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E-Book

Dem Computer ins Hirn geschaut

Informatik entdecken, verstehen und querdenken

Autor	Eckart Zitzler
Verlag	Springer-Verlag
Erscheinungsjahr	2017
Seitenanzahl	468 Seiten
ISBN	9783662536667
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	29,99 EUR

Dieses Buch entführt Sie hinter die Kulissen der Informatik, macht die ihr zugrunde liegenden Ideen verständlich und lässt Sie verblüffende Parallelen zum Lebendigen entdecken.

Schritt für Schritt tauchen Sie ein in die Welt des Computers und lernen,

wie sich mit Strom rechnen lässt,
wie Computer aufgebaut sind und mit der Außenwelt kommunizieren,
welche ausgeklügelten Methoden es gibt, um Informationen festzuhalten,
wie aus einem Netz von Computern ein Weltcomputer wird,
wie Informationen geschickt codiert und chiffriert werden können,
wo Computer an ihre Grenzen stoßen und
wie Informatik und Biologie zusammengedacht werden können, um Einsichten über die Welt zu gewinnen.

Zahlreiche Beispiele aus der Lebenswelt reichern die Darstellung an und zeigen auf, wie nah automatisierte und natürliche Informationsverarbeitung beieinander liegen. Wenn Sie al

so eine lebendige, interdisziplinär ausgerichtete und reichhaltig illustrierte Einführung in die Informatik suchen und gerne über den Tellerrand hinausschauen, wird dieses Buch eine Fundgrube für Sie sein.

Eckart Zitzler, geboren 1970 in Münster, studierte Informatik mit den Nebenfächern Psychologie und Betriebswirtschaftslehre an den Universitäten Oldenburg, Dortmund und Bochum, absolvierte die Ausbildung zum Informatiklehrer an der ETH Zürich und promovierte dort am Departement Elektrotechnik im Themengebiet Evolutionäre Algorithmen.

Anschließend vertiefte er seine Forschungs- und Lehrtätigkeiten an der Nahtstelle von Informatik und Biologie, u. a. am Institute for Systems Biology in Seattle, und arbeitete über sechs Jahre als Assistenzprofessor an der ETH Zürich. Sein Interesse für didaktische Themen führte ihn schließlich an die Pädagogische Hochschule Bern, wo er heute als Dozent für Medien und Informatik tätig ist.

