Informatik

Vorbemerkung.- 1. Information und Nachricht.- 1.1 Nachricht und Information.- 1.1.1 Sprachliche Nachrichten.- 1.1.2 Schrift.- 1.2 Sinnesorgane.- 1.2.1 Arbeitsweise der Sinnesorgane, Reizleitung.- 1.2.2 Reizverarbeitung im Gehirn.- 1.2.3 Tragweite informationistischer Vorstellungen.- 1.3 Nachrichtengeräte.- 1.3.1 Arten von Nachrichtengeräten.- 1.3.2 Signale und Signalparameter.- 1.4 Digitale Nachrichten.- 1.4.1 Zeichen, Zeichenvorräte, Alphabete.- 1.4.2 Codes und Codierungen.- 1.4.3 Serien- und Parallelübertragung.- 1.4.4 Symbole.- 1.5 Nachrichtenverarbeitung und Informationsverarbeitung.- 1.5.1 Nachrichtenverarbeitung als Codierung.- 1.5.2 Die Interpretation einer Nachrichtenverarbeitung.- 1.6 Algorithmen.- 1.6.1 Charakteristische Eigenschaften von Algorithmen.- 1.6.2 Beispiele von Algorithmen.- 1.6.3 Rekursion und Iteration.- 1.6.4 Besondere Beschreibungsformen von Algorithmen.- 1.6.4.1 Beispiel: Markov-Algorithmen.- 1.6.4.2 Rekursive Algorithmen nach McCarthy.- 2. Begriffliche Grundlagen der Programmierung.- 2.1 Grundlegende Rechenstrukturen.- 2.1.1 Objekte.- 2.1.1.1 Sorten von Objekten.- 2.1.1.2 Standardbezeichnungen für Objekte.- 2.1.2 Operationen.- 2.1.3 Rechenstrukturen.- 2.1.3.1 Die Rechenstruktur ? der ganzen Zahlen.- 2.1.3.2 Die Rechenstruktur ? der natürlichen Zahlen.- 2.1.3.3 Rechenstrukturen für rationale, numerisch-reelle und numerisch-komplexe Rechnung.- 2.1.3.4 Rechenstrukturen für nicht-numerisches Rechnen: Zeichenfolgen.- 2.1.3.5 Rechenstrukturen für nicht-numerisches Rechnen: Binäre (Zeichen-)Listen.- 2.1.3.6 Die Rechenstruktur B2 der Wahrheitswerte.- 2.1.3.7 Übergänge zwischen Sorten.- 2.1.3.8 Zusammengesetzte Objekte.- 2.2 Formeln.- 2.2.1 Parameterbezeichnungen.- 2.2.2 Formeln und Formulare.- 2.2.2.1 Aufbau von Formeln.- 2.2.2.2 Formulare.- 2.2.2.3 Striktheit der Operationen.- 2.2.2.4 Umformungen von Formeln.- 2.2.3 Bedingte Formeln.- 2.2.3.1 Alternative und sequentielle Fallunterscheidung.- 2.2.3.2 Bewachte Fallunterscheidung.- 2.2.3.3 Durchführung der Berechnung auf Formularen mit Fallunterscheidungen.- 2.2.3.4 Der nicht-strikte Charakter der Fallunterscheidung...- 2.3 Rechenvorschriften.- 2.3.1 Vereinbarung von Rechenvorschriften.- 2.3.1.1 Schreibweisen.- 2.3.1.2 Systeme von Rechenvorschriften.- 2.3.1.3 Zusicherungen.- 2.3.1.4 Gebundene Bezeichnungen.- 2.3.2 Rekursion.- 2.3.3 Die (rekursive) Formularmaschine.- 2.4 Zur Technik der rekursiven Programmierung.- 2.4.1 Wie kommt man zu rekursiven Rechenvorschriften?.- 2.4.1.1 Inhärent rekursive Definitionen.- 2.4.1.2 Ableitung einer Rekursion aus der Aufgabenstellung.