Informatik
[[Bild:Architektur-der-informatik.png]]
==== [[Automatentheorie]] und [[Formale Sprache]]n ==== [[Bild:Dea01.png|thumb|right|350px|Ein deterministischer endlicher Automat, gegeben als Zustandsübergangsdiagramm]] [[Automat_(Informatik)|Automaten]] sind in der Informatik ''gedachte Maschinen'', die sich nach bestimmten Regeln, dem Programm, verhalten. Ein [[endlicher Automat]] hat eine endliche Menge von inneren Zuständen. Er liest ein ''Eingabewort'' zeichenweise ein und führt bei jedem Zeichen, gemäß seinem Programm einen Zustandsübergang durch. Zusätzlich kann er bei jedem Zustandsübergang ein ''Ausgabesymbol'' ausgeben. Ein endlicher Automat hat einen besonders gekennzeichneten Startzustand und eine Menge von Endzuständen. Erreicht der Automat nach einer Folge von Zustandsübergängen einen Endzustand, so bedeutet dies, dass das gelesene Wort in der Sprache vorhanden ist, der Automat akzeptiert es also. Die Menge aller von einem Automaten akzeptierter Wörter bezeichnet man als die akzeptierte Sprache. [[Bild:Kellerautomat.png|thumb|200px|Kellerautomat]] Um kompliziertere Sprachen akzeptieren zu können, sind andere Automatenmodelle notwendig, die insbesondere über einen Speicher verfügen müssen. Die Menge aller Wörter, die aus einer Folge von Buchstaben ''a'' gefolgt von einer gleichgroßen Anzahl von Buchstaben ''b'' bestehen, kurz , kann durch einen [[Kellerautomat]]en akzeptiert werden, der einen [[Stapelspeicher]] zur Verfügung hat und sich somit merken kann, wie oft der Buchstabe ''a'' gelesen wurde und wie oft der Buchstabe ''b'' deshalb folgen muss. Der Linguist [[Noam Chomsky]] ordnete die [[formale Sprache|formalen Sprachen]] in eine [[Chomsky-Hierarchie|Hierarchie]] ein, die zwischen [[reguläre Sprache|regulären]], [[kontextfreie Sprache|kontextfreien]] und [[kontextsensitive Sprache|kontextsensitiven]] Sprachen unterscheidet. Erstere werden mit [[endlicher Automat|endlichen Automaten]], zweitere von [[Kellerautomat]]en und letztere von [[linear beschränkte Turingmaschine|linear beschränkten Turingmaschinen]] erkannt. ==== [[Berechenbarkeitstheorie]] ==== Im Rahmen der Berechenbarkeitstheorie untersucht die theoretische Informatik, welche [[Problem|Probleme]] mit welchen Maschinen lösbar sind. Die [[churchsche These]] geht davon aus, dass alle intuitiv berechenbaren Fragestellungen auch mit [[Registermaschine (Berechenbarkeitstheorie)|Register-]] und [[Turingmaschine]]n berechnet werden können und es somit keine Maschine gibt, die berechnungsstärker ist. Diese [[These]] ist formal nicht beweisbar, wird jedoch allgemein akzeptiert. Ein Rechnermodell bzw. eine Programmiersprache heißt [[Turing-Vollständigkeit|turing-vollständig]], wenn man damit eine [[Turingmaschine#Universelle_Turingmaschine|universelle Turingmaschine]] simulieren kann. Alle heute eingesetzten Computer und alle „richtigen“ Programmiersprachen sind turing-vollständig, das heißt man kann damit alle entscheidbaren Probleme lösen. Den Begriff der [[Entscheidbarkeit]] kann man veranschaulichen als die Frage, ob ein bestimmtes Problem überhaupt algorithmisch lösbar ist. So ist das Finden eines [[Größter gemeinsamer Teiler|größten gemeinsamen Teilers]] zweier ganzen Zahlen entscheidbar. Ein nicht-entscheidbares Problem ist zum Beispiel die Frage, ob ein gegebenes Computerprogramm mit gegebenen Eingabeparametern jemals zu einem Ergebnis kommt, was als [[Halteproblem]] bezeichnet wird. Bei der [[Berechenbarkeit]] wird untersucht, welches Maschinenmodell zur Berechnung einer Funktion verwendet werden kann. So kann die [[Ackermannfunktion]] zum Beispiel nicht durch die Klasse der [[LOOP-Programm]]e, aber durch die mächtigere Klasse der [[WHILE-Programm]]e berechnet werden. ==== [[Komplexitätstheorie]] ==== Die Komplexitätstheorie befasst sich mit dem Ressourcenbedarf von algorithmisch behandelbaren Problemen auf verschiedenen mathematisch definierten formalen Rechnermodellen, sowie der Güte der sie lösenden Algorithmen. Insbesondere werden die Ressourcen ''Laufzeit'' und ''Speicherplatz'' untersucht und ihr Bedarf wird üblicherweise in der [[Landau-Notation]] dargestellt. In erster Linie werden die Laufzeit und der Speicherplatzbedarf in Abhängigkeit der Länge der Eingabe notiert. Algorithmen, die sich höchtens durch einen konstanten Faktor in ihrer Laufzeit bzw. ihrem Speicherbedarf unterscheiden, werden