochsprache 68

Übersetzen und Interpretieren 71

Steuern und Regeln 73

Kapitel 4 Wie Informatiker denken 75

Logische Vorschriften 75

Öffentlich, aber diskret 77

Teilen und Herrschen 79

Rekursiv statt zurück 81

Nerds am Werk 84

Zeitloses von nutzlosem Wissen unterscheiden 84

Teil II: Schöne neue digitale Welt 89

Kapitel 5 Fingertechnik 91

Alles wird digital 91

Warum zwei Werte reichen 94

Bitte ein Byte! 95

Textwerte ermitteln 97

Malen statt Zahlen 99

Konvertierung von Dezimalzahlen in Binärzahlen 100

Hex hex! 102

Rechnen im Dualsystem 103

Festpunkt und Fließkomma 111

Kapitel 6 Heilen mit boolescher Algebra 119

Allheilmittel Algebra 119

Logische Verknüpfungen 123

Gesetze und Regeln 125

Stunde der Wahrheitstabellen 130

Digitale Vergatterung 132

Basis und Komposition 133

Stolpersteine der booleschen Algebra 135

Kapitel 7 Schalten und Walten 137

Entwurfsprobleme spielend lösen 137

Funktionen in Wahrheitstafeln 139

Normale Formen 143

Don’t Care? Ist mir doch egal! 146

Minimierung von Termen 146

Kapitel 8 Fangen mit Schaltnetzen 157

Durchblick in Schaltungen 157

Lustige Symbole 161

Decodiernetzwerke 162

Multiplexer ohne Komplexe 163

Komparator für Dualzahlen 164

Halb- und Volladdierer 165

Gatterlaufzeiten 168

Klitschige Glitches 169

Kapitel 9 Schaltwerke der Menschheitsgeschichte 173

Schmerzfreie Rückkopplungen 173

Zustände wie bei den Graphen 175

Kritische Läufe 175

Flanken ohne Tore 177

Familie der Flipflops 177

Zähler mit Flipflops 184

Schiebung in den Registern 185

Kapitel 10 Mikroprogramme im Land der Automaten 187

Synchrone Automaten 187

Entwurf von Schaltwerken 190

Steuern für ein gutes Werk 193

Mikroprogramme als Meisterwerke 196

Teil III: Besichtigung der Maschinenhalle 205

Kapitel 11 EVA und die Vertreibung aus dem Paradies 207

Digitale Kernspaltung 207

Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe 208

Rechnerarchitektur von Neumann 209

Komponenten eines modernen Computers 212

Spannung zwischen Zentrale und Peripherie 215

Kapitel 12 Alle Macht der Zentraleinheit 217

Kein Prozess ohne Prozessor 217

Steuern für ein gutes Werk 221

Konstruktion aus ALU 223

Registerspeicher mittendrin 224

Die Fäden laufen zusammen 224

Laden 227

Programme mit System 228

An den Start – es geht los! 230Inhaltsverzeichnis 17

Kapitel 13 Speicher im ganzen Haus 233

Komische Speichertypen 233

Speicher für die Massen 241

Kapitel 14 Mit dem Bus zum BIOS 245

Organisation von Ein- und Ausschaltvorgängen 245

Unterbrechungen mit Interrupts 247

Fit trotz Ablaufinvarianz 249

Schnittstellen ohne Verletzungen 250

Eingabegeräte 251

Ausgabegeräte 255

Kapitel 15 Cache me if you can 257

Risiken reduzieren mit RISC 257

Pipelines ohne Öl 259

Parallele Welten 262

Cache bringt Cash 265

Architekturen der Zukunft – ein Blick in die Glaskugel 266

Teil IV: Sprachen für Computer 269

Kapitel 16 Warum alles so kompliziert ist 271

Fallstricke menschlicher Sprache 271

Maschinenlesbares Kauderwelsch 274

Assemblercode zum Abgewöhnen 278

Unterprogramme 281

Gipfel erklimmen mit Hochsprachen 283

Kapitel 17 Programmiersprachen und Werkzeuge 287

Programmieren als Kunstform 287

Interpreter ohne Spielraum 289

Programme, die Programme schreiben 291

Werkzeuge zum Übersetzen 293

Ein bunter Strauß von Programmiersprachen 297

