Einführung in die Informatik
Informatik untersucht, wie man Information darstellt und systematisch verarbeitet — mit eindeutigen Algorithmen und aus vier Blickwinkeln.
1.1.1Was ist Informatik?
- Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Information
- Information + Automatik; Computer = Werkzeug
- Daten: Zeichen · Information: Daten mit Bedeutung
- Algorithmus: eindeutig, endlich, Schritt für Schritt
1.1.2Teilgebiete der Informatik
- technisch: Hardware, Schaltungen
- praktisch: Software, Algorithmen, Datenstrukturen
- theoretisch: Was ist berechenbar, wie viele Schritte?
- angewandt: Informatik in anderen Fächern
Daten ≠ Information
Der Computer verarbeitet nur Daten. Welche Bedeutung sie haben, legen Menschen fest.
Der Computer — Aufbau & Hardware
Im Inneren arbeiten Prozessor und Speicher nach dem Von-Neumann-Prinzip, an den Rändern wandeln Peripheriegeräte zwischen Physik und Bits.
1.2.1EVA-Prinzip
- Eingabe: Tasten, Sensoren, Mikrofon
- Verarbeitung: Prozessor nach Programm
- Ausgabe: Bild, Ton, Bewegung, Druck
- Speicher steht neben der Verarbeitung
1.2.2Bauteile des Computers
- CPU: Takt (GHz) und Kerne
- RAM flüchtig · SSD dauerhaft
- GPU mit VRAM, Netzteil
- Mainboard, Chipsatz verteilt nur Daten
1.2.3Von-Neumann-Architektur
- Programm und Daten im selben Speicher
- Steuerwerk + Rechenwerk (ALU) = Prozessor
- Bus: Daten-, Adress-, Steuerbus
- Befehlszähler zeigt, Akkumulator hält
1.2.4Eingabe- & Ausgabegeräte
- Eingabe: Physik → Bits · Ausgabe: Bits → Physik
- Peripheriegeräte, per Kabel oder Funk
- Auflösung: dpi (Druck), ppi (Bildschirm)
- Latenz: ab etwa 100 ms wirkt es zäh
1.2.4.1Tastatur
- jede Taste ist ein Schalter
- Prellen → Entprellen (rund 5 ms)
- Tastenmatrix: Zeilen × Spalten
- Ghosting; Dioden → NKRO
1.2.4.2Maus & Trackpad
- relativ: meldet Bewegung
- Sensor-Kamera vergleicht Bilder
- Abtastrate: 1000 Hz = alle 1 ms
- Trackpad: Elektrodengitter, Gesten
1.2.4.3Touchscreen
- absolut: meldet Position
- resistiv (Druck) · kapazitiv (Leitfähigkeit)
- Digitizer und Display getrennt
- Multitouch, kein Hover
1.2.4.4Monitor
- Pixel aus drei Subpixeln (R, G, B)
- Farbkanal 0–255 → 16,7 Mio. Farben
- LCD: Hintergrundlicht · OLED: selbstleuchtend
- Bildwiederholrate (Hz), Reaktionszeit
1.2.4.5Weitere Geräte
- Sensor misst · Aktor bewirkt
- analog stufenlos · digital in Stufen
- ADC und DAC wandeln
- Abtastrate, Bittiefe: n Bit → 2n Stufen
Vorgang statt Gerät
Ordne immer den konkreten Vorgang zu und bestimme die Richtung aus Sicht des Geräts — ein Touchscreen ist Eingabe und Ausgabe zugleich.
Die Regeln, an denen die Punkte hängen
Diese Punkte kosten in der Klassenarbeit am häufigsten Punkte — und lassen sich leicht vermeiden.
Regel 1 — Aus Sicht des Geräts
Eine Aufforderung auf dem Bildschirm ist Ausgabe, erst deine Reaktion ist Eingabe. Speichern ist keine Ausgabe.
Regel 2 — „Speicher“ genau lesen
RAM ist flüchtig und schnell, die SSD dauerhaft. „16 GB Speicher“ kann beides meinen.
Regel 3 — Zyklus sauber trennen
Steuerwerk holt, beim Dekodieren wird nur verstanden, erst beim Ausführen ändern sich Register. Der Befehlszähler zeigt auf den nächsten Befehl.
Regel 4 — Einheiten nicht vermischen
dpi zählt Punkte pro Zoll, ppi Pixel pro Zoll; Hz beim Monitor sind Bilder pro Sekunde, GHz beim Prozessor Takte pro Sekunde.