Einführung in die technischen und theoretischen Grundlagen der Informatik

Karteikarten und Zusammenfassungen für Einführung in die technischen und theoretischen Grundlagen der Informatik an der FernUniversität in Hagen

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Was sind die Lernziele für Kapitel 2, Aufbau und Funktionsweise eines Computers?
(zur allgemeinen Orientierung)

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Wovon ist Logik und Deduktion ein Teilgebiet?

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Worum geht es in der Algorithmik in der Theoretischen Informatik?

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Was wird in der Komplexitätstheorie in der Theoretischen Informatik untersucht?

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Was wird in der Berechenbarkeitstheorie in der Theoretischen Informatik untersucht?

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Welche Möglichkeit liefern formale Sprachen aus der Theoretischen Informatik?

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Was ist der Zweck eines Kommunikationsnetzes?

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Was stellt ein Betriebssystem zur Verfügung?

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Was wissen Sie über Eingebettete Systeme?

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Mit was befasst sich die Rechnerarchitektur?

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Mit was befasst sich der Hardware-Entwurf?

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Welche Teilbereiche umfasst die Technische Informatik?

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Einführung in die technischen und theoretischen Grundlagen der Informatik

Was sind die Lernziele für Kapitel 2, Aufbau und Funktionsweise eines Computers?
(zur allgemeinen Orientierung)

Nach dem Durcharbeiten dieses Kapitels
• kennen Sie die Komponenten eines Computers und können seine Funktionsweise anhand des grundsätzlichen Ablaufs von Befehlen erklären,
• verstehen Sie die Bedeutung interner und externer Bussysteme,
• können Sie die Arten und Aufgaben verschiedener Prozessorregister beschreiben,
• kennen Sie die Komponenten eines Rechenwerks, und
• können Sie mikroprogrammierbare Leitwerke für Mehrzyklenbefehle erklären.

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Wovon ist Logik und Deduktion ein Teilgebiet?

In diesem Gebiet untersucht man die Teilgebiete der Mathematischen Logik, die für die Informatik interessant sind. Es werden verschiedene Kalküle betrachtet, in denen sich logische Sachverhalte formal ausdrücken lassen. Für diese Systeme untersucht man Syntax und Semantik, und überprüft, wie sich Aussagen formal beweisen lassen. Auch die Modellierung von Aussagen in diesen Kalkülen ist Gegenstand dieses Teilgebietes.

Einführung in die technischen und theoretischen Grundlagen der Informatik

Worum geht es in der Algorithmik in der Theoretischen Informatik?

In der Algorithmik geht es darum, effiziente Algorithmen oder Datenstrukturen für wichtige Probleme zu finden. An dieser Stelle interessiert man sich nicht für die konkrete Lösung eines Anwendungsproblems. Algorithmen werden nicht programmiert, sondern durch Pseudocode oder eine verbale Beschreibung angegeben.

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Was wird in der Komplexitätstheorie in der Theoretischen Informatik untersucht?

In der Komplexitätsstheorie untersucht man, welche Probleme mit begrenzten Ressourcen berechnet werden können. Dabei konzentriert man sich meist auf die Ressourcen Zeit und Platz. Probleme mit gleichem Aufwand fasst man zu Komplexitätsklassen zusammen. Man interessiert sich dafür, wie diese Klassen zueinander liegen. Die P vs. NP Problematik (das wohl bekannteste offene Problem der Informatik) ist in diesem Teilgebiet beheimatet. Hier geht es um die Frage, ob alle Probleme, deren Lösung effizient überprüft werden kann, auch effizient berechnet werden können.

Einführung in die technischen und theoretischen Grundlagen der Informatik

Was wird in der Berechenbarkeitstheorie in der Theoretischen Informatik untersucht?

In der Berechenbarkeitstheorie wird untersucht, welche Probleme man generell berechnen kann. Diese Aussage ist vom Berechnungsmodell abhängig. Selbst für Modelle, die unserem Verständnis vom maschinellen Rechnen entsprechen, gibt es eine Vielzahl von relevanten Problemen, die nicht berechnet werden können. Dieses Teilgebiet hat Überschneidungen zur Mathematischen Logik

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Welche Möglichkeit liefern formale Sprachen aus der Theoretischen Informatik?