Kapitel 18 Bestandteile einer Programmiersprache 303

Backus-Naur-Kuchenform 303

Bezeichner und Konstanten 307

Operatoren 308

Gleich ist nicht gleich gleich 310

Atomare Datentypen 310

Kontrollstrukturen, so weit das Auge reicht 311

Erlaubte Ausdrücke 312

Ausnahmsweise eine Exception 314

Angekettete Strings 316

Ein Strom von Streams 316

Argumente und Parameter 317

Kapitel 19 Auf was Sie beim Programmieren achten sollten 321

Reusability Reusability Reusability 321

Abstraktion als Universalwaffe 323

Wert eines Ausdrucks und Seiteneffekt 326

Ende des Arrays 327

Gefährliche Zeiger 329

Kapitel 20 Programme entwickeln mit System 333

Entwickeln in behaglicher Umgebung 333

Bibliotheken ohne Bücher 335

APIs effektiv nutzen 338

Lebenszyklus eines Programms339

Teil V: C und andere Vitamine 343

Kapitel 21 Wer A sagt, muss auch C sagen 345

Das kleine A-B-C 345

Programmaufbau in C 348

Das sind Argumente 351

Musterbeispiel verstehen 355

Zeigerzauberwelt 358

Kapitel 22 C als Muttersprache 363

Atomare Datentypen363

Operationen mit Operatoren 366

Ein weites Feld von Arrays und Structures 367

Zeichen in Ketten legen 369

Kontrollstrukturen 372

Mit Dateien arbeiten 378

Standardkanäle 380

Kapitel 23 Fiese Tricks in ANSI C 383

Spiel mit den Pointern 383

Warum kurz, wenn es noch kürzer geht? 386

Zeiger und Felder 388

C für flinke Finger 389

Dynamisch trotz static 391

Fehler auf dem Behandlungsstuhl 392

Kapitel 24 Abheben mit C++ 395

Objekte und Klassen 395

Die Sache hat Methode 396

Vererbungslehre 400

Operatoren überladen 401

Ein- und Ausgabe neu ordnen 402

Strings zum Verlieben 403

Streams und Stringstreams 408

Ein Königreich für ein Template 408

Öffnungszeiten der Standardbibliothek 410

Werfen und Fangen: Ausnahmebehandlung 411

Virtuelle Methoden 413

Polymorphie und ihre Heilungschancen 417

Kapitel 25 Apps mit Objective-C und Swift 419

Apps für Eier 419

Kurzer Plausch über Smalltalk 420

Instanzen verstehen 422

Synthetische Objekte 422

.. Faulheit siegt! 425

Design Pattern für Apps 426

Schnelle Aufzählung 429

Swift ist besser 429

Teil VI: Eruption aus Java 435

Kapitel 26 Heißer Kaffee 437

Java für alle 437

Virtuelle Maschinen 438

Bezeichner und Variablen 440

Nicht einwickeln lassen 441

Kontrolle mit Struktur 446

Kapitel 27 Felder und mehr 449

Arrays 449

Iteration und Rekursion 452

Grafische Komponenten und Applets 453

Kapitel 28 Klasse Klassen 457

Objekte der Begierde 457

Kapseln mit Methode 458

Von Face zu Interface 462

Abstrakte Basisklassen 465

Casting von Typen 466

Vergleichen und Kopieren 468Inhaltsverzeichnis 21

Kapitel 29 Sammeln für Java 471

Collections verwenden 471

Mit Iteratoren klettern 476

Exceptions sinnvoll behandeln 477

Zugesicherte Assertions 479

Kapitel 30 Apps mit Android 481

Entwickeln in der richtigen Umgebung 481

XML und Android 484

UI, tolle Elemente 486

Teil VII: Datenstrukturen und Algorithmen für die Ewigkeit 489

Kapitel 31 Algorithmen für den Hausgebrauch 491

Systematik von Programmen 491

Teile und herrsche! 492

Zauberkraft durch Rekursion 493

Türme von Hanoi 494

Euklid & Co 497

Analyse von Algorithmen ohne Komplexe 498

O-Ton der O-Notation 499

Kapitel 32 Elementare Datenstrukturen 505

Abstrakte Datentypen 505

Listige Listen 508

Stacks im Keller 509

Schlängelnde Queues 510