durch die Landau-Notation der gleichen Klasse zugeordnet. Ein Algorithmus, dessen Laufzeit von der Eingabelänge unabhängig ist, arbeitet ''in konstanter Zeit'', man schreibt [[Landau-Symbole|O(1)]]. Beispielsweise wird das Programm ''gib das erste Element einer Liste zurück'' in konstanter Zeit arbeiten. Das Programm ''prüfe, ob ein bestimmtes Element in einer unsortierten Liste enthalten ist'' braucht ''lineare Zeit''. also O(n), denn die Eingabeliste muss schlimmstenfalls genau einmal komplett gelesen werden. Die Komplexitätstheorie liefert bisher nur obere Schranken für den Ressourcenbedarf von Problemen. Methoden für exakte untere Schranken sind kaum entwickelt und nur von wenigen Problemen sind brauchbare untere Schranken bekannt (so zum Beispiel für die Aufgabe eine Liste von Werten nach einer Ordnung zu sortieren). Dennoch gibt es Methoden besonders schwierige Probleme zu klassifizieren. Zentral ist hierbei die Theorie der [[NP-Vollständigkeit]]. Viele Aussagen der Komplexitätstheorie gehen davon aus, dass die Klasse P echt in NP enthalten ist (notiert durch PNP). P und NP sind dabei speziell definierte Klassen von Problemen. Die Frage ob PNP wird als eine der wichtigsten offenen mathematischen Fragestellungen angesehen und ist in die Liste der [[Millennium-Probleme]] eingegangen. === Praktische Informatik === Die [[praktische Informatik]] beschäftigt sich mit der Lösung von konkreten Problemen der Informatik und insbesondere der Entwicklung von [[Computerprogramm]]en in der Softwaretechnik. Sie liefert die grundlegenden Konzepte zur Lösung von Standardaufgaben, wie die Speicherung und Verwaltung der Informationen mittels [[Datenstruktur]]en. Einen wichtigen Stellenwert haben dabei die [[Algorithmus|Algorithmen]], die Musterlösungen für häufige oder schwierige Aufgaben bereitstellen. Beispiele dafür sind die [[Sortieralgorithmus|Sortieralgorithmen]] oder auch die [[schnelle Fouriertransformation]]. Eines der zentralen Themen der Informatik ist die [[Softwaretechnik]], die ebenfalls in den Bereich der praktischen Informatik fällt. Sie beschäftigt sich mit der systematischen Erstellung von Software. Dabei werden die Ergebnisse aller anderen Bereiche, wie Algorithmen und Programmiersprachen, eingesetzt. Zusätzlich werden aber auch Konzepte und Lösungsvorschläge für große Softwareprojekte entwickelt, die einen wiederholbaren Prozess von der Idee bis zur fertigen Software erlauben sollen. Dabei ist die eigentliche [[Programmierung|Programmierarbeit]], die sogenannte [[Implementierung]], nur noch ein kleiner Teil des Gesamtprozesses. {| cellspacing="12" cellpadding="4" style="border-collapse:collapse" width="100%" |- ! Java-Programmcode ! width="200px" | ! Maschinencode |- | style="font-size:80%" | public class Ggt { /* * Berechnung des ggT zweier Zahlen * nach dem [[Euklidischer Algorithmus|Euklidischen Algorithmus]] */ private static int ggt(int zahl1, int zahl2) { '''while''' (zahl1 != zahl2) { '''if''' (zahl1 < zahl2) { zahl2 = zahl2 - zahl1; } '''else''' { zahl2 = zahl1 - zahl2; } } '''return''' zahl1; } /* * Hauptprogramm: */ public static void main(String[] args) { /* * Kommandozeilenargumente einlesen * Aufruf: "ggt
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··· |} Die Praktische Informatik stellt insbesondere auch die Werkzeuge zur Softwareentwicklung bereit. So werden Compiler für die [[Programmiersprachen]] wie [[Visual Basic]], [[Java (Programmiersprache)|Java]] oder [[C++]] entwickelt. Compiler sind selbst Computerprogramme, die eine Computersprache in eine andere übersetzen. Sie erlauben es also einem Programmierer in einer für Menschen leichter verständlichen Sprache zu arbeiten. Der Compiler übersetzt das Programm später in den [[Maschinencode]], der sehr "natürlichen" Sprache des Computers. Insbesondere auf diesem Gebiet hat die Zusammenarbeit zwischen Praktischer und Theoretischer Informatik zu bahnbrechenenden Verbesserungen geführt. Nur durch die Grundlage der [[Formale Sprache|formalen Sprachen]] ist die effiziente Erstellung von modernen Computersprachen möglich. Übersetzer werden auch an vielen anderen Stellen in der Informatik verwendet. Zum Beispiel beim Übersetzen von [[HTML]]-Code in ein gut lesbares Dokument. [[Bild:B-tree-definition.png|thumb|right|300px|Skizze eines B-Baums]] Neben diesen Grundlagen wendet sich die Praktische Informatik