- 2.4.1.3 Einbettung.- 2.4.1.4 Verwandte Aufgaben.- 2.4.1.5 Das Arbeiten mit charakterisierenden Eigenschaften.- 2.4.1.6 Umkehrung.- 2.4.2 Wie beweist man Eigenschaften von Algorithmen?.- 2.4.3 Bemerkungen über Terminierung und die Bedeutung von Zusicherungen und Wächtern.- 2.5 Unterordnung von Rechenvorschriften.- 2.5.1 Untergeordnete Rechenvorschriften.- 2.5.2 Unterdrückte Parameter.- 2.5.2.1 Globale und nichtlokale Parameter.- 2.5.2.2 Verschattung.- 2.5.2.3 Konstant besetzte Parameter.- 2.5.3 Parameterfreie Rechenvorschriften.- 2.6 Rechenvorschriften als Parameter und als Ergebnisse.- 2.6.1 Rechenvorschriften als Parameter.- 2.6.2 Verzögerte Auswertung durch Verwendung parameterfreier Rechenvorschriften als Parameter.- 2.6.3 Rechenvorschriften als Ergebnisse.- 3. Maschinenorientierte algorithmische Sprachen.- 3.1 Allgemeine Abschnitte.- 3.1.1 Zwischenergebnis-Vereinbarungen.- 3.1.1.1 Eine vereinfachte Notation.- 3.1.1.2 Zwischenergebnisbezeichnungen in rekursiven Rechenvorschriften.- 3.1.1.3 Sequentialisierung des Berechnungsganges.- 3.1.1.4 Anmerkung betreffend PASCAL.- 3.1.2 Kollektive Zwischenergebnisvereinbarungen.- 3.2 Programmierung mit Variablen.- 3.2.1 Wiederverwendbare Zwischenergebnisbezeichnungen.- 3.2.2 Vereinbarungen und Zuweisungen.- 3.2.3 Konstant gehaltene Variable.- 3.2.4 Anweisungen.- 3.2.5 Beispiele.- 3.2.6 Kollektive Variablenvereinbarungen und kollektive Zuweisungen.- 3.3 Iterative Programmierung.- 3.3.1 Iterative Auffassung repetitiver Rechenvorschriften.- 3.3.2 Wiederholung.- 3.3.2.1 Iterative Programme.- 3.3.2.2 Gestaffelte repetitive Systeme und geschachtelte Wiederholung.- 3.3.2.3 Nassi-Shneidermann-Diagramme.- 3.3.3 Problemlösung in iterativer Form.- 3.3.4 Sequentialisierung.- 3.3.5 Bedingte Anweisungen.- 3.3.5.1 Alternative Anweisungen.- 3.3.5.2 Sequentielle bedingte Anweisungen.- 3.3.5.3 Bewachte Anweisungen.- 3.3.6 Die leere Anweisung.- 3.4 Sprünge.- 3.4.1 Schlichte Aufrufe und Sprünge.- 3.4.2 Wiederholungen mittels Sprüngen.- 3.4.3 Programmablaufpläne.- 3.5 Prozeduren.- 3.5.1 Variable als Parameter.- 3.5.2 Prozedurvereinbarungen.- 3.5.3 Aufrufe von Prozeduren.- 3.5.4 Transiente Parameter und Resultatparameter.- 3.5.5 Eingangsparameter.- 3.5.6 Unterdrückte Variablenparameter.- 3.5.7 Prozeduren als Strukturierungsmittel.- 3.5.8 Rekursive Definition der Wiederholung.- 3.5.8.1 Sprung als schlichter parameterfreier Prozeduraufruf.- 3.5.8.2 Rekursive Definition der bedingten Wiederholung.- 3.5.8.3 Rekursive Definition der gezählten Wiederholung.- 3.6 Felder.