Hört man den Begriff Informatik, denken viele Menschen an Computer, Nullen, Einsen und Hacker, die mit aufgezogener Kapuze in einem dunklen Raum sitzen, schnell auf der Tastatur herumtippen und auf einen Bildschirm schauen, der grüne, kryptische Zeichen anzeigt.
Natürlich sind das alles mehr oder weniger Bestandteile der Informatik oder ihrer Anwendung, jedoch gehört noch viel mehr dazu. All das kannst Du in den Artikeln zur Informatik auf StudySmarter nachlesen.
Informatik Definition
Die Informatik ist die Wissenschaft der Darstellung, Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Daten und Informationen. Dies erfolgt primär mithilfe von Computern. Die Informatik ist eng mit der Mathematik verknüpft und findet in vielerlei Hinsicht ihren Ursprung darin.1
Der Begriff Informatik ist zusammengesetzt aus den Worten „Information“ und „Automatik“.
Die Informatik lässt sich grob in Fachgebiete einteilen, welche in den nächsten Abschnitten aufgeschlüsselt werden.
Theoretische Informatik
Die theoretische Informatik befasst sich mit den abstrakten Themen der Informatik, besonders mit solchen, die stark mit der Mathematik verknüpft sind. Themen sind unter anderem die Automatentheorie, formale Sprachen und die Berechenbarkeits- sowie Komplexitätstheorie.2
Ein wichtiges Gebiet der theoretischen Informatik ist die Automatentheorie. Diese beschäftigt sich mit Modellrechnern, welche Automaten genannt werden, und den Problemen, welche diese lösen oder auch nicht lösen können.
Ein solcher Automat ist etwa die Turing-Maschine. Diese dient zur Erforschung der Berechenbarkeit von Funktionen.
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Weiterhin befasst sich die theoretische Informatik mit den formalen Sprachen. Gegensätzlich zu natürlichen Sprachen dienen formale Sprachen nicht primär der Kommunikation, sondern der Anwendung und Verarbeitung von Daten. Diese kommt primär in der Automatentheorie zum Einsatz, weswegen diese beiden Themen sehr eng miteinander verwoben sind.
Die Berechenbarkeitstheorie ist ein Teilgebiet der theoretischen Informatik, die sich dem Problem widmet, welche Probleme mithilfe einer Maschine gelöst werden können. In diesem Kontext fällt oft der Begriff Entscheidbarkeit. Kurz gesagt bestimmt die Entscheidbarkeit darüber, ob ein Problem algorithmisch lösbar ist oder nicht.
Ein Problem, welches nicht entscheidbar ist, ist das Halteproblem. Dabei stellt sich die Frage, ob es einen Algorithmus geben kann, welcher ein gegebenes Programm darauf prüfen kann, ob es bei der Verarbeitung einer Eingabe in eine Endlosschleife verfällt oder nicht.
Sämtliche Lösungsansätze für dieses Problem enden in einem Paradoxon.
Der Ressourcenbedarf von Algorithmen ist Thema der Komplexitätstheorie. Sie befasst sich sowohl mit der Laufzeit als auch dem Speicheraufwand eines Algorithmus. Beide werden mithilfe der Landau-Notation, auch O-Notation oder big O notation genannt, wiedergegeben.
Unten findest Du eine Übersicht zu den möglichen Notationen.
Bezeichnung | Funktion |
Konstant | O(1) |
Logarithmisch | O(log2(n)) = O(ln(n)) |
Wurzel | O(√n) = O(n1/2) |
Linear | O(n) |
quasi linear | O(n log n) |
Quadratisch | O(n2) |
Kubisch | O(n3) |
Polynomiell | O(nk) |
Exponentiell | O(2n) |
Praktische Informatik
Die praktische Informatik dient dazu, die Erkenntnisse aus den Gebieten der Informatik zu verwenden, um algorithmische Lösungen für Probleme in der realen Welt zu finden. Dazu gehört etwa die Entwicklung von Programmiersprachen.
Die praktische Informatik ist ebenfalls breit gefächert. Die Softwaretechnik – auch Software-Engineering genannt – beschäftigt sich mit dem Prozess, Software zu entwickeln.
Programmiersprachen sind formale Sprachen, die als Kommunikationsschnittstelle zwischen Mensch und Computer dienen. Mithilfe dieser kann ein Mensch dem Computer Anweisungen geben.
Betriebssysteme sind die Software, welche für den Betrieb eines Computers, wie man ihn kennt, notwendig sind. Sie verwalten Speicher und Arbeitsspeicher und kommunizieren mit der Peripherie des Gerätes.
