Einführung - Grundlagen der Informatik für Wissenschaftliche ...

Teil I

Einführung

Überblick

1   Was ist Informatik?

2   Bereiche der Informatik

3   Kurzvorstellung MATLAB

4   Geschichte der Informatik

Was ist Informatik?

    Informatik=       ?

Computer als Arbeitsmittel

  „In der Informatik geht es genauso wenig um
 Computer wie in der Astronomie um Teleskope.“
                               Edsger Wybe Dijkstra

Der Begriff Informatik

    Kunstwort aus den 60ern
        Informatik → Information + Technik oder
        Informatik → Information + Mathematik oder
        Informatik → Information + Automatik
        ...

Definition (Informatik)
Informatik ist die Wissenschaft von der systematischen und
automatischen Verarbeitung von Informationen, insbesondere
mit Hilfe von Computern.

    Im Englischen: Computer Science + Information Science

Bereiche der Informatik

                          Angewandte Informatik
     Entwicklung und Verwendung von speziellen Informationsverarbeitungslösungen für
     bestimmte Anwendungen: Ingenieurinformatik, Wirtschaftsinformatik,
     Geoinformatik, Bioinformatik, Medieninformatik, etc.

       Praktische Informatik                    Technische Informatik
     Techniken der Programmierung und          Struktur, Aufbau und Funktionsweise
     Entwicklung von Lösungen zur              von Computern (Hardware): Elektro-
     Informationsverarbeitung (Software):      und Schalttechnik, Speicher,
     Programmiersprachen, Algorithmen,         Prozessoren, Bussysteme, Schnittstellen
     Datenstrukturen, Betriebssysteme,         und Peripherie
     Datenbanken, etc.

                          Theoretische Informatik
     Theoretische und mathematische Modelle der Informationsverarbeitung:
     Entscheidbarkeit und Komplexität von Problemen, Eigenschaften von
     Berechnungsmodellen und Sprachen

Was ist MATLAB?

  MATrix LABoratory
  Spezialsoftware für numerische und symbolische
  Mathematik
  Stark ausgerichtet auf Arbeit mit Feldern und Matrizen
  Umfasst eigene Programmiersprache
  Bedeutung in zahlreichen wissenschaftlichen und
  ingenieurtechnischen Anwendungsfeldern
  Erweiterung Simulink häufig Grundlage für Simulation in
  Ingenieuranwendungen

MATLAB Entwicklungsumgebung

MATLAB als Programmiersprache

  Vollständige Programmiersprache
      Zahlreiche vordefinierte Bibliotheken für mathematische
      Funktionen und Nutzerinteraktion
      Einfaches Typsystem, das, wo immer möglich, Typen
      automatisch impliziert
      Objektorientierung als erweitertes Modellierungskonzept
      unterstützt
      Kopplung mit anderen Programmiersprachen möglich
      Intertpretierte, d.h. zur Laufzeit übersetzte, Skriptsprache
  Hello World-Programm:
   disp(’Hello, World!’);

Geschichte der Informatik

   Entwicklung von Informationstechnik und Durchdringung
   des Alltags seit der 2. Hälfte des 20 Jahrhunderts
   explosionsartig
   Informationsgesellschaft
       Zunehmende Bedeutung und Wert von Informationen
       Schnelle Entwicklung von Technologien zur Verarbeitung
       und Kommunikation
   Historische Wurzeln der Informatik reichen zum Teil
   erheblich weiter Zurück
       „Rechenautomaten“
       „programmierbare Maschinen“
       Grundlagen aus Mathematik, Elektrotechnik, Linguistik,
       Kodierungs- und Informationstheorie
   Seit ’50er Jahren:
       Relativ schnelle Folge von Rechnergenerationen
       Immer mehr Anwendungen der Informationstechnik in
       Wirtschaft und Privatbereich

Geschichte der Informatik /1

   1100 v. Chr.: erste mechanische Rechenhilfen in
   Indien/China, z.B. bis heute benutzter Abakus auf Basis
   des Dezimalsystems
   Beschreibung von reproduzierbaren Rechenverfahren,
   z.B. größter gemeinsamer Teiler durch Euklid (300 v. Chr).
   Al-Chwarizmi (820) beschreibt Grundlagen von
   Rechenvorschriften, die nach ihm als Algorithmen
   bezeichnet werden
   Im 17. Jh.: Erste mechanische Rechenautomaten von
   Wilhelm Schickard (1623), Blaise Pascal (1641) und
   Gottfried Wilhelm Leibniz (1673)

Geschichte der Informatik /2

           Abbildung: Blaise Pascals Pascaline

Geschichte der Informatik /3

   Gottfried Wilhelm Leibniz beschreibt 1679 erstmals
   Dualsystem (Binärsystem), welches heute Grundlage für
   elektronische Rechner (Speicher, Prozessoren) ist
               11102              = 14 10
                              0                 0
                         0x2             4 x 10
                       + 1 x 21        + 1 x 10 1
                       + 1 x 22
                       + 1 x 23

   Entwicklung erster mechanischer, programmgesteuerte
   Maschinen durch Joseph-Marie Jacquard (1805,
   Webstühle) und Charles Babbage (1822, mathematische
   Berechnungen) und Hollerith (1886, Lochkartensysteme,
   z.B. für Wahlmaschinen)

Geschichte der Informatik /4
    George Boole entwickelt 1854 Boolsche Logik und
    Algebra mit grundlegenden logische Operatoren:
    Grundlage für Funktionsweise von heutigen Prozessoren
    1936 entwickelt Alan Turing theoretische Turingmaschine
    und schafft Grundlagen der Theoretischen Informatik
    Entwicklung erster elektronischer Rechenmaschinen durch
    Konrad Zuse (1941), Howard Hathaway Aiken (1944)
    sowie J. Presper Eckert und John W. Mauchly (1946)

 Abbildung: ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Computer

Geschichte der Informatik /5
   John von Neumann entwirft grundlegende
   Von-Neumann-Architektur als bis heute aktuelle Referenz
   für Aufbau von speicherprogrammierbaren
   Rechnersystemen
                    Zentrale Vearbeitungseinheit

                      Rechenwerk            Steuerwerk

                                     Bus

                      Ein-/Ausgabe         Speicherwerk

   Erstes Computerspiel: Spacewar (1962)
   Unix als Mehrbenutzer-/Multitasking-Betriebssystem
   (1969)
   Arpanet mit TCP/IP Grundlage für heutiges Internet (1969)
   Grundlagen des World Wide Web: HTML und erster Web
   Browser (1990)

Zusammenfassung: Geschichte der Informatik

   Wurzeln der Informatik
       Algorithmen
       Rechentechnik
       Mathematische Grundlagen
   reichen weit zurück
   Seit 1950 sprunghafte Entwicklung
   Aber: trotz stetiger Neuerungen Grundlagen heutiger
   Technik seit Jahrzehnten relativ stabil
   Informatik ist nicht so schnelllebig, wie man vielleicht denkt