Eine Möglichkeit, Berechenbarkeit zu formalisieren, liefern formale Sprachen. Auch die Menge der syntaktisch korrekten Programme einer Programmiersprache ist eine formale Sprache. Formale Sprachen werden meist durch Ableitungsregeln oder Automatenmodelle definiert. Man will verstehen, wie verschiedene Sprachfamilien zueinander in Beziehung stehen und wie aufwändig es ist, Probleme für bestimmte formale Sprachen zu lösen. Formale Sprachen besitzen Anknüpfungspunkte zu der Theorie der Programmiersprachen, dem Compilerbau und der Berechenbarkeitstheorie.

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Was ist der Zweck eines Kommunikationsnetzes?

Kommunikationsnetze sorgen dafür, dass verschiedene Rechner miteinander kommunizieren können. Hierbei gibt es eine Fülle von Technologien unterschiedlichster Bandbreite, Verzögerung, oder Übertragungsmedien. Arbeiten mehrere Rechner, die sich an verschiedenen Orten (und in der Regel unter verschiedener administrativer Kontrolle) befinden, an der Lösung eines Problems, so spricht man von einem verteilten System. Mit dem Aufkommen des Grid– und Cloud-Computing hat dieses Feld an Bedeutung zugenommen.

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Was stellt ein Betriebssystem zur Verfügung?

Ein Betriebssystem stellt eine Abstraktionsschicht zwischen einer konkreten Rechnerhardware und Anwendungsprogrammen zur Verfügung. Es ermöglicht beispielsweise, dass mehrere Anwendungsprogramme quasi-gleichzeitig ausgeführt werden, und jedes dabei so ausgeführt werden kann, als ob es alleine auf dem Rechner ausgeführt würde. Gleichzeitig koordiniert und beschränkt das Betriebssystem den Zugriff von Anwendungen auf Hardware-Einheiten wie Festplatten oder Netzwerk-Karten.

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Was wissen Sie über Eingebettete Systeme?

Eingebettete Systeme dienen oft der Steuerung von Geräten. Deshalb dürfen Reaktionen des Systems bestimmte Zeiten nicht überschreiten. Zum Beispiel wäre es fatal, wenn die Weitergabe des Kommandos zum Bewegen der Vorderräder beim Steer-by-Wire in Kraftfahrzeugen manchmal erst mit einer Verzögerung von einer halben Sekunde erfolgen würde. Echtzeitsysteme erfüllen solche Eigenschaften.

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Mit was befasst sich die Rechnerarchitektur?

Die Rechnerarchitektur befasst sich mit Organisationsformen von Prozessoren, um verschiedene, teilweise in Konflikt stehende Entwurfskriterien wie Leistungsfähigkeit, Ressourcenverbrauch (Leistungsaufnahme, Anzahl Transistoren) und Zuverlässigkeit zu erfüllen.

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Mit was befasst sich der Hardware-Entwurf?

Der Hardware-Entwurf befasst sich mit der computergestützten Erstellung von Hardware-Schaltungen zur Realisierung von Schaltnetzen, Schaltwerken und Prozessoren. Die Bandbreite reicht von Überlegungen zur effizienten Realisierung von oft benötigten Schaltungen, zum Beispiel Rechnerarithmetik, über die Eingabe von Schaltungen mittels Hardware-Beschreibungssprachen bis zu Algorithmen zur automatischen Erstellung von Test-Eingabemustern für Mikrochips zur Erkennung von Fabrikationsfehlern.

Einführung in die technischen und theoretischen Grundlagen der Informatik

Welche Teilbereiche umfasst die Technische Informatik?

• Hardware-Entwurf (engl. digital design),
• Rechnerarchitektur (engl. computer organization and architecture),
• Messen, Modellieren und Bewerten,
• Echtzeit– und eingebettete Systeme,
• Betriebssysteme, und
• Rechnernetze und Verteilte Systeme.

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