Dem Computer ins Hirn geschaut (eBook)

Informatik entdecken, verstehen und querdenken

Eckart Zitzler (Autor)

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2017 | 1. Aufl. 2017
XVI, 460 Seiten
Springer Berlin Heidelberg (Verlag)
978-3-662-53666-7 (ISBN)

Infos

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.

Inhalt

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

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 25.8.2017
• Zusatzinfo: XVI, 460 S. 271 Abb.
• Verlagsort: Berlin
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Sachbuch/Ratgeber ► Natur / Technik ► Naturwissenschaft
• Themenwelt: Mathematik / Informatik ► Informatik
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Biologie
• Schlagworte: Algorithmen • Bioinformatik • Computer • Molekularbiologie • Schaltkreise • Turing-Maschine
• ISBN-10: 3-662-53666-8 / 3662536668
• ISBN-13: 978-3-662-53666-7 / 9783662536667