Die Algorithmik beschäftigt sich mit Algorithmen. Diese sind bestimmte Vorgehensweisen zur Lösung von Problemen. Diese sind deterministisch, liefern also bei gleicher Eingabe immer das gleiche Ergebnis.
Datenstrukturen sind ebenfalls ein wichtiger Bestandteil der praktischen Informatik. Sie erlauben, Daten zu speichern, zu verknüpfen, zu verwalten und auf diese zuzugreifen.
Die Erweiterung von Datenstrukturen sind Datenbanken. Sie sind eine elektronische Sammlung aus Daten, die aus Nutzersicht in einem gemeinsamen Kontext stehen.
Technische Informatik
Die technische Informatik befasst sich mit dem Entwerfen und der Realisation der Rechnerarchitektur. Außerdem beschäftigt sie sich mit den Systemen, der Hardware und mit der systemnahen Software.
In ihren Grundlagen ist die technische Informatik eng mit der Elektrotechnik verwoben.
Wie die anderen Fachgebiete der Informatik auch lässt sich die technische Informatik in vielerlei Felder einteilen. Dazu gehören unter anderem:
Automatisierungstechnik
Echtzeitsysteme
Hardware- und Systembeschreibungssprachen
Netzwerktechnik
Rechnerarchitektur
Regelungstechnik und Sensorik
Signal- und Bildverarbeitung
Systemmodellierung
Angewandte Informatik
Im Gegensatz zur praktischen Informatik bleibt die Angewandte Informatik nicht in der Welt der Informatik. Sie befasst sich mit der Anwendung von Lösungen aus der Informatik in anderen Fachgebieten, etwa in der Biologie oder in der Medizin.
Diese Anwendung lässt sich ein mehrere Teilgebiete unterteilen.
Die Computergrafik beschreibt die Erzeugung von Bildern aus verschiedenen Daten und Informationen. Zusätzlich können mit der Computergrafik aufgenommene Bilder verbessert und so etwa wichtige Bildelemente hervorgehoben werden. Beispielsweise wird das bei den Bildern einer Computertomografie gemacht.
Weiterhin können mithilfe von Programmen Simulationen für bestimmte Situationen erstellt werden. Dies ist für viele Branchen hilfreich, etwa in der Bauindustrie. Das spart eine Menge Zeit und Ressourcen und damit bares Geld.
Eine weitere Anwendung von Lösungen der Informatik ist die Datenverarbeitung. Große Datenmengen können mithilfe von Programmen verwaltet werden, ohne dass etwa Karteikarten oder physische Akten angelegt werden müssen.
Grundlagen der Informatik
Wie in jeder Naturwissenschaft gibt es einige Grundlagen, die geklärt werden müssen, damit Du kompliziertere Zusammenhänge verstehst. Dazu gehören vordergründig Strukturen und Konzepte, welche in vielen Kontexten erneut vorkommen, etwa bestimmte Eigenschaften von Programmiersprachen.
Automaten Informatik
Ein Automat in der Informatik ist ein Modell eines Rechners. Die reale Existenz dieses ist in zweitrangig. Er dient dazu, Vorgänge zu modellieren. Automaten bestehen grundlegend aus beschriebenen Zuständen und Zustandsübergängen.
Automaten spielen eine wichtige Rolle in der theoretischen Informatik, genauer in der Berechenbarkeits- und Komplexitätstheorie.
Grundlegend funktionieren alle Automaten gleich. Zuerst befindet sich ein Automat in einem Startzustand. Von außen wird eine Eingabe gegeben, welche aus einer Zeichenkette besteht. Diese Zeichenkette besteht aus Elementen eines Eingabealphabets. In den meisten Beispielen besteht diese aus Nullen und Einsen. Je nach Zeichen der Eingabe wird der Automat in einen anderen Zustand versetzt.
In der Automatentheorie wird zwischen deterministischen und nicht-deterministischen endlichen Automaten differenziert. Bei einem deterministischen endlichen Automaten, kurz DEA, ist nach jeder Eingabe eindeutig, in welchen Zustand dieser übergeht. Bei einem nichtdeterministischen Automaten (NEA) hingegen können nach einer Eingabe mehrere Zustände ausgelöst werden. Welcher davon eintritt, ist nicht klar definiert.
Schematische Darstellung von DEA und NEA
Arrays Informatik
Zu den sich wiederholenden Grundlagen der Informatik gehören auch Datenstrukturen. Ein Beispiel dafür sind Arrays.
