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Ingenieurinformatik

Ingenieurinformatik

Der Studiengang Ingenieurinformatik (engl. "computer engineering") ist sehr stark interdisziplinär an den Fachbereichen Elektrotechnik, Maschinenbau und Informatik orientiert und wurde erstmalig im Wintersemester 1984/85 an der Universität Dortmund angeboten. An der TU Ilmenau wurde der Studiengang z.B. 1996 eingeführt. Bis dato gab es diesen neuartigen Studiengang nur zweimal in Deutschland. Mittlerweile wird der Studiengang Ingenieurinformatik auch an vielen Fachhochschulen (FH) und Berufsakademien (BA) unter dem Namen Technische Informatik geführt. Die Studenten dieser Fachrichtung verfügen über ein breit gefächertes Wissen in den Bereichen Ingenieurwissenschaften sowie Informatik. So sind sie eine 'Schnittstelle' zwischen Informatikern und Elektrotechnikingenieuren. Somit wird die Lücke zwischen dem Ingenieurwesen und den wachsenden Anforderungen in der Informationstechnologie geschlossen.

Studium

Im Grundstudium werden zu einem großen Teil mathematische und physikalische Grundlagen sowie die Grundlagen der Elektrotechnik und der Informatik vermittelt. Zusätzlich werden Grundlagenfächer aus den Bereichen Nachrichtentechnik, Messtechnik, Regelungstechnik, Informatik, Mathematik usw. angeboten, die auf das Hauptstudium vorbereiten sollen. Das Angebot dazu variiert stark und hängt von der betreffenden Universität ab. So werden an Universitäten im Grundstudium z.T. Vorlesungen angeboten, die an Fachhochschulen erst im Hauptstudium stattfinden bzw. die an Fachhochschulen Vertiefungsschwerpunkte darstellen (z.B. Numerische Mathematik, Signal- & Systemtheorie, Datenbanken, etc.). Die Ansiedelung der Ingenieurinformatik im Interdisziplinären bietet dem Studierenden im Hauptstudium meist mehr Vertiefungsschwerpunkte als in anderen Studiengängen. Möglich sind beispielsweise:
- Telekommunikations- und Messtechnik
- System- und Automatisierungstechnik
- Medizinische Informatik
- Multimediale Informations- und Kommunikationssysteme
- Integrierte Hard- und Softwaresysteme
- Informatikkomponenten für Intelligente Systeme / Kognitive technische Systeme
- IT in der Produktentwicklung
- Spezialisierung im Mechatronikbereich
- Softwaretechnik
- individuelle Gestaltung

Berufliche Tätigkeitsfelder

Ebenso wie die Vertiefungsschwerpunkte sind die Berufsperspektiven der AbsolventInnen des Studienganges Ingenieurinformatik äußerst vielseitig und einem ständigen Wechsel und einer andauernden Anpassung an neueste Entwicklungen unterworfen. Mögliche Tätigkeitsfelder sind:
- Bauingenieurwesen
- Chemietechnik
- Elektrotechnik
- Maschinenbau
- Industrielle Steuerungstechnik
- Computer Integrated Manufacturing
- Kraftfahrzeugtechnik
- Luft- und Raumfahrttechnik
- Mobile Robotik
- Medizintechnik
- Navigationstechnik
- Kommunikationstechnik
- Messtechnik
- Eingebettete Rechnerapplikationen
- Heimelektronik
- Komplexe Systeme in Technik und Umwelt
- Medieninformatik
- Forschung und Lehre

Links

- http://www.tu-ilmenau.de/uni/Ingenieurinformatik.1407.0.html
- http://www.it.ba-horb.de/Ingenieurinformatik/ingenieurinformatik.html
- http://www.fhnon.de/fbat/inform-ing/
- http://www.fh-kl.de/kaiserslautern/et/info.html
- http://www.cs.uni-magdeburg.de/study/inginf.shtml.de Kategorie:Studienfach

Elektrotechnik

Elektrotechnik bezeichnet denjenigen Bereich der Technik, der sich mit allen Aspekten der Elektrizität befasst. Hierzu gehören die elektrische Energieerzeugung, die Energieübertragung sowie alle Arten ihrer Nutzung. Dies reicht von den elektrisch betriebenen Maschinen über alle Arten elektrischer Schaltungen für die Steuer-, Mess-, Regelungs- und Computertechnik bis hin zur Nachrichtentechnik. Die Elektrotechnik ist sowohl eine Ingenieurwissenschaft, die technische Anwendungen erforscht und umsetzt, als auch das Aufgabenfeld diverser Handwerksberufe.