auch speziellen Lösungen für bestimmte Aufgaben zu. Hier sind insbesondere die [[Betriebssystem]]e und zunehmend die [[Datenbank|Datenbanktechnologie]] zu nennen. Sie verwalten die Betriebsmittel eines Computers und garantieren die zuverlässige Speicherung aller Informationen. Auf Grund der essentiellen Bedeutung dieser hochkomplexen Softwaresystemen, sind zahlreiche Algorithmen für den Einsatz in Betriebssystemen und Datenbanken entwickelt worden. Ein Beispiel hierfür ist der [[B-Baum]], der in Datenbanken und Dateisystemen, das schnelle Suchen in großen Datenbeständen erlaubt. === Technische Informatik === Die [[Technische Informatik]] befasst sich mit den hardwareseitigen Grundlagen der Informatik wie etwa der [[Mikroprozessor]]technik, [[Rechnerarchitektur]]en und [[Verteiltes System|verteilten Systemen]]. Damit stellt sie ein Bindeglied zur [[Elektrotechnik]] dar. Die [[Rechnerarchitektur]] ist die Wissenschaft, die Konzepte für den Bau von Computern erforscht. Hier wird das Zusammenspiel von [[Mikroprozessor]], [[Speicher]] sowie [[Controller]] und [[Peripherie]] definiert und verbessert. Das Forschungsgebiet orientiert sich dabei sowohl an den Anforderungen der Software als auch an den Möglichkeiten, die sich über die Weiterentwicklung von [[Integrierter Schaltkreis|Integrierten Schaltkreisen]] ergeben. [[Bild:Router.jpg|thumb|right|200px|Heimrouter]] Ein weiteres wichtiges Gebiet ist die [[Computernetzwerk|Rechnerkommunikation]]. Diese ermöglicht den elektronischen Datenaustausches zwischen Computern und stellt damit die technische Grundlage des Internets dar. Neben der Entwicklung von [[Router]]n, [[Switch]]es oder einer [[Firewall]], gehört auch die Entwicklung der Softwarekomponenten, die zum Betrieb dieser Geräte nötig ist. Insbesondere gehört die Definition und Standardisierung der [[Netzwerkprotokoll]]e, wie [[Transmission Control Protocol|TCP]], [[HTTP]] oder [[SOAP]] zur Rechernerkommunikation. Die Protokolle sind dabei die Sprachen in denen Computer mit einander „reden“. Während die Rechnerkommunikation die Kommunikation auf Protokollebene regelt, stellt die Wissenschaft der [[verteiltes System|Verteilten Systeme]], den Zusammenschluss von Computern im Großen dar. Hier regeln [[Prozess (Computer)|Prozesse]] die Zusammenarbeit von einzelnen Systemen in einem Verbund ([[Cluster]]). Schlagworte in diesem Zusammenhang sind beispielsweise [[Grid-Computing]] und [[Middleware]]. === Informatik in interdisziplinären Wissenschaften === Rund um die Informatik haben sich einige interdisziplinäre Forschungsansätze, teilweise zu eigenen [[Wissenschaften]], entwickelt: Die '''[[Wirtschaftsinformatik]]''' (englisch ''information systems'', auch ''management information systems'') ist eine „Schnittstellen-Disziplin“ zwischen der Informatik und den [[Wirtschaftswissenschaften]], besonders der [[Betriebswirtschaftslehre]]. Sie hat sich durch ihre Schnittstellen zu einer eigenständigen [[Wissenschaft]] entwickelt. Ein Schwerpunkt der Wirtschaftsinformatik liegt auf der Abbildung von [[Geschäftsprozess]]en und der Buchhaltung in [[relationale Datenbank|relationalen Datenbank]]systemen und [[Enterprise-Resource-Planning|ERP]]-Systemen wie [[SAP]]. In der '''[[Computerlinguistik]]''' wird untersucht, wie [[natürliche Sprache]] mit dem Computer verarbeitet werden kann. Sie ist eigentlich ein Teilbereich der [[Künstliche Intelligenz|Künstlichen Intelligenz]] aber auch gleichzeitig Schnittstelle zwischen Linguistik und Informatik. Verwandt dazu ist auch der Begriff der [[Kognitionswissenschaft]], die einen eigenen interdisziplinären Wissenschaftszweig darstellt, der u.a. [[Allgemeine Linguistik|Linguistik]], Informatik, [[Philosophie]], [[Anthropologie]], [[Psychologie]] und [[Neurologie]] verbindet. Anwendungsgebiete der Computerlinguistik sind die [[Spracherkennung]] und [[Sprachsynthese|-synthese]], [[maschinelle Übersetzung|automatische Übersetzung in andere Sprachen]] und Informationsextraktion aus Texten. Die '''[[Bioinformatik]]''' (englisch ''bioinformatics'', auch ''computational biology'') befasst sich mit den informatischen Grundlagen und Anwendungen der [[Datenbanken|Speicherung, Organisation]] und Analyse von [[Biologie|biologischen]] [[Daten]] befasst. Die ersten reinen Bioinformatikanwendungen wurden für die [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]]-Sequenzanalyse