Doppelt gemoppelte Deques 512

Klang der Strings 515

Struktur von Zeichenketten 515

Aufspüren von Mustern 516

Kapitel 33 Tabellen für alle Einsatzzwecke 519

Struktur von Tabellen 519

Sequenzielle Suche 522

Binäre Suche 523

Sortierverfahren 527

Völlig legal: HashTables 539

Hashing ohne Kollisionen 540

Kapitel 34 Wald und Bäume überblicken 543

Äste an Wurzeln 543

Binärbäume für die Informatiker 546

Ordnung in den Laden bringen 546

Früchte der Syntaxbäume 551

Entscheidungsbäume 553

Kapitel 35 Jede Menge Graphen 555

Graphen vor Gericht 555

Erforschung von Graphen 557

Schmerzlose Adjazenz 558

Planierte Graphen 559

Langer Weg zum kürzesten Graphen 561

Teil VIII: Computerarchitektur als Gesamtkunstwerk 565

Kapitel 36 Betriebssysteme 567

Rechte und Pflichten 567

Administratoren und DAUs 569

Prominente Vertreter 570

Ordnerstrukturen für Dateien 572

Tasks den Prozess machen 575

Nadel und Threads 577

Virtuelle Echtzeitanforderungen 578

Kapitel 37 Architektur von Software 581

Architekten für Programme 581

Gebäude mit drei Stockwerken 583

Anforderungsanalysen 584

Lasten- und Pflichtenhefte 585

Modellieren mit UML 586

Vorgehensmodell zur Software-Entwicklung 587

Kapitel 38 Datenbanksysteme 589

Bank für Daten 589

Relationale Datenbanksysteme 590

SQL im Crashkurs 595

Offene Quellen 599

Teil IX: Künstliche Intelligenz gegen natürliche Dummheit 601

Kapitel 39 Führung durch die Asservatenkammer 603

Cyborgs auf der Spur 603

Wissen ohne Gewissen 606

Planen und Entscheiden 607

Musteranalyse und –erkennung 607

Intelligente Agenten oder Suche oder was? 607

Künstliche Wesen mit eigenem Bewusstsein 608

Kapitel 40 Spielend suchen und finden 611

Aufspüren mit GPS 611

Bergsteiger-Methode 614

Heuristische Suche im Heu 617

Navigieren zu den Sternen mit dem A*-Algorithmus 619

Spaß mit MINIMAX und Moritz 621

Beschneidungen von Alpha bis Beta 624

Kapitel 41 Lärmende Systeme 629

Maschinelles Lernen 629

Inferenz ohne Sperenzien 631

Landung auf der Wissensbasis 632

Induktive und deduktive Methoden 632

Rauschen im Datenwald 633

Lernen mit Konzept 634

Entscheiden lernen mit Bäumen 638

Lernen ohne Lehrer 644

Kapitel 42 Expertensysteme für Profis 645

Prolog 645

Expertenwissen 649

Diagnosen vom Elektronenhirn 651

Fallbasiertes Schließen 652

Vorhersagen treffen und reich warden 658

Kapitel 43 Kunstvolle neuronale Netze 659

Kopieren geht über Studieren 659

Vorwärts zu den verketteten Netzen 662

Rosenblatts Theorem 664

Fortschritt durch Backpropagation 668

Die Macht der Rückkopplungen 676

Attraktive Attraktorennetze 678

Grenzenlose Anwendungsfelder 680

Teil X: Im Netz der Netze 681

Kapitel 44 Ganz nach Protokoll 683

Militärische Ideen 683

Tanz um die Redundanz 684

Schichten und Geschichten 685

Hubs, Switches und Router 690

Übersicht der wichtigsten Dienste 691

Kapitel 45 Gestalten und Gestaltung im Web 695

Webtechnologie für Insider 695

HTML bis XML 699

Unbegrenzte Möglichkeiten700

Kapitel 46 Skriptsprachen 705

Geschälte Shell-Skripte 705

Kein bisschen umständlich: awk 709

Perlentauchen mit perl 711

Siegeszug von PHP 714

JavaScript 716

Kapitel 47 Socket- und Threadprogrammierung 719

Spaß mit Client und Server 719

Socken für die Sockets 720

Prozesse und Threads 725

Schutz durch Mutexe 728

POSIX-Standard 728

Eine eigene Bank bauen 729