Aufgabengebiete

Die klassische Einteilung der Elektrotechnik war die Starkstromtechnik, die heute als Energietechnik und Antriebstechnik erscheinen und die Schwachstromtechnik, die sich zur Nachrichtentechnik formierte. Als weitere Gebiete kamen die elektrische Messtechnik und die Regelungstechnik sowie die Elektronik hinzu. Die Grenzen zwischen den einzelnen Bereichen sind dabei vielfach fließend. Mit zunehmender Verbreitung der Anwendungen ergaben sich zahllose weitere Spezialisierungsgebiete. In unserer heutigen Zivilisation werden fast alle Abläufe und Einrichtungen elektrisch betrieben oder laufen unter wesentlicher Beteiligung elektrischer Geräte und Steuerungen.

Energietechnik

Die Energietechnik (früher Starkstromtechnik) befasst sich mit der Erzeugung und Übertragung elektrischer Energie und auch der Hochspannungstechnik. Die elektrische Energie wird in den meisten Fällen durch Wandlung aus mechanisch/rotatorischer Energie durch Generatoren erzeugt. Zum klassischen Bereich der Starkstromtechnik gehört außerdem der Bereich der Verbraucher elektrischer Energie und die Antriebstechnik.

Antriebstechnik

Die Antriebstechnik, früher ebenfalls als "Starkstromtechnik" betrachtet, setzt elektrische Energie durch elektrische Maschinen, in mechanische Energie um. Die klassischen Maschinen sind die Synchron-, die Asynchron- und die Gleichstrommaschine, wobei es vor allem im Bereich der Kleinantriebe viele weitere Typen gibt. Neuer ist die Entwicklung der Linearmotoren, die die elektrische Energie direkt in mechanisch/lineare Bewegung umsetzen, ohne den "Umweg" über eine Rotationsbewegung. Die Antriebstechnik spielt eine große Rolle in der Automatisierungstechnik, da hier oft eine Vielzahl von Bewegungen mit elektrischen Antrieben realisiert werden müssen. Genauso spielt die Elektronik in der Antriebstechnik eine große Rolle, zum einen für die Steuerung und Regelung der Antriebe, zum anderen werden Antriebe oft durch Leistungselektroniken mit elektrischer Energie versorgt.

Nachrichtentechnik

Mit Hilfe der Nachrichtentechnik, auch Informations- und Kommunikationstechnik (früher Schwachstromtechnik) genannt, werden mittels elektrischer Impulse oder elektromagnetischer Wellen Informationen von einer Informationsquelle (dem Sender) zu einem oder mehreren Empfängern (der Informationssenke) übertragen. Dabei kommt es darauf an, die Informationen so verlustarm zu übertragen, dass sie beim Empfänger erkannt werden können. (siehe auch Hochfrequenztechnik, Amateurfunk) Ein wichtiger Aspekt der Nachrichtentechnik ist die Signalverarbeitung, zum Beispiel mittels Filterung, Kodierung oder Dekodierung.

Elektronik

Elektronik Die Elektronik befasst sich mit der Entwicklung, Fertigung und Anwendung von elektronischen Bauelementen wie zum Beispiel Kondensatoren und Spulen oder Halbleiterbauelementen wie Dioden und Transistoren. Die Mikroelektronik beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung integrierter Schaltkreise (ICs) aus Halbleiterelementen, zum Beispiel Prozessoren. Die Entwicklung der Leistungshalbleiter (Leistungselektronik) spielt in der Antriebstechnik eine immer größer werdende Rolle, da Frequenzumrichter die elektrische Energie wesentlich flexibler bereitstellen können, als dies beispielsweise mit Transformatoren möglich ist. Die Digitaltechnik lässt sich insoweit der Elektronik zuordnen, als die klassische Logikschaltung aus Transistoren aufgebaut ist. Andererseits ist die Digitaltechnik auch Grundlage vieler Steuerungen und damit der Automatisierungstechnik verbunden. Die Theorie ließe sich auch der theoretischen Elektrotechnik zuordnen.

Automatisierungstechnik

In der Automatisierungstechnik werden mittels Methoden der Steuerungs-, Regelungs- und Digitaltechnik einer oder mehrere manuelle Arbeitsschritte automatisiert bzw. überwacht. Eines der Kerngebiete der Automatisierungstechnik ist die Regelungstechnik. Regelungen sind in vielen technischen Systemen enthalten. Beispiele sind die Regelung von Industrierobotern, Autopiloten in Flugzeugen und Schiffen, Drehzahlregelungen in Motoren, die Stabilitätskontrolle (ESP) in Automobilen, die Lageregelung von Raketen und die Prozeßregelungen chemischer Anlagen. Einfache Beispiele des Alltags sind die Temperaturregelungen in Bügeleisen und Kühlschränken. (siehe auch Messtechnik, Sensortechnik)

Theoretische Elektrotechnik

Die Basis der Theorie und Bindeglied zur Physik der Elektrotechnik sind die Erkenntnisse aus der Elektrizitätslehre. Die Theorie der Schaltungen befasst sich mit den Methoden der Analyse von Schaltungen aus passiven Bauelementen. Aufgebaut auf den Maxwellschen Gleichungen ist die Theorie der Felder und Wellen, kurz, die Theoretische Elektrotechnik.