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Ein Array ist eine Datenstruktur in der Informatik. Arrays werden auch als Feld bezeichnet. Mithilfe von Arrays können viele Daten des gleichen Typs in einem Element abgespeichert werden. Jedes einzelne Element erhält einen Index, mithilfe dessen auf das Element zugegriffen werden kann.
Arrays werden beispielsweise verwendet, um große Textdateien gesammelt zu speichern und schnell auf einzelne Bestandteile zugreifen zu können.
Informatik Programmieren
Das Erste, woran die meisten Menschen im Kontext von Informatik denken, ist Programmieren. Während in der Realität sehr viel mehr dahintersteckt als Programmieren, ist es durchaus ein großer Teil der Informatik.
Der Begriff Programmieren bezeichnet den Prozess, in dem Programme für Computer erstellt werden. Das geschieht mithilfe von Programmiersprachen wie Python, C++, Swift und Java.
Nachdem der/die Programmierer*in den Code in einer beliebigen Programmiersprache geschrieben hat, muss er für den Computer in die Maschinensprache übersetzt werden. Dazu dienen sogenannte Compiler.
Neben den Compilern existieren auch Interpreter. Der grundlegende Unterschied liegt darin, dass Compiler eine speicherbare Datei mit Maschinencode erzeugen, Interpreter nicht. Durch einen Interpreter wird der Code Zeile für Zeile direkt ausgeführt. Compiler kompilieren den Code im Ganzen, speichern den Maschinencode und führen dann das gesamte Programm aus.
Vergleich Compiler/Interpreter
Zum Programmieren gehört neben dem Coden noch viel mehr, etwa müssen Programme getestet und der Prozess dokumentiert werden.
Informatik Datenbanken
Datenbanken lassen sich im Groben als elektronische Sammlung von Daten beschreiben. Sie dienen in erster Linie der Speicherung und Verwaltung großer Datenmengen.
Datenbanken finden viele Anwendungsgebiete, etwa die Verwaltung von Kundendaten. Außerdem wird Content umfangreicher Plattformen über Datenbanken verwaltet. Ein Beispiel dafür ist Wikipedia.
Mehr Informationen zu den Datenbanken findest Du bei StudySmarter.
Informatik künstliche Intelligenz
Künstliche Intelligenz – im allgemeinen Sprachgebrauch oft mit KI abgekürzt – beschreibt eine Automatisierung intelligenter Verhaltensweisen. Zudem zählt das Konzept des maschinellen Lernens zum Oberthema KI.
Ein grundlegendes Merkmal der KI ist der Versuch, menschliches Verhalten algorithmisch zu imitieren. Dabei ist die Zielstellung, einer Maschine die Fähigkeit zu verleihen, Probleme im weitesten Sinne allein zu lösen.
Die Anwendungsgebiete von KI sind sehr breit gefächert. Ein Beispiel dafür sind etwa Sprachassistenten wie Siri oder Alexa, welche ein menschliches Verhalten imitieren und so als eine Art persönlicher Assistent dienen.
Informatik - Das Wichtigste
Informatik Definition: Die Informatik ist die Wissenschaft der Darstellung, Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Daten und Informationen
Theoretische Informatik: Die theoretische Informatik befasst sich mit den abstrakten Themen der Informatik
Praktische Informatik: Die praktische Informatik dient dazu, Erkenntnisse aus der Informatik zu verwenden, um Lösungen für Probleme der realen Welt zu finden
Technische Informatik: Die technische Informatik befasst sich mit Entwurf und Realisation der Rechnerarchitektur
Angewandte Informatik: Die angewandte Informatik befasst sich mit der Anwendung von Lösungen aus der Informatik in anderen Fachgebieten
Automaten Informatik: Ein Automat ist ein Modell eines Rechners, welches der Modellierung von Problemen dient
Arrays Informatik: In Arrays können viele Daten des gleichen Typs in einem Element abgespeichert werden
Informatik programmieren: Programmieren bezeichnet den Prozess, in dem Programme erstellt werden
Informatik Datenbanken: Datenbanken sind elektronische Sammlung aus Daten, die in einem gemeinsamen Kontext stehen
Informatik künstliche Intelligenz: Der Begriff KI beschreibt eine Automatisierung intelligenter Verhaltensweisen
Nachweise
- Claus (2006). Duden Informatik A – Z: Fachlexikon für Studium, Ausbildung und Beruf. Bibliographisches Institut.
- wirtschaftslexikon.gabler.de: Informatik Definition: Was ist "Informatik"?. (25.11.2022)
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