entwickelt. Dabei geht es primär um das schnelle Auffinden von Mustern in langen DNA-Sequenzen und die Lösung des Problems, wie man zwei oder mehr ähnliche Sequenzen so übereinander legt und gegeneinander ausrichtet, dass man eine möglichst optimale Übereinstimmung erzielt (sequence alignment). Mit der Aufklärung und weitreichenden Funktionsanalyse verschiedener vollständiger [[Genom]]e (z. B. des [[Fadenwurm]]s Caenorhabditis elegans) verlagert sich der Schwerpunkt bioinformatischer Arbeit auf Fragestellungen der [[Proteomik]], wie z.B. dem Problem der Proteinfaltung und Strukturvorhersage, also der Frage nach der Sekundär- oder Tertiärstruktur bei gegebener Aminosäuresequenz. Die '''[[Chemoinformatik]]''' (engl. ''chemoinformatics'', ''cheminformatics'' oder ''chemiinformatics'') bezeichnet einen Wissenschaftszweig, der das Gebiet der [[Chemie]] mit Methoden der Informatik verbindet und umgekehrt. Sie beschäftigt sich mit der Suche im [[Chemischer Raum|chemischen Raum]] welcher aus [[virtuell]]en ([[in silico]]) oder [[Realität|real]]en [[Molekül]]en besteht. Die Größe des [[Chemischer Raum|chemischen Raumes]] wird auf etwa [[Molekül]]e geschätzt und ist weit größer als die Menge der bisher [[Realität|real]] [[Synthese (Chemie)|synthetisierten]] [[Molekül]]e. Somit lassen sich unter Umständen [[Million]]en von [[Molekül]]en mit Hilfe solcher [[Computer]]-Methoden [[in silico]] testen, ohne diese explizit mittels Methoden der [[Kombinatorische Chemie]] oder [[Synthese (Chemie)| Synthese]] im Labor erzeugen zu müssen. Die '''[[Geoinformatik]]''' (englisch ''geoinformatics'') ist die Lehre des Wesen und der Funktion der [[Geoinformation]] und ihrer Bereitstellung in Form von [[Geodaten]] und mit den darauf aufbauenden Anwendungen auseinander. Sie bildet die wissenschaftliche Grundlage für [[Geoinformationssystem]]e (GIS). Allen Anwendungen der Geoinformatik gemeinsam ist der Raumbezug. Die '''[[Medieninformatik]]''' hat die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine als Schwerpunkt und befasst sich mit der Verbindung von Informatik, [[Psychologie]], [[Arbeitswissenschaft]], [[Medientechnik]], [[Mediengestaltung]] und [[Didaktik]]. Weitere Schnittstellen der Informatik zu anderen Disziplinen gibt es als [[Umweltinformatik]], [[Computervisualistik]], in der [[Medizinische Informatik|medizinischen Informatik]] und der [[Rechtsinformatik]]. Die Zusammenarbeit mit der Mathematik oder der Elektrotechnik wird aufgrund der Verwandtschaft nicht als [[Interdisziplinarität|interdisziplinär]] bezeichnet. === Künstliche Intelligenz === [[Bild:Gitter_BW3.jpg|thumb|right|150px|Eine [[Kohonen]]karte beim Lernen]] Die [[Künstliche Intelligenz|'''Künstliche Intelligenz''' (KI)]] ist ein großes Teilgebiet der Informatik mit starken Einflüssen aus [[Logik]], [[Allgemeine Linguistik|Linguistik]], [[Neurophysiologie]] und [[Kognitionspsychologie]]. Dabei unterscheidet sich die KI in der Methodik zum Teil erheblich von der klassischen Informatik. Statt eine vollständige Lösungsbeschreibung vorzugeben, wird in der Künstlichen Intelligenz die Lösungsfindung dem Computer selbst überlassen.
Ihre Verfahren finden Anwendung in [[Expertensystem]]en, in der [[Sensorik]] und [[Robotik]]. Im Verständnis des Begriffs „Künstliche Intelligenz“ spiegelt sich oft die aus der [[Aufklärung]] stammende Vorstellung vom Menschen als Maschine wieder, dessen Nachahmung sich die sogenannte ''starke KI'' zum Ziel setzt: eine Intelligenz zu erschaffen, die wie der Mensch nachdenken und Probleme lösen kann und die sich durch eine Form von [[Bewusstsein]] beziehungsweise [[Selbstbewusstsein]] sowie [[Emotion]]en auszeichnet.
Die Umsetzung dieses Ansatzes erfolgte durch [[Expertensystem]]e, die im wesentlichen die Erfassung, Verwaltung und Anwendung einer Vielzahl von Regeln zu einem bestimmten Gegenstand (daher "Experten") leisten. Im Gegensatz zur starken KI geht es der ''schwachen KI'' darum, konkrete Anwendungsprobleme zu meistern. Insbesondere sind dabei solche Anwendungen von Interesse, zu deren Lösung nach allgemeinem Verständnis eine Form von „Intelligenz“ notwendig scheint. Letztlich geht es der schwachen KI somit um die Simulation intelligenten Verhaltens mit Mitteln der Mathematik und der Informatik; es geht ihr nicht um Schaffung von Bewusstsein oder um ein tieferes Verständnis von Intelligenz.