Geschichte, Entwicklungen und Personen der Elektrotechnik

Theoretische Elektrotechnik] Die Anfänge der Elektrotechnik sind sicher in der Physik zu suchen, aus der sie sich aber spätestens zur Zeit von Thomas Alva Edison und Werner von Siemens zu einer eigenen Disziplin entwickelt hat. Im Anfang standen Entdeckungen rund um die Elektrizität. 1752 erfand Benjamin Franklin den Blitzableiter und veröffentlichte 1751-53 die Resultate seiner Experiments and Observations on Electricity. 53] 1792 machte Luigi Galvani sein legendäres Froschschenkel-Experiment. Von diesen Experimenten angeregt, baute Alessandro Volta um 1800 die so genannte volta'sche Säule, eine erste funktionierende Batterie. 1820 machte Hans Christian Ørsted Versuche zur Ablenkung einer Magnetnadel durch elektrischen Strom. André Marie Ampère führte diese Experimente weiter, und wies 1820 nach, dass zwei stromdurchflossene Leiter eine Kraft aufeinander ausüben. Ampère erklärte den Begriff der elektrischen Spannung und des elektrischen Stromes und legte die Stromrichtung fest. 1820] Faraday leistete einen großen Beitrag auf dem Gebiet der elektrischen und magnetischen Felder, von ihm stammt auch der Begriff der "Feldlinie". Die Erkenntnisse Faradays waren die Grundlage für James Clerk Maxwells Arbeiten. Er vervollständigte die Theorie des Elektromagnetismus zur Elektrodynamik und deren mathematische Formulierung. Die Quintessenz seiner Arbeit, die 1864 veröffentlichten Maxwellschen Gleichungen sind eine der grundlegenden Theorien in der Elektrotechnik. Diese sagte beispielsweise die Existenz elektromagnetischer Wellen voraus, deren Existenz später durch Experimente von Heinrich Rudolf Hertz bestätigt wurden und die die Grundlage jeder Funkübertragung sind. Heinrich Rudolf Hertz] Philipp Reis erfindet 1860 am Institut Garnier in Friedrichsdorf das Telefon und damit die elektrische Sprachübermittlung. Allerdings wurde seiner Erfindung keine große Beachtung geschenkt, so dass erst 1876 Alexander Graham Bell in den USA das erste wirtschaftlich verwendbare Telefon konstruierte und auch erfolgreich vermarktete. Zu den Wegbereitern der "Starkstromtechnik" gehört Werner von Siemens, der 1866 das dynamoelektrische Prinzip entdeckte, und daraus den ersten elektrischen Generator entwickelte. Elektrische Energie war das erste Mal in großer nutzbarer Menge vorhanden. 1879 erfand Thomas Alva Edison die Kohlefadenglühbirne und brachte damit das elektrische Licht zu den Menschen. In der Folge hielt Elektrizität Einzug in immer größere Bereiche des Lebens. Zur gleichen Zeit wirkten Nikola Tesla und Michail von Dolivo-Dobrowolsky, die Pioniere des Wechselstroms waren und durch ihre bahnbrechenden Erfindungen die Grundlagen der heutigen Energieversorgungssysteme schufen. Michail von Dolivo-Dobrowolsky] Erasmus Kittler begründete 1883 an der TH Darmstadt den weltweit ersten Studiengang für Elektrotechnik. Der Studiengang dauerte vier Jahre und schloss mit einer Prüfung zum Elektrotechnik-Ingenieur ab. 1885 und 1886 folgten das University College London (UK) und die University of Missouri (USA), die weitere eigenständige Lehrstühle für Elektrotechnik einrichteten. Die so ausgebildeten Ingenieure waren erforderlich, um eine großflächige Elektrifizierung zu ermöglichen. 1886] 1886] Heinrich Rudolf Hertz gelang 1884 der experimentelle Nachweis der Maxwellschen Gleichungen. Er wies die Existenz elektromagnetischer Wellen nach, er ist somit der Begründer der Grundlagen der drahtlosen Informationsübertragung und damit auch der Nachrichtentechnik. 1896 führt Guglielmo Marconi über 3km die weltweit erste drahtlose Funkübertragung aus. Basierend auf seinen Arbeiten sind ab 1900 erste Sende- und Empfangsanlagen kommerziell verfügbar. John A. Fleming erfindet 1905 die erste Radioröhre, die Diode. 1906 entwickeln Robert von Lieben und Lee De Forest unabhängig voneinander die Verstärkerröhre, Triode genannt, die der Funktechnik einen wesentlichen Impuls gab. John Logie Baird baute 1926 mit einfachsten Mitteln den ersten mechanischen Fernseher auf Grundlage der Nipkow-Scheibe. 1928 folgte der erste Farb-Fernseher. Im selben Jahr gelang ihm die erste transatlantische Fernsehübertragung von London nach New York. Bereits 1931 war seine Erfindung jedoch veraltet, Manfred von Ardenne führte damals die Kathodenstrahlröhre und damit das elektronische Fernsehen ein. 1942 stellt Konrad Zuse den weltweit ersten funktionsfähigen Computer, den Z3, fertig. Im Jahr 1946 folgt der ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) von John Presper Eckert und John Mauchly. Die erste Phase des Computerzeitalters begann. Die so zur Verfügung stehende Rechenleistung ermöglicht es den Ingenieuren und der Gesellschaft, völlig neue Technologien zu entwickeln und Leistungen zu vollbringen. Ein frühes Beispiel sind das Apollo-Projekt und die Mondlandung der NASA. Die Erfindung des Transistors 1947 in den Bell Laboratories (USA) durch William B. Shockley, John Bardeen und Walter Brattain und der gesamten Halbleitertechnologie erschloss der Elektrotechnik sehr weite Anwendungsgebiete, da nun viele Geräte sehr kompakt gebaut werden konnten. Ein weiterer wesentlicher Schritt in diese Richtung war die Entwicklung der Mikrointegration, der Integrierten Schaltkreise (IC) und damit der heutigen Prozessorchips. 1958 erfinden und bauen G.C. Devol und J. Engelberger in den USA den weltweit ersten Industrieroboter. Ein solcher Roboter wird 1960 bei General Motors erstmals in der industriellen Produktion eingesetzt. Industrieroboter sind heute in verschiedensten Industrien, wie z.B. der Automobilindustrie, ein wichtiger Bausstein der Automatisierungstechnik. Im Jahr 1968 erfindet Marcian Edward Hoff, bekannt als Ted Hoff, bei der Firma Intel den Mikroprozessor und läutet damit die Ära des PC's ein. Zugrunde lag Hoffs Erfindung ein Auftrag einer japanischen Firma für einen Desktop-Rechner, den er möglichst preisgünstig realisieren wollte. Die erste Realisierung eines Mikroprozessors war 1969 der Intel 4004, ein 4 Bit Prozessor. Aber erst der Intel 8080, ein 8-Bit-Prozessor, aus dem Jahr 1973 ermöglichte den Bau des ersten PCs, des Altair 8800. Die Firma Philips erfindet 1978 die Compact Disc (CD) zur Speicherung digitaler Informationen. 1982 resultiert dann aus einer Kooperation zwischen Philips und Sony die Audio-CD. 1985 folgt die CD-ROM. Im Jahr 1996 präsentiert die Firma Honda den weltweit ersten funktionsfähigen humanoiden Roboter, den P2. Einen ersten prototypischen humanoiden Roboter, der aber noch nicht voll funktionsfähig war, entwickelte bereits 1976 die japanische Waseda Universität. Aus dem P2 resultierte der zur Zeit aktuellste Android, Hondas ca. 1.20m großer Asimo. Neben vielen elektronischen und elektrotechnischen Komponenten bestehen humanoide Roboter auch wesentlich aus mechanischen Komponeten, deren Zusammenspiel man als Mechatronik bezeichnet.

