Informatik

Informatik ist eine Strukturwissenschaft, die sich mit der Information und deren automatischer Verarbeitung befasst.

In der Informatik geht es genauso wenig um Computer wie in der Astronomie um Teleskope Informatica gaat net zo min over computers, als astronomie over telescopen Edsger W. Dijkstra

Ursprung

Der Begriff Informatik ist zusammengesetzt aus den Wörtern Information und Automatik. Das Wort wurde in Deutschland erstmals 1957 von Karl Steiner, 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.

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.

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. Die weltweite Vernetzung revolutionierte die Unternehmenkommunikation und Logistik, die Medien aber auch praktische 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 gewaltige 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.

Bis heute sind Computersysteme jedoch weitgehend "dumm", und handeln allein nach einem vorgegebenen Ablaufsplan. Während Menschen hohe kognitive und assoziative Fähigkeiten besitzen, können Computer beispielsweise tausende Datensätze "algorithmisch" oder maschinell abarbeiten - eine Fähigkeit, die Menschen in der Regel nicht besitzen. Versuche im Bereich der Künstlichen Intelligenz, Computer "intelligent" zu machen, ihnen zu erlauben selbständig Wissen anzueignen und daraus Entscheidungen abzuleiten, blieben jedoch weitgehend erfolglos. Sie finden heute in nur wenigen Teilbereichen der Informatik (wie z.B. der Mustererkennung und Bildverarbeitung) Anwendung.

Inhalte der Kerninformatik

Die "Informatik" umfasst die Erforschung und die Lehre des mit Computern Machbaren, die Weiterentwicklung der Computer und Software und viele weitere Zweige. Einige davon sind:

Theoretische Informatik

Hauptartikel: Theoretische Informatik

Die theoretische Informatik beschäftigt sich mit der Theorie formaler Sprachen bzw. Automatentheorie, Berechenbarkeits- und Komplexitätstheorie, 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.

Berechenbarkeitstheorie

Im Rahmen der Berechenbarkeitstheorie untersucht die theoretische Informatik, welche Probleme lösbar sind. Dabei hilft die churchsche These den Bogen von Register- und Turingmaschinen zur Realität moderner Computer zu schlagen.

Komplexitätstheorie

Die Komplexitätstheorie befasst sich mit der Komplexität von algorithmisch behandelbaren Problemen auf verschiedenen mathematisch definierten formalen Rechnermodellen, sowie der Güte der sie lösenden Algorithmen. Die Untersuchung der Komplexität bezieht sich dabei auf den Ressourcenverbrauch der Algorithmen, meist auf die Rechenzeit oder den Speicherplatzbedarf.

Automatentheorie und Formale Sprachen

Die Theorie der formalen Sprachen ordnet Sprachen in die Chomsky-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.

Praktische Informatik

Die praktische Informatik beschäftigt sich mit Algorithmen, Datenstrukturen, Programmiersprachen, Betriebssystemen und Datenbanken sowie mit den softwareseitigen Grundlagen der Informatik.

Algorithmen

Ein Algorithmus bezeichnet eine genau definierte Vorgehensweise zur Lösung eines Problems. Ein Beispiel ist der euklidische Algorithmus zur Ermittlung des größten gemeinsamen Teilers zweier natürlicher Zahlen. In der Informatik sind Algorithmen stets deterministisch, d.h. sie liefern auf gleiche Eingaben immer das gleiche Ergebnis.

Datenstrukturen

Datenstrukturen bezeichnen eine bestimmte Art, Daten zu verwalten und miteinander zu verknüpfen, um in geeigneter Weise auf diese zugreifen und sie manipulieren zu können. Datenstrukturen sind immer mit bestimmten Operationen verknüpft, um eben diesen Zugriff und diese Manipulation zu ermöglichen. Ein Beispiel für eine Datenstruktur ist der Stack (Stapelspeicher). Man kann in einen Stack Elemente mittels der push-Operation einfügen und mit pop wieder entfernen, wobei das Prinzip Last In - First Out gilt. Anschaulich kann man sich einen Stack wie einen Bücherstapel vorstellen, bei dem man immer nur ein Buch oben drauflegen oder das oberste Buch herunternehmen kann. Komplexere Datenstrukturen sind Bäume oder Graphen.

Betriebssysteme

Ein Betriebssystem ist die Software, die die Verwendung (den Betrieb) eines Computers ermöglicht. Es verwaltet Betriebsmittel wie Arbeitsspeicher, Ein- und Ausgabegeräte und steuert die Ausführung von Programmen. Betriebssysteme bestehen in der Regel aus einem Kernel, der die Hardware des Computers verwaltet, sowie grundlegenden Systemprogrammen, die dem Start des Betriebssystems und dessen Konfiguration dienen. Verbreitete Betriebssysteme sind Microsoft Windows und Linux.

Datenbanken

Eine Datenbank ist die elektronische Form eines Karteikastens. Es handelt sich um eine Sammlung von Daten, die aus der Sicht des Benutzers zusammengehören, z. B. eine Personaldatenbank oder eine Lagerinventardatenbank. Es gibt hierarchische, relationale, multidimensionale und objektorientierte Datenbanken. Die Datenbank wird üblicherweise von einem Datenbankverwaltungssystem (DBMS) verwaltet. Die relationalen Datenbanken haben momentan die größte Verbreitung, wobei viele von ihnen bereits objektrelationale Erweiterungen haben, z.B. die Produkte Oracle der gleichnamigen Firma oder die DB2 der Firma IBM.

Softwaretechnik

Technische Informatik

Die technische Informatik befasst sich mit den hardwareseitigen Grundlagen der Informatik wie etwa der Mikroprozessortechnik, Rechnerarchitekturen und verteilten Systemen.

Informatik als interdisziplinäre Wissenschaft

Rund um die Informatik haben sich einige interdisziplinäre Forschungsansätze entwickelt:

Die Künstliche Intelligenz ist ein großes Teilgebiet der praktischen Informatik mit starken Einflüssen aus Logik, Linguistik, Neurophysiologie und Kognitionspsychologie. Sie beschäftigt sich mit Expertensystemen, Sensorik und Robotik.
Die Wirtschaftsinformatik befasst sich mit dem Einsatz von Informationstechnik bzw. Informationssystemen in privatwirtschaftlichen Unternehmen und der öffentlichen Verwaltung.
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.
Das Fachgebiet Didaktik der Informatik beinhaltet alle Fragen zur Ausbildung und Lehre im Bereich der Informatik.
Ebenfalls zur Informatik gehört die Frage nach den Wechselwirkungen zwischen Informatik und Gesellschaft.

Verbindungen zur Mathematik

Die Mathematik und die Informatik liegen nah beieinander, viele Bereiche der beiden Disziplinen sind inzwischen weder dem einen noch dem anderen eindeutig zuzuordnen. Als Beispiele kann man nennen:

Algebra (Ringe und Körper) (Vorallem in der Kryptographie)
Codierungstheorie (Datenübertragung)
Graphentheorie
Kategorientheorie
Kombinatorik
Lineare Algebra
Logik
Numerik
Topologie
Zahlenmengen
Zahlentheorie
Diskrete Mathematik

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.

Weblinks

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Deutschland

Österreich

Literatur

Gumm, Heinz-Peter; Sommer, Manfred: Einführung in die Informatik, Oldenbourg, 2002, ISBN 3486256351