Ein Beispiel für schwache KI ist die [[Fuzzy-Logik]]. [[Neuronale Netze]] zählen ebenfalls in diese Kategorie - seit anfang der 80er Jahre analysiert man unter diesem Begriff die Informationsarchitektur des (menschlichen, tierischen) Gehirns. Die Modellierung in Form [[künstliche_neuronale_Netze|künstlicher neuronaler Netze]] illustriert, wie aus einer sehr einfachen Grundstruktur eine komplexe Musterverarbeitung ([http://en.wikipedia.org/wiki/Pattern_recognition pattern recognition]) geleistet werden kann. Gleichzeitig wird deutlich, dass diese Art von Lernen nicht auf der Herleitung von logisch, sprachlich formulierbaren Regeln beruht - somit etwa auch die besonderen Fähigkeiten des menschlichen Gehirns innerhalb des Tierreichs nicht auf einen regel-(und sprach-) basierten "Intelligenz"-Begriff reduzierbar sind. Die Auswirkungen dieser Einsichten auf die KI-Forschung, aber auch auf [[Lerntheorie]], [[Didaktik]] und andere Gebiete werden noch diskutiert. Während die starke KI an ihrer philosophischen Fragestellung bis heute scheiterte, sind nur auf der Seite der schwachen KI in den letzten Jahren Fortschritte erzielt worden. == Geschichte der Informatik == === Ursprung der Wissenschaft === Die Wurzeln der Informatik liegen in der [[Mathematik]], der [[Physik]] und der [[Elektrotechnik]] (hier vor allem der [[Nachrichtentechnik]]). Als [[Ingenieurwissenschaft]] konzipiert die Informatik [[Mathematik|mathematische]] Maschinen, mit denen [[Daten]] [[Übertragung|übertragen]], [[Speicherung|gespeichert]] und durch Algorithmen automatisch [[Verarbeitung|verarbeitet]] werden können. Damit ermöglicht die Informatik insbesondere die maschinelle [[Simulation]] realer Prozesse. Als ''Hilfswissenschaft anderer Fachgebiete'' bildet die Informatik deren Gegenstände in [[Abstraktion|abstrakte]] Strukturen ab und deren [[Prozess]]e in [[Algorithmus|Algorithmen]]. Als Überbegriff rund um die Informationsverarbeitung sowie die entsprechenden Berufe hat sich die [[Informationstechnik]] (IT) etabliert. === Vorläufer des Computers === [[Bild:Soroban.jpg|thumb|right|Ein japanischer Soroban-Abakus]] Als erste Vorläufer der Informatik jenseits der [[Mathematik]], also als Vorläufer der angewandten Informatik, können die Bestrebungen angesehen werden, zwei Arten von Maschinen zu entwickeln: Solche, mit deren Hilfe mathematische Berechnungen ausgeführt oder vereinfacht werden können (''[[Rechenmaschine]]''), und solche, mit denen logische Schlüsse gezogen und Argumente überprüft werden können (''[[Logische Maschine]]''). Als einfache Rechengeräte leisten [[Abakus (Rechentafel)]] und später der [[Rechenschieber]] unschätzbare Dienste. [[1641]] konstruiert [[Blaise Pascal]] eine mechanische Rechenmaschine, die Additionen inklusive Überträgen durchführen kann. Nur wenig später stellt [[Gottfried Wilhelm Leibniz]] eine Rechenmaschine vor, die alle vier Grundrechenarten beherrscht. Diese Maschinen basieren auf ineinandergreifenden Zahnrädern. Einen Schritt in Richtung größerer Flexibilität geht ab [[1838]] [[Charles Babbage]], der eine Steuerung der Rechenoperationen mittels Lochkarten anstrebt. Erst [[Herman Hollerith]] ist aufgrund der technischen Fortschritte ab [[1886]] in der Lage, diese Idee gewinnbringend umzusetzen. Seine auf Lochkarten basierenden Zählmaschinen kommen unter anderem bei der Auswertung einer [[Volkszählung]] in den USA zum Einsatz. Die Geschichte der [[Logische Maschine |logischen Maschine]] wird oft bis ins 13. Jahrhundert zurückverfolgt und auf [[Raimundus Lullus]] zurückgeführt. Auch wenn seine rechenscheibenähnlichen Konstruktionen, bei denen mehrere gegeneinander drehbare Scheiben unterschiedliche Begriffskombinationen darstellen konnten, mechanisch noch nicht sehr komplex waren, war er wohl derjenige, der die Idee einer logischen Maschine bekannt gemacht hat. Von diesem sehr frühen Vorläufer abgesehen verläuft die Geschichte logischer Maschinen eher sogar zeitversetzt zu jener der Rechenmaschinen: Auf 1777 datiert ein rechenschieberähnliches Gerät des dritten Earl Stanhope, dem zugeschrieben wird, die Gültigkeit von [[Syllogismus|Syllogismen]] (im aristotelischen Sinn) zu prüfen. Eine richtige ''Maschine'' ist