Siehe auch

:Portal:Elektrotechnik :Portal:Halbleiter :Wikipedia:Liste elektrotechnischer Themen :Liste elektronischer Bauteile :Liste Persönlichkeiten der Elektrotechnik :Liste der Messgeräte und Messverfahren :Elektroindustrie
- Mechatronik

Literatur

- Lindner, Helmut; Brauer, Harry; Lehman, Constans: Taschenbuch der Elektrotechnik und Elektronik Fachbuchverlag Leipzig im Carl-Hanser-Verlag 1999 ISBN 3446210563
- Winfield Hill, Paul Horowitz: Die hohe Schule der Elektronik, Tl.1, Analogtechnik, Elektor-Verlag 2002 ISBN 3895760242
- Winfield Hill, Paul Horowitz: Die hohe Schule der Elektronik, Tl.2, Digitaltechnik, Elektor-Verlag 1996 ISBN 3895760250
- Kurt Jäger (Hrsg.): "Lexikon der Elektrotechniker", VDE-Verlag, 1996, ISBN 3-8007-2120-1
- Wolfgang König: "Technikwissenschaften", Chur: G+B Verlag Fakultas, 1995, ISBN 3-7186-5791-0
- Küpfmüller, Kohn: Theoretische Elektrotechnik und Elektronik (14. Aufl.) Springerverlag, ISBN 3-540-56500-0
- Jens Heinich: Eine kurze Chronik der Funkgeschichte. Dessau: Funk Verlag Bernhard Hein, 2002. ISBN 3-936124-12-4
- Gert Hagmann: Grundlagen der Elektrotechnik. 11., durchges. Aufl., Wiebelsheim 2005, ISBN 3-89104-687-1
- Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. (12. Aufl.) Springerverlag, April 2002, ISBN 3-54042-849-6 ! Kategorie:Ingenieurwissenschaft ja:電気工学 th:วิศวกรรมไฟฟ้า

