Grundlagen der Informatik

Lernziele

• Grundlegende Konzepte der Informatik und Informationstheorie verstehen und anwenden
• Zahlensysteme konvertieren und mit Bits, Bytes und Zeichenkodierungen arbeiten
• Boolesche Algebra, Aussagen- und Prädikatenlogik für logische Probleme einsetzen
• Mengenlehre verstehen und auf informatische Probleme anwenden
• Formale Sprachen, reguläre Ausdrücke und Automaten konstruieren und analysieren
• Das Konzept der Turingmaschine und die Grenzen der Berechenbarkeit verstehen
• Grundlegende Programmierkonzepte, Compiler und Assembler verstehen
• Wichtige Datenstrukturen und Algorithmen kennen und deren Komplexität einschätzen

Voraussetzungen

• Keine

Sitzungen

SITZUNG 1

Informatik

Einführung in die Informatik als Wissenschaft und den Informationsbegriff

Themen

• Was ist Informatik?
• Teilgebiete der Informatik
• Der Informationsbegriff
• Informationsgehalt und Entropie
• Historische Entwicklung der Informatik

MATERIALIEN:

Slides Screencast Skriptum

SITZUNG 2

Daten-Information-Wissen

Die DIKW-Hierarchie und ihre Bedeutung in der Informatik

Themen

• Unterscheidung zwischen Daten und Information
• Wissensbegriff in der Informatik
• DIKW-Hierarchie (Data-Information-Knowledge-Wisdom)
• Informationsverarbeitung
• Wissensrepräsentation

MATERIALIEN:

Slides Skriptum The wisdom hierarchy: representations of the DIKW hierarchy

SITZUNG 3

Zahlensysteme, Bits & Bytes und Zeichenkodierung

Digitale Repräsentation von Information

Themen

• Binär-, Oktal- und Hexadezimalsystem
• Konvertierung zwischen Zahlensystemen
• Bits und Bytes
• ASCII und Unicode
• Zeichenkodierungen (UTF-8, UTF-16)
• Fehlerkorrigierende Codes

MATERIALIEN:

Slides Skriptum Screencast

SITZUNG 4

Boolesche Algebra und Aussagenlogik

Logische Grundlagen der Informatik

Themen

• Boolesche Operatoren (AND, OR, NOT)
• Wahrheitstafeln
• Aussagenlogik
• Logische Äquivalenz
• Normalformen (KNF, DNF)
• Logische Schaltungen

MATERIALIEN:

Slides Skriptum Screencast

SITZUNG 5

Mengenlehre und Prädikatenlogik

Erweiterte logische Konzepte und Mengenlehre

Themen

• Grundbegriffe der Mengenlehre
• Mengenoperationen (Vereinigung, Schnitt, Differenz)
• Potenzmenge und Kartesisches Produkt
• Prädikatenlogik erster Stufe
• Quantoren (Existenz- und Allquantor)
• Relationen und Funktionen

MATERIALIEN:

Slides Mengenlehre Slides Prädikatenlogik Skriptum Mengen Skriptum Prädikatenlogik Screencast

SITZUNG 6

Formale Sprachen, Reguläre Ausdrücke und Automaten

Theoretische Grundlagen der Spracherkennung

Themen

• Alphabete und formale Sprachen
• Chomsky-Hierarchie
• Reguläre Ausdrücke (RegEx)
• Endliche Automaten (DFA, NFA)
• Zustandsdiagramme
• Anwendungen in der Praxis

MATERIALIEN:

Slides Skriptum Screencast

SITZUNG 7

Turingmaschine

Das universelle Berechnungsmodell

Themen

• Alan Turing und die Turingmaschine
• Aufbau und Funktionsweise
• Church-Turing-These
• Berechenbarkeit und Entscheidbarkeit
• Halteproblem

MATERIALIEN:

Slides Screencast

SITZUNG 8

Programmierung - Compiler, C und Assembler

Von der Hochsprache zur Maschinensprache

Themen

• Programmiersprachen-Hierarchie
• Compiler vs. Interpreter
• Phasen der Compilation
• Einführung in C
• Assemblersprache
• Von-Neumann-Architektur

MATERIALIEN:

Slides Screencast

SITZUNG 9

Datenstrukturen und Algorithmen

Grundlegende Datenstrukturen und algorithmische Konzepte

Themen

• Arrays und Listen
• Stacks und Queues
• Bäume und Graphen
• Sortieralgorithmen
• Suchalgorithmen
• Algorithmus-Komplexität (Big-O-Notation)
• Rekursion

MATERIALIEN:

Slides Screencast

9

SITZUNG 9

Internet und Web

todo

Themen

• HTTP
• HTML
• URI, URL, URN
• Open Systems Interconnection Model

MATERIALIEN:

Slides

Ressourcen