erstmals in der Gestalt des ''Logischen Pianos'' von Jevons für das späte 19. Jahrhundert überliefert. Nur wenig später wird die Mechanik durch elektromechanische und elektrische Schaltungen abgelöst. Ihren Höhepunkt erleben die logischen Maschinen in den 1940er- und 1950er-Jahren, zum Beispiel mit den Maschinen des englischen Herstellers [[Ferranti]]. Mit der Entwicklung universeller digitaler Computer nimmt - im Gegensatz zu den Rechenmaschinen - die Geschichte selbstständiger logischen Maschinen ein jähes Ende, indem die von ihnen bearbeiteten und gelösten Aufgaben zunehmend in [[Software]] auf genau jenen Computern realisiert werden, zu deren hardwaremäßigen Vorläufern sie zu zählen sind. ===Entwicklung des Computers=== [[Bild:Konrad_Zuse_(1992).jpg|thumb|right|[[Konrad Zuse]]]] ''Hauptartikel:'' [[Computergeschichte]] Eine der ersten größeren Rechenmaschinen ist die von [[Konrad Zuse]] erstellte, noch immer rein mechanisch arbeitende [[Zuse Z1|Z1]] von [[1937]]. Vier Jahre später realisiert Zuse seine Idee mittels elektrischer [[Relais]]: Die [[Zuse Z3|Z3]] von [[1941]] verfügt bereits über eine Trennung von Befehls- und Datenspeicher und ein Ein-/Ausgabepult. Etwas später werden in England die Bemühungen zum Bau von Rechenmaschinen zum Knacken von deutschen Geheimbotschaften unter maßgeblicher Leitung von [[Alan Turing]] mit großem Erfolg vorangetrieben. Parallel entwickelte [[Howard Aiken]] mit [[MARK]] (1944) den ersten Computer der USA, wo die weitere Entwicklung maßgeblich vorangetrieben wurde. Einer der Hauptakteure ist hier [[John von Neumann]], nach dem die bis heute bedeutende [[Von-Neumann-Architektur]] benannt ist. [[1946]] erfolgt die Entwicklung des Röhrenrechners [[ENIAC]], [[1949]] wird der [[EDSAC]] gebaut. Ab [[1952]] steigt [[IBM]] in die Entwicklung von Computern ein und steigt innerhalb von zehn Jahren zum Marktführer auf. Mit der Entwicklung der [[Transistor]]technik und der [[Mikroprozessor]]technik werden Computer von dieser Zeit an immer leistungsfähiger und preisgünstiger. Im Jahre 1982 erobert die Firma [[Commodore]] schließlich mit dem [[C64]] den Massenmarkt. ===Entwicklung der Informatik als Wissenschaft=== Bereits [[Leibniz]] hatte sich mit binären Zahlendarstellungen beschäftigt. Gemeinsam mit der [[Boolesche Algebra|Booleschen Algebra]], die zuerst [[1847]] von [[George Boole]] ausgearbeitet wurde, bilden sie die wichtigsten mathematischen Grundlagen späterer Rechensysteme. [[1936]] veröffentlicht [[Alan Turing]] seine epochemachende Arbeit ''On Computable Numbers with an application to the Entscheidungsproblem'', in welcher die nach ihm benannte [[Turingmaschine]] vorgestellt wird, ein mathematisches Maschinenmodell, das bis heute für die Theoretische Informatik von größter Bedeutung ist. Bereits einige Jahre zuvor hatte [[Kurt Gödel]] das [[Entscheidungsproblem]] gemäß dem [[Hilbertprogramm]] negativ beantwortet, und dieses Ergebnis bestätigte Turing nun unter Verwendung eines Maschinenmodells. Dem Begriff der Berechenbarkeit liegen bis heute universelle Modelle wie die Turing- oder [[Registermaschine]] zu Grunde, und auch die [[Komplexitätstheorie]], die sich ab den [[1960]]er Jahren zu entwickeln begann, greift bis in die Gegenwart auf Varianten dieser Modelle zurück. ===Formale Sprachen und Programmiersprachen=== [[1956]] beschreibt [[Noam Chomsky]] eine Hierarchie [[formale Grammatik|formaler Grammatiken]], mit denen [[formale Sprache]]n und jeweils spezielle Maschinenmodelle korrespondieren. Diese Formalisierungen erlangen für die Entwicklung höherer Programmiersprachen große Bedeutung. Wichtige Meilensteine sind die Entwicklung von [[FORTRAN]] ([[1954]]), [[Lisp]] ([[1959]]), [[BASIC]] ([[1960]]), [[C (Programmiersprache)|C]] ([[1970]]), [[Pascal (Programmiersprache)|Pascal]] ([[1971]]), [[Smalltalk (Programmiersprache)|Smalltalk]] ([[1980]]) und [[Java (Programmiersprache)|Java]] ([[1995]]). Einige dieser Sprachen stehen für typische [[Programmierparadigma|Programmierparadigmen]] ihrer jeweiligen Zeit. Sprachen und Paradigmenwechsel wurden von der Informatik-Forschung jeweils intensiv begleitet oder vorangetrieben. Indessen schreibt nahezu jeder wichtige Teilbereich der Informatik seine eigene Geschichte, die im Einzelnen zu verfolgen den Rahmen dieses Abschnitts sprengen würde. Wie in anderen Wissenschaften auch, schreitet die Informatik mit zunehmender Nähe zur Gegenwart in Richtung einer immer größeren Spezialisierung fort. == [[Informatik und Gesellschaft]] == Mit der zunehmenden Verbreitung des Computers entstehen auch gesellschaftliche Probleme, die in der Öffentlichkeit oft kontrovers und sehr emotional diskutiert werden. 