Grundlagen der Informatik: Rechner, Programmiersprachen, Sicherheit und Privatheit

Worum geht es im Kurs?

Sie haben wahrscheinlich heute schon ein Informatiksystem benutzt, zum Beispiel eine Suchmaschine, ein soziales Netzwerk, ein Navigationssystem oder Ihr Mobiltelefon. Wenn Sie diese Dinge nicht nur nutzen sondern verstehen wollen, dann sind Sie hier richtig.

Ich hatte als Jugendlicher ein Buch mit dem Titel "Wie funktioniert das?". Darin wurde etwa erklärt, wieso ein Flugzeug fliegen kann, wie ein Kühlschrank funktioniert, und wie ein Dieselmotor arbeitet. Dieses Buch hat mir sehr geholfen, die Dinge um mich herum besser zu verstehen.

Heute sind Sie von Informatiksystemen umgeben. Informatik hat geändert, wie wir arbeiten, wie wir kommunizieren, wie wir spielen, wie wir uns informieren. Informatik hat geändert, wie unsere Wirtschaft funktioniert. Auf jedem Büroarbeitsplatz steht ein Rechner und viele Produktionsprozesse werden durch Informatik gesteuert. Einige der größten Firmen der Welt sind Informatikfirmen oder machen inzwischen einen großen Teil ihres Umsatzes mit Informatik.

Informatik hat uns viele neue Möglichkeiten eröffnet, bringt aber nicht nur positive Seiten mit sich. Es sind Berufe weggefallen, unsere Privatheit ist durch die Suchmaschinen und die sozialen Netzwerke stark gefährdet. Google weiß wahrscheinlich mehr über Sie als Ihr Partner oder Ihre Partnerin.

Wenn Sie fundiert über die Auswirkungen der Informatik auf die Gesellschaft und die Macht der künstlichen Intelligenz diskutieren wollen, wenn Sie wissen wollen, wie stark unsere Privatheit durch den Datenhunger der großen Firmen bedroht ist, dann müssen Sie Grundkenntnisse in Informatik haben.
Diese Kenntnisse vermittle ich Ihnen in diesem Kursreihe.

Welche Vorkenntnisse sollten Sie haben?
Es sind keine Vorkenntnisse nötig, aber Sie sollten Neugierde mitbringen und den Willen, auch mal Papier und Bleistift in die Hand zu nehmen, um einen Gedankengang nachzuvollziehen. Ich biete Ihnen auch Übungen an, mit denen Sie ihre Kenntnisse vertiefen können.

Nun ein paar Worte zur Organisation der Reise.
Wir haben zunächst ein MOOC, in dem wir die Grundlagen legen. Das MOOC besteht aus den Kapiteln 'Einführung', 'Rechner', 'Programme und Algorithmen', 'Sicherheit und Privatheit'. Im fünften Kapitel 'Mathematisches Rüstzeug' werden einige Grundlagen erklärt, die im MOOC und den weiteren Kursen benötigt werden. Ich empfehle Ihnen, sich die Kapitel je nach Vorwissen gar nicht, sehr schnell, gründlich oder sehr gründlich anzusehen.

Nach dem MOOC gibt es Kurse zu den verschiedensten Themen, um tiefer in die einzelnen Bereiche einzutauchen. Diese Kurse sind mehr oder weniger unabhängig voneinander. Natürlich gibt es Querbezüge, aber die Bearbeitung der Themen kann in beliebiger Reihenfolge geschehen.

• Optimierung: Ressourcen effizient nutzen
• Internet und World Wide Web: Die Infrastruktur der digitalen Welt
• Websuche: Wie funktioniert Google?
• Schnellste Wege und Navigationssysteme
• Suchen und Sortieren: Ordnung ist das halbe Leben
• Auktionen und verteiltes Entscheiden: Sotheby ist allgegenwärtig
• Kryptographie und Electronic Banking

Ich hoffe, ich habe Sie neugierig gemacht. Ich lade Sie ein zu einer Reise, an deren Ende Sie ein solides Grundwissen über Informatik haben werden.