- 3.6.1 Indizierte Variable.- 3.6.2 Mehrstufige Felder.- 3.6.3 Zurückführung mehrstufiger Felder auf einstufige.- 3.6.4 Statische Speicherverteilung.- 3.7 Aufbrechen von Formeln.- 3.7.1 Aufbrechen nach dem Kellerprinzip.- 3.7.2 Verwendung eines Zwischenergebniskellers.- 3.7.3 Überführung in Drei-Adreß-Form.- 3.7.4 Überführung in Ein-Adreß-Form.- 3.7.5 Grenzen des Kellerprinzips.- 3.7.6 Behandlung von Fallunterscheidungen.- 3.7.7 Elimination Boolescher Operationen.- 4. Binäre Schaltnetze und Schaltwerke.- 4.1 Boolesche Algebra.- 4.1.1 Abstrakte Definition einer Booleschen Algebra.- 4.1.2 Das Boolesche Normalform-Theorem.- 4.1.3 Ordnungsrelation einer Booleschen Algebra, Implikation.- 4.1.3.1 Die Stärker-Relation.- 4.1.3.2 Stärker-Relation auf Booleschen Funktionen.- 4.1.3.3 Ordnungsrelation zwischen Booleschen Ausdrücken.- 4.1.3.4 Anwendungen auf Aussagen und Prädikate.- 4.1.4 Entscheidungstabellen.- 4.1.4.1 Kollaterale Entscheidungstabellen.- 4.1.4.2 Sequentielle Entscheidungstabellen.- 4.1.5 Schaltfunktionen.- 4.1.5.1 Sinnbilder für Schaltfunktionen.- 4.1.5.2 Zusammensetzung von Sinnbildern.- 4.1.5.3 Beispiel: Halbaddierer, Volladdierer.- 4.1.5.4 Beispiel: Codeumsetzer.- 4.1.6 Technische Verwirklichung von Schaltnetzen.- 4.2 Binärcodierung.- 4.2.1 Binärer Vergleich.- 4.2.2 Binäre Arithmetik.- 4.2.2.1 Binärzähler.- 4.2.2.2 Addition und Subtraktion.- 4.2.2.3 Multiplikation.- 4.2.2.4 Operationen mit binär dargestellten Zeichenfolgen und beblätterten Bäumen.- 4.2.3 Arithmetik mit beschränkter Stellenzahl.- 4.3 Schaltwerke.- 4.3.1 Speichervariable für Binärworte.- 4.3.1.1 Beispiel: Addition.- 4.3.1.2 Binäre Register und Merkglieder.- 4.3.1.3 Zusammenschaltung von Merkgliedern und Verknüpfungsgliedern.- 4.3.2 Aufbau von Schaltwerken.- 4.3.2.1 Serienaddierer und Paralleladdierer.- 4.3.2.2 Verschiebe-Schaltwerke.- 4.3.3 Flipflops.- 4.3.4 Flipflopschaltwerke.- 4.3.4.1 Flipflopschaltwerke für die Arithmetik.- 4.3.4.2 Flipflopschaltwerke für nicht-arithmetische Operationen.- 4.3.5 Technische Verwirklichung von Schaltwerken.- 4.4 Leistungen und Grenzen der Technologie.- Anhang A: Zahlsysteme.- A.1 Stellenwertcodes und Konvertierung ganzer Zahlen.- A.2 Darstellung negativer Zahlen.- A.3 Die vier Grundrechenarten.- A.4 Gleitpunktzahlen.- Anhang B: Shannonsche Informationstheorie.- B.1 Diskretisierung.- B.1.1 Rasterung.- B.1.2 Quantelung.- B.2 Probabilistische Theorie der Information.- B.2.1 Shannonsche Nachrichten.- B.2.2 Die Entscheidungsinformation.- B.2.3 Kanalkapazität.- B.2.4 Codesicherung.- Ergänzende Literatur.- Namen- und Sachverzeichnis.