2006 ist Jahr der Informatik. === Datenschutz === Eines dieser Themen ist der Schutz der [[Privatsphäre]] des Computerbenutzers. Durch die Vernetzung ist es nicht nur möglich schnell beliebige Informationen abzufragen. Umgekehrt wird auch das Ausspähen von [[Personenbezogene Daten|persönlichen Informationen]] durch Behörden, Unternehmen und Kriminellen ermöglicht. Ziel sind zum einen [[Kundenprofil|Verhaltensweisen von Kunden]] bei Onlinekäufen, aber auch der persönliche E-Mailverkehr oder Zugangsdaten zu Banken. Hier hat ein gegenseitiges Aufrüsten stattgefunden, persönliche Daten über [[Kryptographie|Verschlüsselungen]] gegen Unbefugten Zugriff zu sichern, während auf der anderen Seite mittels [[HTTP-Cookie|Cookies]], [[Spyware]] oder [[Phishing]] versucht wird die Schutzmechanismen auszuhebeln. Unternehmen suchen gezielt nach typischen Verhaltensweisen von Kunden über [[Datamining]]. Die so gewonnenen Informationen werden dann auf das individuelle Profil einzelner Kunden angewandt. Dies dient entweder zum anbieten von mehr oder weniger ''maßgeschneiderter Werbung'' ([[Spam]]), aber auch zum Selektieren von geeigneten und weniger geeigneten Kunden. Beim Abschluss einer Versicherung versuchen Unternehmen mittlerweile gezielt Kunden mit geringem Risiko durch bessere Konditionen an sich zu binden. Kunden aus Risikogruppen erhalten verteuerte Konditionen oder werden sogar ausgeschlossen. Ein besonderes Interesse am Zugriff zu persönlichen Daten haben Strafverfolgungsbehörden bei der Bekämpfung von Terrorismus und organisierter Kriminalität. So beschäftigt das [[Federal Bureau of Investigation]] (FBI) und die [[National Security Agency]] (NSA) Spezialisten zum systematischen Auswerten des Datenverkehrs im Internet. Hier wird eine spezielle Software ([[Carnivore]]) eingesetzt, um E-Mails nach bestimmten Stichworten zu durchsuchen. Durch den Einsatz der so genannten ''starken Kryptographie'', wie sie das Tool [[PGP]] Privatpersonen zur Verfügung stellt, ist jedoch der Wert dieser Software in Frage gestellt. Derartig verschlüsselte E-Mails sind auch von den Experten der NSA nicht mehr zu entschlüsseln. Aus diesem Grunde gibt es Bestrebungen in allen Ländern derartige Verschlüsselungsverfahren zu verbieten. Ein Verbot wäre jedoch ebenfalls nicht wirksam, da eine geschickt verschlüsselte Botschaft mittels [[Steganographie]] nicht als solche zu erkennen ist. Das heißt, dass ein solches Verbot den Einsatz starker Kryptographie durch Kriminelle nicht verhindern kann. Betroffen von einem solchen Verbot wären also lediglich die rechtschaffenen Bürger, die sich selbst gegen kriminelles Ausspähen schützen wollen. === Softwarepatente === Ein [[Softwarepatent]] ist ein Patent auf eine Methode zur Programmierung eines Computers. Eine allgemein akzeptierte genaue Definition des Begriffs hat sich bisher noch nicht etabliert. Befürworter von Softwarepatenten sind i.d.R. große Unternehmen, die ihre Produkte gegen Nachahmung schützen wollen. Sie argumentieren, der Sinn von Softwarepatenten sei (wie bei ''normalen'' Patenten auch), die Entwicklungskosten der Produkte in einer kurzen ''Monopolphase'' wieder hereinzuholen. Gegner führen an, Softwarepatente seien - anders als technische Erfindungen - ähnlich wie mathematische Erkenntnisse als Wissen einzuordnen und deshalb prinzipiell nicht schützbar. Außerdem seien die Produktzyklen im Computerbereich ungleich kürzer als in anderen Branchen, deswegen bedeute ein Softwarepatent einen unfair langen Stillstand des Wettbewerbes. === Bewegungen === Seit Beginn des Computerzeitalters gibt es Organisationen und Vereinigungen, die sich für Datenschutz, Informationsfreiheit und [[freie Software]] einsetzen. Am bekanntesten davon