Informatik

Informatik bezeichnet die Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen, insbesondere der automatischen Verarbeitung mit Hilfe von Rechenanlagen. Historisch hat sich die Informatik als Wissenschaft aus der Mathematik entwickelt, während die Entwicklung der ersten Rechenanlagen ihre Ursprünge in der Elektrotechnik und Nachrichtentechnik hat. Dennoch stellen Computer nur das Werkzeug der Informatik dar, um die theoretischen Konzepte praktisch umzusetzen. Von dem niederländischen Informatiker Edsger Dijkstra stammt der Satz „In der Informatik geht es genauso wenig um Computer wie in der Astronomie um Teleskope“.

Definition der Informatik

Begriffsbildung

Der Begriff Informatik ist zusammengesetzt aus den Wörtern Information und Automatik. Das Wort wurde in Deutschland erstmals 1957 von Karl Steinbuch, damals Mitarbeiter der Standard Elektrik Gruppe, in einer Veröffentlichung über eine Datenverarbeitungsanlage für das Versandhaus Quelle gebraucht. Der in Europa geprägte Begriff Informatik deckt unter anderem die Felder ab, die im Englischen mit computer science und information systems bezeichnet werden. In Skandinavien wird der Begriff Datalogi als Bezeichnung verwendet.

Bedeutung der Informatik in der Moderne

Die Informatik hat in praktisch allen Bereichen des modernen Lebens Einzug gehalten. Offensichtlich wird dies durch den enormen Einfluss des Internets verstärkt. Die weltweite Vernetzung revolutionierte die Unternehmenskommunikation und Logistik, die Medien aber auch praktisch alle privaten Haushalte. Weniger offensichtlich, aber allgegenwärtig ist die Informatik in Haushaltsgeräten wie Videorekordern oder Spülmaschinen, in denen sogenannte Embedded Systems die mehr oder weniger intelligente Steuerung übernehmen. Computer können große Datenmengen in kurzer Zeit verwalten, sichern, austauschen und verarbeiten. Um dieses zu ermöglichen, ist die Interaktion komplexer Hardware- und Softwaresysteme nötig, die auch das wesentliche Forschungsgebiet der Informatik darstellen. Als Beispiel mag die Wikipedia selbst dienen, in der 50.000 Anwender und Millionen von Besuchern täglich tausende Artikel suchen, lesen und bearbeiten. Die Stärken von Computersystemen liegen darin, schematische Berechnungen auf großen Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit ausführen zu können. Im Gegensatz dazu basieren viele scheinbar alltäglichen Intelligenzleistungen des Menschen jedoch auf kognitiven Leistungen, die bis heute von Computern nur stark eingeschränkt erbracht werden können. Als Beispiel sei hier das Erkennen von Gesichtern oder das Fällen von Entscheidungen bei unsicherer Wissensbasis genannt. Derartige Prozesse werden von der Künstlichen Intelligenz untersucht. In einzelnen Teildisziplinen konnten dabei bereits beachtliche Ergebnisse erzielt werden. Von einer umfassenden Nachahmung menschlicher Intelligenz kann dabei jedoch noch nicht gesprochen werden.

Disziplinen der Informatik

Die Teildisziplinen in der Informatik

Die Informatik unterteilt sich selbst in die wesentlichen Teilgebiete der Theoretischen Informatik, der Praktischen Informatik und der Technischen Informatik. Neben diesen Hauptsäulen gibt es noch die Bereiche Künstliche Intelligenz sowie Informatik und Gesellschaft, die als interdisziplinäre Disziplinen z.T. eigenständig sind. Die Anwendungen der Informatik in den verschiedenen Bereichen des täglichen Lebens sowie in anderen Fachgebieten, wie beispielsweise der Wirtschaftinformatik, Geoinformatik, Medizininformatik, werden unter dem Begriff der Angewandten Informatik geführt.

Bild:Architektur-der-informatik.png

Im Wesentlichen kann dabei die Theoretische Informatik als Grundlage für die weiteren Teilgebiete betrachtet werden. Sie liefert fundamentale Erkenntnisse für die Entscheidbarkeit von Problemen, für die Einordnung ihrer Komplexität und für die Formalisierung von Automaten und Sprachen. Auf dieser Grundlage bauen die Praktische Informatik und die Technische Informatik auf. Sie beschäftigen sich mit zentralen Problemen der Informationsverarbeitung und bieten pragmatisch anwendbare Lösungen. Hierbei sind diese beiden Teilgebiete eng ineinander verzahnt und unterscheiden sich nur durch das Maß der Nähe zur Mikroelektronik. Aus Sicht der Informatik ist die Elektronik jedoch mehr ein Hilfsmittel und nicht Teil der Kernforschung in der Informatik. In der Praktischen Informatik versucht man weitgehend von der Elektronik unabhängige Lösungen zu erarbeiten. Die Resultate finden schließlich Verwendung in der Angewandten Informatik. Diesem Bereich sind Hardware- und Software-Realisierungen zuzurechnen und damit ein Großteil des kommerziellen IT-Marktes. In den interdisziplinären Fächern wird darüber hinaus untersucht, wie die Informationstechnik Probleme in anderen Wissenschaftsgebieten lösen kann. Als Beispiel mag hier die Entwicklung von Geodatenbanken für die Geografie dienen, aber auch die Wirtschafts- oder Bioinformatik.