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Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis	6
Prolog: Über dieses Buch	12
1 Was ist ein Computer?	16
Maschinen zum Rechnen	17
Die Erscheinungsbilder des Computers sind vielfältig	17
Ein lebendes Fossil: der Abakus	20
Wenn es beim Rechnen knackt, knirscht und surrt	23
Die Geburt des modernen Computers	26
Drei Wesensmerkmale eines Computers	29
Des Computers Kern: die Turing-Maschine	30
Ein Maschinenkonstrukt, um das menschliche Rechnen nachzubilden	31
Rechnen als Textbearbeitung	32
Eine Rechenoperation wird über eine Tabelle beschrieben	33
Mehrere Tabellen können mehrere Rechenoperationen ausführen	36
Sinn und Unsinn von Turings Minimalcomputer	39
Natürliche Informationsverarbeitung	41
Das Band des Lebens: die DNA	42
Proteine beeinflussen den DNA-Ablesevorgang	45
Sind Kolibakterien Turing-Maschinen?	47
Rechnen mit DNA	51
Fazit	55
Zum Nach- und Weiterlesen	56
2 Schalten und Walten	57
Am Anfang ist die Zahl	58
Der Stromkreis als elementarer Zeichenträger	58
Von Lichtmustern zu Zahlen	61
Komm, wir bauen einen Taschenrechner!	64
Geniale Muster	66
Kleines Ding, große Wirkung	68
Elektrischer Staffellauf	69
Eine kleine Knüpfkunde	72
Viele mit vielen koppeln	75
Wie Proteine über Gene miteinander verknüpft sind	76
Was Lattentore mit Logik zu tun haben	79
Von Stromkreisen zu Bausteinen	79
Bausteine bauen	83
Vom Baustein zur Schaltung	87
Gibt es Bausteine in der Zelle?	89
Feedback erwünscht!	90
Der Taschenrechner wird erweitert	90
Was Feedback bewirken kann	92
Alles andere als ein Flop: das Flipflop	95
Wenn Viren Zustände haben	99
Das Feuerwerk im Kopf	101
Die Nervenzelle, das Super-Relais	102
Neuronale Verschaltungen	104
Fazit	106
Zum Nach- und Weiterlesen	107
3 Verschlungene Pfade	108
Vorneweg: das Küchen-Einmaleins	109
Eine Fabrik im Kleinen: die Küche	110
Was Prozessoren und Zellen mit Küchen gemein haben	111
Pfade für Daten	113
Ein Werk zum Rechnen	113
Zahlenbehälter	115
Transportgleise	119
Nicht Steuermann, sondern Steuerwerk	122
An den Fäden ziehen – und rechnen	122
Malnehmen mal umständlich	125
Der elektrische Datenkoch	128
Im Gleichschritt – Marsch!	130
Die Software betritt die Bühne	132
Befehle erfinden	133
Die Kontrolle haben	136
Maschinensprech	138
Programme ausführen	140
Wenn Zellen Stoffe wechseln	146
Alles eine Frage der Chemie	146
Regulieren, regulieren, regulieren	149
Fazit	151
Zum Nach- und Weiterlesen	152
4 Computer-Anatomie	153
Eingebettet sein: im Austausch mit der Welt	154
Anatomische Grundlagen	155
Der Urbauplan	158
Wie die Welt in den Computer kommt – und wieder hinaus	163
Ein Rückgrat für alle	168
Ein System, um den Betrieb zu meistern	172
Schneller sein: jeder Augenblick zählt	174
Die Relativität der Zeit	175
Vom aktiven zum passiven Warten	177
Die Last auf mehrere Schultern verteilen	179
Mehr ist nicht immer mehr	183
Allgegenwärtig sein: mehrere Dinge gleichzeitig erledigen	187
Der Prozess oder die Illusion der Gleichzeitigkeit	187
Teilen ganz praktisch	191
Zusammenarbeit will gelernt sein	193
One Program To Rule Them All	196
Fazit	200
Zum Nach- und Weiterlesen	201
5 Speichern und Erinnern	202
Vom Leben eines Bücherwurms	203
Wie man Informationen haltbar macht	206
Digitale Gravuren	206
Speicher organisieren	210
Die Eier legende Wollmilchsau	214
Ordnung muss sein: den Daten ihre Struktur	219
Von Stapeln und Feldern	220
Der Baum der Sucherkenntnis	224
Zeige mir deinen Nächsten	229
Welche Struktur ist die richtige?	234
Das Leben und die Einprägungen	237
Informationen einfangen	238
Informationen nutzen	241
Fazit	245
Zum Nach- und Weiterlesen	245
6 Netze spinnen	247
Zusammen ist man weniger allein	248
Hallo Du: eine Leitung für zwei	250
Die Familie wächst: eine Leitung für mehrere	254
Von der Familie zur Gemeinschaft: Leitungen überbrücken	258
Netze vernetzen	262
Auf Routen von Netz zu Netz	263
Weltweite Anschriften	266
Die Stockwerke des Internets	270
Alles wächst zusammen	273
Von Kunden und Dienstleistern	274
Einer für alle, alle für einen	278
Der Weltcomputer	282
Zwischennetze in der Natur	285
Voller Netze: der Mensch	285
Gut vernetzt: der Ameisenstaat	288
Fazit	291
Zum Nach- und Weiterlesen	292
7 Die Kunst der Darstellung	293
Die Welt in Nullen und Einsen	294
Was ist Information?	294
Von Zeichen und Codes	297
Grundlegende Darstellungsarten	299
Aufs Format kommt’s an	301
Biologische Codes	306
Heiße Luft	308
Wie viel Information steckt da drin?	309
Komprimierung: Wie man aus Daten die Luft rauslässt	313
Steganografie: Luft hinzufügen	317
Genetische Datenakrobatik	320
Geheimniskrämereien	322
Alter Wein in neuen Schläuchen: Verschlüsseln mit Schlüssel	323
Öffentlich Geheimnisse teilen	330
Wenn der eine nicht ohne den anderen kann: zweiteilige Schlüssel	335
Yin und Yang im Alltag: Public-Key-Kryptografie	340
Duftcodes – und wie sie gehackt werden	344
Fazit	347
Zum Nach- und Weiterlesen	347
8 Denk!	349
Knifflige Probleme – bewährte Strategien	350
Von Verhaltensprogrammen und Verhaltensmustern	351
Wenn Informatiker Probleme haben	353
Der Weg ist das Ziel: Was es mit Algorithmen auf sich hat	356
Probieren geht über Studieren	360
Aus kleinen Lösungen werden große	364
Große Probleme in kleine zerlegen	366
Vom Rechenknecht zum Schlaumeier	370
Vom stereotypen zum intelligenten Verhalten	370
Lernen und Anpassungsfähigkeit	373
Spielen und Suche	377
Sprache und Kommunikation	381
Grenzen der Berechenbarkeit	388
Ich weiß, dass ich nichts weiß	389
Unentscheidbarkeit	392
Von praktischen und unpraktischen Algorithmen	395
P oder nicht P, das ist hier die Frage	399
Fazit	406
Zum Nach- und Weiterlesen	407
9 Im Licht der Evolution	408
Vom Entstehen	409
Schicht für Schicht zur Komplexität	409
Gefahren lauern überall	416
Vom Entwickeln	423
Handwerk der Programmierung	425
Wie komplexe Software-Systeme gebaut werden	432
Vom Entdecken	437
Evolution verstehen	437
Evolution imitieren	445
Fazit	450
Zum Nach- und Weiterlesen	450
Epilog: Zur Biologie der Informatik	452
Die Natur der Informatik ist interdisziplinär	452
Dank	454
Stichwortverzeichnis	457

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