Inhalt

1. Aperitif

2. Rechner

   1. Geschichte
   2. Aufbau und Funktionsweise
   3. Binärzahlen
   4. Universalität
   5. Laufzeit
   6. Turing und Turingmaschinen
   7. Mooresches Gesetz
   8. Innenleben: Gatter und Halbaddierer
   9. Innenleben: Volladdierer und Addierer
   10. Innenleben: Speicher und Befehlszyklus

3. Algorithmen, Programme und Programmiersprachen

   1. Algorithmen und Programme
   2. Programmiersprachen
   3. Erste Algorithmen
   4. Mit Buchstaben rechnen

4. Sicherheit und Privatheit

   1. Sicherheit
   2. Privatheit

5. Mathematisches Rüstzeug: Kommen Sie darauf zurück, wenn immer Ihnen der Unterbau fehlt.

   1. Bits, Bytes und Zweierpotenzen
   2. Potenzen und Logarithmen
   3. Polynome, Extrema, Nullstellen und Interpolation
   4. Groß O
   5. Lineare Gleichungssysteme
   6. Wahrscheinlichkeit und die Regel von Bayes
   7. Induktion und Invarianten
   8. Graphen

Lernziele

1. Aufbau und Innenleben von Rechnern. Funktionsweise von Rechnern
2. Universalität von Rechnern
3. Mooresches Gesetz
4. Turing und Turingmaschinen: das einfachste und grundlegenste Modell eines Rechners
5. Grundbegriffe der Programmierung: Variable, Ausdrücke, Wertzuweisungen, bedingte Anweisungen, Schleifen, Pseudocode und Code
6. Einfache Algorithmen
7. Man kann nicht nur mit Zahlen rechnen.
8. Praktische Tips zu Sicherheit und Privatheit
9. Mathematisches Rüstzeug, wenn immer es später gebraucht wird.

Zielgruppe

Alle, die ein grundlegenden Verständnis für Rechner, Algorithmen und Programme entwicklen wollen. Alle, die die weiterführenden Kurse mit einem soliden Fundament angehen wollen.

Bestandteile des Kurses

1. Videos
2. Quizzes
3. Übungen mit Lösungen
4. Logbuch-Aufgaben
5. Teilnahmezertifikat

Danksagung

Ich danke meinen (ehemaligen und aktuellen) Mitarbeitern, mit deren Hilfe ich die Vorlesung Ideen und Konzepte der Informatik an der Universität des Saarlandes entwickelt habe:

Dr. Konstantinos Panagiotou, Dr. Adrian Neumann, Dr. Antonios Antoniadis, Dr. Corinna Coupette und Angelina Mansion.

Dieser Kurs und die gesamte Kursreihe bauen auf dieser Vorlesung auf.

Lehrende

Zum Profil

Kurt Mehlhorn

Kurt Mehlhorn ist begeisterter Forscher und Lehrer. Er ist der festen Überzeugung, dass alle Bürger(innen) Grundkenntnisse in Informatik haben sollten; dafür hat er diese Kurse entwickelt. Er ist Seniorprofessor für Informatik an der Universität des Saarlandes und war Direktor am Max-Planck-Institut für Informatik. Er ist Koautor von über 300 Veröffentlichungen und sechs Büchern und einer der Architekten der Algorithmenbibliothek LEDA. Bei ihm haben mehr als 80 Doktorand(inn)en promoviert. Er erhielt mehrere Auszeichnungen, darunter den Leibniz Preis, den ACM Theory and Practice Award und fünf Ehrendoktoren. Er hat die Algorithmic Solutions Software GmbH mitgegründet, ist verheiratet und Vater von drei Kindern. Wenn Sie mehr über ihn wissen wollen, besuchen Sie seine Webseite (https://people.mpi-inf.mpg.de/~mehlhorn/).