sind das [[GNU]]-Projekt und die [[Free Software Foundation]], die von [[Richard Stallman]] ins Leben gerufen wurden. Stallman entwickelte Lizenzen für freie Software und freie Dokumentation, unter welchen viele Projekte wie auch die [[Wikipedia]] entwickelt werden. In Deutschland genießt vor allem der [[Chaos Computer Club]] hohe Bekanntheit. === Kritik am Verhältnis von Mensch und Computer === Viele Leute, darunter auch Informatiker wie [[Joseph Weizenbaum]], mahnen zu einem sorgsameren Umgang mit moderner Technik und dem Computer. Weizenbaum schrieb in den [[1960er]]n das Computer-Programm [[ELIZA]], mit dem er die Verarbeitung natürlicher Sprache durch einen Computer demonstrieren wollte; Eliza wurde als Meilenstein der „künstlichen Intelligenz“ gefeiert und sollte menschliche Psychologen bald ablösen. Weizenbaum war entsetzt über die Wirkung seines relativ einfachen Programms, das nie zum Ersetzen eines Therapeuten konzipiert gewesen war, und wurde durch dieses Schlüsselerlebnis zum Computer- und Medienkritiker. Die weite Verwendung von [[Computer|Computern]] führt in neuerer Zeit zu einer breiten öffentlichen wie wissenschaftlichen Diskussion über die Wirkungen auf die [[Sozialisation]] und das Lernverhalten, insbesondere von Kindern und Jugendlichen. Es herrscht weitgehender Konsens, dass es Effekte gibt, allerdings sind Untersuchungen methodisch schwierig oder kommen zu widersprüchlichen Ergebnissen. == Siehe auch == *''Siehe'' [[Portal:Informatik|Portal Informatik]] ''als Wegweiser zu Artikeln rund um die Informatik.'' *''Siehe'' [[IT-Berufe]] ''für eine Übersicht der Berufe rund um die Informatik.'' *''Siehe'' [[Portal:Datenschutz und Informationsfreiheit|Portal Datenschutz]] ''zur Einschränkung von Rechten durch Informatik-Einsatz.'' == Literatur == * Heinz-Peter Gumm, Manfred Sommer: ''Einführung in die Informatik.'' 5. Auflage. Oldenbourg, München 2002, ISBN 3-486-25635-1 * Sascha Kersken: ''Kompendium der Informationstechnik.'' Galileo Press, Bonn 2003, ISBN 3-89842-355-7 ([http://www.galileocomputing.de/openbook/kit/ OpenBook-Version]) * Peter Rechenberg, Gustav Pomberger (Hrsg.): ''Informatik-Handbuch'', 3. Auflage. Hanser 2002, ISBN 3-446-21842-4 * [[Gesellschaft für Informatik]]: ''[http://www.gi-ev.de/fileadmin/redaktion/Download/gi-positionspapier-was-ist-informatik.pdf Was ist Informatik? Positionspapier der Gesellschaft für Informatik.]'' (PDF) Juli 2005 == Weblinks == {{Wiktionary|Informatik}} {{Wikiquote|Informatik}} '''Länderübergreifend''' * [http://www.zum.de/wiki/index.php/Informatik ZUM-Wiki Informatik] für Lehrer '''Deutschland:''' * [http://www.studieren.de/suchdb.asp?suchstr=Informatik&method=stud&button=Suchen Liste mit Informatikstudiengängen an deutschen Hochschulen] * [http://www.kreissl.info Tutorials zu den Kerngebieten der Informatik RA,DB,ST,KI und BS] * [http://www.grundstudium.info Materialien zum Grundstudium in Informatik] * [http://www.gi-ev.de Gesellschaft für Informatik e.V. (GI)] '''Österreich:''' * [http://www.ocg.at/ Österreichische Computergesellschaft] * [http://www.informatiker.at.tf Informationen für das Informatikstudium von und für Informatikstudenten] '''Schweiz:''' * [http://www.i-s.ch/ Informatik Schweiz I-S] [[Kategorie:Informatik| ]] [[Kategorie:Wissenschaft]] [[af:Rekenaarwetenskap]] [[ar:علم الحاسبات]] [[bg:Информатика]] [[ca:Inform tica]] [[cs:Počítačová věda]] [[da:Datalogi]] [[el:Επιστήμη Υπολογιστών]] [[en:Computer science]] [[eo:Komputiko]] [[es:Informática/Computación]] [[fa:علم رایانه]] [[fr:Informatique]] [[fy:Ynformatika]] [[he:מדעי המחשב]] [[hr:Računarstvo]] [[hu:Számítástechnika]] [[ia:Informatica]] [[id:Ilmu komputer]] [[ie:Informatica]] [[it:Informatica]] [[ja:情 工学]] [[ko:컴퓨터 과학]] [[lb:Informatik]] [[ml:കംപ്യുട്ടര് ശാസ്ത്രം]] [[nl:Informatica]] [[no:Datavitenskap]] [[pl:Informatyka]] [[pt:Ciência da computação]] [[ro:Informatică]] [[ru:Информатика]] [[simple:Computer Science]] [[sl:Informatika]] [[sr: ачунарство]] [[sv:Datavetenskap]] [[th:วิทยาการคอมพิวเตอร์]] [[tl:Agham pangkompyuter]] [[tr:Bilişim bilimi]] [[uk:Інформатика]] [[vi:Khoa học máy tính]] [[zh-cn:计算机科学]] [[zh-tw:計算機科學]]
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