Theoretische Informatik

Bioinformatik Die Theoretische Informatik beschäftigt sich mit der Theorie formaler Sprachen bzw. Automatentheorie, Berechenbarkeits- und Komplexitätstheorie, Graphentheorie, Kryptologie, Logik (u. a. Aussagenlogik und Prädikatenlogik), formaler Semantik und bietet Grundlagen für den Bau von Compilern von Programmiersprachen und die mathematische Formalisierung von Problemstellungen. Sie ist somit das formale Rückgrat der Informatik.

Automatentheorie und Formale Sprachen

Formale Sprache 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. endlicher Automat 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

a^nb^n

, kann durch einen Kellerautomaten 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 formalen Sprachen in eine Hierarchie ein, die zwischen regulären, kontextfreien und kontextsensitiven Sprachen unterscheidet. Erstere werden mit endlichen Automaten, zweitere von Kellerautomaten und letztere von linear beschränkten Turingmaschinen erkannt.

Berechenbarkeitstheorie

Im Rahmen der Berechenbarkeitstheorie untersucht die theoretische Informatik, welche Probleme mit welchen Maschinen lösbar sind. Die churchsche These geht davon aus, dass alle intuitiv berechenbaren Fragestellungen auch mit Register- und Turingmaschinen 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-vollständig, wenn man damit eine 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 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-Programme, aber durch die mächtigere Klasse der WHILE-Programme 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 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 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 P

\neq

NP). P und NP sind dabei speziell definierte Klassen von Problemen. Die Frage ob P

\neq

NP 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 Computerprogrammen in der Softwaretechnik. Sie liefert die grundlegenden Konzepte zur Lösung von Standardaufgaben, wie die Speicherung und Verwaltung der Informationen mittels Datenstrukturen. Einen wichtigen Stellenwert haben dabei die Algorithmen, die Musterlösungen für häufige oder schwierige Aufgaben bereitstellen. Beispiele dafür sind die 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 Programmierarbeit, die sogenannte Implementierung, nur noch ein kleiner Teil des Gesamtprozesses. Die Praktische Informatik stellt insbesondere auch die Werkzeuge zur Softwareentwicklung bereit. So werden Compiler für die Programmiersprachen wie Visual Basic, 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 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 eine gut lesbares Dokument. HTML Neben diesen Grundlagen wendet sich die Praktische Informatik auch speziellen Lösungen für bestimmte Aufgaben zu. Hier sind insbesondere die Betriebssysteme und zunehmend die 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 Mikroprozessortechnik, Rechnerarchitekturen und 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 Integrierten Schaltkreisen ergeben. Integrierten Schaltkreisen Ein weiteres wichtiges Gebiet ist die Rechnerkommunikation. Diese ermöglicht den elektronischen Datenaustausches zwischen Computern und stellt damit die technische Grundlage des Internets dar. Neben der Entwicklung von Routern, Switches oder einer Firewall, gehört auch die Entwicklung der Softwarekomponenten, die zum Betrieb dieser Geräte nötig ist. Insbesondere gehört die Definition und Standardisierung der Netzwerkprotokolle, wie 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 Verteilten Systeme, den Zusammenschluss von Computern im Großen dar. Hier regeln 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 Geschäftsprozessen und der Buchhaltung in relationalen Datenbanksystemen und ERP-Systemen wie SAP. In der Computerlinguistik wird untersucht, wie natürliche Sprache mit dem Computer verarbeitet werden kann. Sie ist eigentlich ein Teilbereich der 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. Linguistik, Informatik, Philosophie, Anthropologie, Psychologie und Neurologie verbindet. Anwendungsgebiete der Computerlinguistik sind die Spracherkennung und -synthese, 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 Speicherung, Organisation und Analyse von biologischen Daten befasst. Die ersten reinen Bioinformatikanwendungen wurden für die 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 Genome (z. B. des Fadenwurms 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 chemischen Raum welcher aus virtuellen (in silico) oder realen Molekülen besteht. Die Größe des chemischen Raumes wird auf etwa

10^

Moleküle geschätzt und ist weit größer als die Menge der bisher real synthetisierten Moleküle. Somit lassen sich unter Umständen Millionen von Molekülen mit Hilfe solcher Computer-Methoden in silico testen, ohne diese explizit mittels Methoden der Kombinatorische Chemie oder 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 Geoinformationssysteme (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 medizinischen Informatik und der Rechtsinformatik. Die Zusammenarbeit mit der Mathematik oder der Elektrotechnik wird aufgrund der Verwandtschaft nicht als interdisziplinär bezeichnet.