Kapitel 48 Durchblick und Ausblick 739

Vom Web getrieben 739

Ad hoc statt lang geplant 742

Big Data für Big Brother 743

Im Nebel der Cloud 744

Weltweite Aussichten 745

Teil XI: Die praktischen Seiten der theoretischen Informatik 747

Kapitel 49 Komprimierte Information 749

Dreiklang der Information 749

Transportieren und speichern 752

Sinnfreies Messen von Information 753

Gehalt für Entscheidungen 758

Entropie als Theorie der Unordnung 760

Kompressen ohne Mull 763

Optimale Codes 764

Kapitel 50 Formulare für formale Sprachen 775

Alphabet und Grammatik 775

Endliche Automaten und Sprachen 778

Reguläre Sprachen 779

Immer den Kontext beachten 781

Pumpen für den Beweis 782

Freiheit für den Kontext 784

Kapitel 51 Logik und Korrektheit für Informatiker 789

Logische Aussagen 789

Prädikat wertvoll 792

Armer Gödel 794

Korrektheit von Programmen 796

Formale Verifikation ohne Schmerzen 798

Kapitel 52 Theorie für Unberechenbare 803

Algorithmen entschlüsseln 803

Anwerfen der Turing-Maschine 805

Berechenbare Turing-Programme 809

Halteproblem ohne Züge 811

Kapitel 53 Mittel gegen theoretische Komplexe 815

P wie praktische Probleme 815

SAT-Probleme bei bestem Empfang 818

Ganz bestimmt nicht-deterministisch 819

Ein schwerer Rucksack 821

Händler auf der Reise 821

Cooks Geniestreich 822

NP-Vollständigkeit und der Gral der Weisheit 823

Teil XII: Top Secret 829

Kapitel 54 Risiken und Manager 831

Grundfeste der Informationssicherheit 831

CIA-Triade 832

Ganz sichere Fakten über Risiken 833

Risikolebenszyklus 835

Wichtige Rollen und Dokumente 839

Information Security Policy 841

Internationale Sicherheitszertifizierungen842

Kapitel 55 Angriffsarten und Schutzmaßnahmen 843

Offene und verborgene Bedrohungen 843

Einbrecher ohne Handschuhe 844

Soziales Hacken und Phishing 844

Der Mann in der Mitte und andere Angriffsmöglichkeiten 847

Technische Problemzonen 849

Protokollschwächen 854

Protokolle mit »S« 855

Per Tunnel in die Sicherheit 857

WLAN ohne böse Überraschung 857

Kapitel 56 Vierbeiniger Besuch aus Troja 859

Kleinstlebewesen in der Informatik 859

Funktionsprinzip der Viren 860

Infektionsarten 861

Gemeine Viren 861

Rasende Würmer 862

Pferde, die keine sind 862

Spam, Spam, Spam 866

Antiviren als Antikörper 868

EICAR-Test positive 870

Logische Bomben 870

Kapitel 57 Alice und Bob im Wunderland der Zahlen 873

Dieser Abschnitt ist geheim 873

Wfstdimvfttfmvohtwfsgbisfo 874

Symmetrische Klassiker 878

One Time Pad 882

Paradox: Sichere Kommunikation über unsicheren Kanal 884

Aufbau von Kryptosystemen 888

Kapitel 58 Wände gegen Feuer 891

Moderne Sicherheitsinfrastrukturen 891

Filteranlage für Pakete 893

Besuch beim Statusinspektor 895

Stellvertreter-Systeme für und gegen alles 897

Eindringlinge geschickt identifizieren 899

Teil XIII: Der Top-Ten-Teil 903

Kapitel 59 Zehn bedeutende Meilensteine der Informatik 905

Eine sehr, sehr alte Rechenmaschine 905

Die digitale (Zeit-)Rechnung beginnt 906

Der wirklich erste Computer 906

Was wirklich berechenbar ist 907

Spielend voranschreiten 907

Personal Computer erobern die Welt 907

Fenster und Mäuse 907

Im Netz der Netze 908

Die mobile Revolution 908

Jetzt sind Sie am Zug! 908

Kapitel 60 Die zehn schlimmsten Irrtümer der Informatik 909

Ende 911

Stichwortverzeichnis 913