Künstliche Intelligenz

interdisziplinär Die Künstliche Intelligenz (KI) ist ein großes Teilgebiet der Informatik mit starken Einflüssen aus Logik, 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. 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 Emotionen auszeichnet. 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. 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. Die Verfahren der KI finden Anwendung in Expertensystemen, in der Sensorik und Robotik.

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 mathematische Maschinen, mit denen Daten übertragen, gespeichert und durch Algorithmen automatisch verarbeitet werden können. Damit ermöglicht die Informatik insbesondere die maschinelle Simulation realer Prozesse. Als Hilfswissenschaft anderer Fachgebiete bildet die Informatik deren Gegenstände in abstrakte Strukturen ab und deren Prozesse in Algorithmen. Als Überbegriff rund um die Informationsverarbeitung sowie die entsprechenden Berufe hat sich die Informationstechnik (IT) etabliert.

Vorläufer des Computers

Informationstechnik 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 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 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

Software] Eine der ersten größeren Rechenmaschinen ist die von Konrad Zuse erstellte, noch immer rein mechanisch arbeitende Z1 von 1937. Vier Jahre später realisiert Zuse seine Idee mittels elektrischer Relais: Die 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. Die nächsten wesentlichen Entwicklungsschritte erfolgen in den USA. 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 Transistortechnik und der Mikroprozessortechnik 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 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, 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 1960er Jahren zu entwickeln begann, greift bis in die Gegenwart auf Varianten dieser Modelle zurück.

Formale Sprachen und Programmiersprachen

1956 beschreibt Noam Chomsky eine Hierarchie formaler Grammatiken, mit denen formale Sprachen 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 (1970), Pascal (1971), Smalltalk (1980) und Java (1995). Einige dieser Sprachen stehen für typische 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.

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 persönlichen Informationen durch Behörden, Unternehmen und Kriminellen ermöglicht. Ziel sind zum einen Verhaltensweisen von Kunden bei Onlinekäufen, aber auch der persönliche E-Mailverkehr oder Zugangsdaten zu Banken. Hier hat ein gegenseitiges Aufrüsten stattgefunden, persönliche Daten über Verschlüsselungen gegen Unbefugten Zugriff zu sichern, während auf der anderen Seite mittels Cookies, Spyware oder Phishing versucht wird die Schutzmechanismen auszuhebeln. Unternehmen suchen gezielt nach typischen Verhaltensweisen von Kunden über Datamining. Die so gewonnen 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 hingen erhalten verteuerte Konditionen oder werden sogar ausgeschlossen. Ein besonderes Interesse am Zugriff zu persönlichen Daten haben Stafverfolgungsbehörden 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 sogennanten 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 1960ern 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 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 als Wegweiser zu Artikeln rund um die Informatik.
- Siehe IT-Berufe für eine Übersicht der Berufe rund um die Informatik.
- Siehe 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

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]
- [http://www.schweizer-informatik.ch/ Schweizer Informatik] Kategorie:Wissenschaft ja:情報工学 ko:컴퓨터 과학 simple:Computer Science th:วิทยาการคอมพิวเตอร์ zh-cn:计算机科学 zh-tw:計算機科學

Technische Informatik

Die technische Informatik beschäftigt sich als eines der Hauptgebiete der Informatik mit den hardwaremäßigen Grundlagen von Rechen- und Kommunikationssystemen. Ihre Wurzeln liegen in der Elektrotechnik, insbesondere in der Digitaltechnik, sowie in der Logik und der diskreten Mathematik. Im Bereich der Schalttechnik lassen sich dabei die Grundlagen der technischen Informatik kaum von der Digitaltechnik unterscheiden. Auf der anderen Seite ergeben sich auch fließende Übergänge zur praktischen Informatik. Die verschwimmenden Grenzen in diesem Bereich ergeben sich aus der Möglichkeit, jeglichen Algorithmus potentiell auch durch feste Schaltungen realisieren zu können. Wäre dies auch aus Geschwindigkeitsgründen wünschenswert, so sind konkreten Schaltungen freilich schon aus Kostengründen wesentlich engere Grenzen gesetzt. Nichtsdestoweniger bemüht man sich im Allgemeinen, diese Grenze zu Gunsten einer immer umfangreicheren Hardware-Verarbeitung zu verschieben. Weite Teile der technischen Informatik sind durch kommerzielle Forschungsbestrebungen und Realisierungen geprägt, deren finanzielle Möglichkeiten aufgrund der Größe des Marktes die rein akademischen Möglichkeiten bei weitem übersteigen. Nennenswerte Fortschritte in der Technologie von Mikroprozessoren, Speicherkomponenten, Bussystemen und anderen wichtigen Teilbereichen der technischen Informatik werden daher heute meist industriell erreicht. Hinzu kommt, dass eine Reihe von Fortschritten in diesen Bereichen eher durch neue Produktionsverfahren erreicht wird als durch die eher strukturellen Kerngebiete der technischen Informatik. Der technischen Informatik kommt daher vielfach eher eine lehrende Bedeutung zu. Zu den weiteren, bislang noch nicht erwähnten Schwerpunkten der technischen Informatik gehören:
- Robotik
- Sensorik
- Netzwerktechnologie
- Automatisierungstechnik
- Rechnerarchitektur ko:컴퓨터공학 !

Messtechnik

Die Messtechnik befasst sich mit Geräten und Methoden zur Bestimmung (Messung) physikalischer Größen wie beispielsweise Länge, Masse, Gewicht, Temperatur oder Zeit. Wichtige Teilgebiete der Messtechnik sind die Entwicklung von Messsystemen und Messmethoden, sowie die Erfassung, Modellierung und Korrektur von Messfehlern. Dazu gehört auch die Eichung und Kalibrierung von Messgeräten.

Einteilung

Die Messtechnik lässt sich grundsätzlich in zwei Gebiete unterteilen:

Direkte Messtechnik

Bei der direkten Messung wird die Messgröße direkt mit einem Maßstab oder Normal verglichen. Einfache Beispiele einer direkten Messung sind das Anlegen eines Maßstabes an die zu bestimmende Länge oder der direkte Vergleich eines Massenormals mit der Testmasse auf einer Balkenwaage.

Indirekte Messtechnik

Messsysteme und indirekte Messmethoden machen Größen messbar, die auf direktem Wege nicht zugänglich wären. Der Abstand von Erde und Mond wäre durch direkten Vergleich mit einem Maßstab kaum zu bestimmen, da es keinen Maßstab mit geeigneter Länge gibt. Ein sehr alte Methode der indirekten Entfernungsmessung, mit der auch der Abstand Erde Mond bestimmt werden kann ist die Triangulation. Von zwei Standpunkten mit bekanntem Abstand bestimmt man den Winkel unter dem ein dritter Punkt zu sehen ist. Aus den beiden Winkeln und der bekannten Distanz kann der Abstand des dritten Punktes berechnet werden. So kann auch der Abstand des Mondes durch indirekten Vergleich mit einem relativ kurzen Maßstab bestimmt werden. Die Mehrzahl der im Alltag eingesetzten Messtechniken sind indirekte Verfahren. Das unterstreicht auch die Bedeutung des Verständnisses von Messfehlern und ihrer Fortpflanzung durch komplexe Messsysteme.

Schnellreferenz

Sensorik, Sensortechnologie, Messgeräte, Multimeter
Fehlerrechnung, Messfehler, Messunsicherheit

Grundlagen der elektrischen Messtechnik

- Fehler und Fehlerfortpflanzung
- Arithmetischer Mittelwert
- Effektivwert
- Echteffektivwert
- Spannungsform
- Digitalmultimeter
- Fehler der DMM
- Analogmultimeter
- Fehler der Analogmultimeter

Typen von Messgeräten

Eine ausführliche Aufzählung von Messgeräten findet sich im Artikel Messgerät.

Einteilung nach physikalischen Größen

- Spannung Voltmeter
- Strom Amperemeter, Dreheisenmesswerk, Drehspulmesswerk
- Temperatur Thermometer, PT100, Thermoelemente - °F/°C
- Luftfeuchtigkeit(Relative) Hygrometer - %RH
- Länge/Weg/Tiefe Barcheck - Messschieber
- Geschwindigkeit Tachometer
- Druck Druckmessdose, Dehnungsmessstreifen, Barometer
- Durchfluss Massendurchflussmessverfahren nach dem Coriolis-Prinzip, Differenzdruckverfahren, Ultraschallverfahren, Schwebekörper, Wirbelkörper
- Schallpegel Schallpegelmessgerät - dB
- Beleuchtungsstärke Luxmeter - Lux
- Magnetfeld SQUID - MEG

Siehe auch

- Portal:Elektrotechnik
- Elektrotechnik
- Entfernungsmessung

Literatur

- Hans R. Jenemann, Arno M. Basedow und Erich Robens: Die Entwicklung der Makro-Vakuumwaage, Wirtschaftsverl. NW Bremerhaven, ISBN 3-89429-214-8

Weblinks

- [http://www.ahmt.de Arbeitskreis der Hochschullehrer für Messtechnik]
- [http://www.elektronik-kompendium.de/cgi-bin/index.cgi?dir=mes ELKOM ELektronik-KOmpendium - Messtechnik von A bis Z]
- [http://www.hegewald-peschke.de Viele Informationen und Beispiele für die Anwendung von Prüftechnik und Messtechnik] Kategorie:Messtechnik