Big Fat Notebook - Alles, was du für Informatik brauchst E-Book

Grant Smith

• Herausgeber: Loewe Verlag
• Kategorie: Für Kinder und Jugendliche
• Serie: Big Fat Notebook
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 293

Veröffentlichungsjahr: 2025

Beschreibung

Keine Lust auf Informatik? Damit ist jetzt Schluss. Hier kommt dein Starter-Kit fürs Programmieren! Für bessere Noten und den vollen Durchblick! Erfahre alles über ... ... Computersysteme ... Datenanalyse ... Bugs ... Bits und Bytes ... Softwareentwicklung ... Malware ... Algorithmen ... Programmierregeln ... Scratch ... Python ... Webentwicklung, HTML, CSS und vieles mehr. Mit Definitionen, Lerntipps, Übungsseiten, Lösungen und Doodles. Umfassendes Nachschlagewerk und Übungsbuch in Informatik und Programmieren für Schüler*innen bis hin zu Studierenden. Optimal geeignet zur Vertiefung und Auffrischung oder zum Einstieg ins Programmieren und zur Vorbereitung auf Tests. Die außergewöhnliche Gestaltung mit Scribbles und Cartoons sowie witzige Kommentare sorgen für Auflockerung. Nach jedem Kapitel folgt ein Wissensquiz, Multiple-Choice-Test oder ein Lückentext zur Lernkontrolle.

Leseprobe

Informatik

Das STARTERKIT

FUR ANGEHENDE PROGRAMMIERER

BIG fat

notebook

Alles, was du für

brauchst

.

.

So wirst du zum Meister in

Informatik und Programmierung

Hi!

In diesem Notizbuch findest du alles, was du brauchst, um die Grundlagen der Informatik und Codierung zu beherrschen. Du lernst:

•Computersysteme und Programmiersprachen zu verstehen,

•Algorithmen und boolesche Ausdrücke anzuwenden,

•Scratch und Python zu programmieren,

•Websites mit HTML und CSS zu erstellen.

Wichtige Infos und Begriffe haben wir für dich farblich hervorgehoben:

•Vokabeln sind GELBmarkiert.

•Definitionen stehen in Kästchen.

•Wichtige Personen, Orte, Daten und Begriffe sind blau.

•Konzepte werden mit Skizzen, Grafiken und Diagrammen veranschaulicht.

•Kernpunkte sind unterstrichen.

Wenn du Probleme im Informatikunterricht oder mit dem Programmieren hast, hilft dir dieses Notizbuch. Es geht auf alle wichtigen Themen der Informatik ein und führt dich durch die Grundlagen von Scratch, Python und der Entwicklung von Websites. Es ist auch eine großartige Unterstützung beim Lernen! Ob du dein Gedächtnis auffrischen möchtest, dein Wissen aus dem Unterricht festigen oder dir selbst einige Grundlagen beibringen willst: Dieses Notizbuch ist der richtige Weg.

Inhalt

Lektion 1:Computersysteme1

1. Was ist Informatik? 2

2. Was ist ein Computer? 13

3. Wie gehen wir mit dem Computer um? 29

Lektion 2:Datenanalyse 39

4. Speicherung von Daten 40

5. Informationen sammeln und nutzen 57

Lektion 3:Softwareentwicklung67

6. Entwicklung von Computersystemen 68

7. Testen 73

8. Dokumentation 81

9. Feedback einholen 89

10. Gemeinsam programmieren 97

Lektion 4:Algorithmen und Programmierung 107

11. Wie man Algorithmen benutzt 108

12. Programmiersprachen 119

13. Analytisches Denken 137

Hey!

Zieh dir mein neu entwickeltes Spiel rein!

Lektion 5:Allgemeine Programmierregeln145

14. Variablen 146

15. Bedingte Anweisungen 161

16. Schleifen 177

17. Ereignisse 185

18. Prozeduren &Funktionen 189

Lektion 6:Programmieren mit Scratch 197

19. Los geht’s mit Scratch 198

20. Einfache Algorithmen 221

21. Variablen und Operatoren 245

22. Steuerungsblöcke und Ereignisblöcke 271

23. Skripte wiederverwenden 297

Ich bin ein Datentyp.

Lektion 7:Programmieren mit Python 307

24. Los geht’s mit Python 308

25. Variablen in Python 321

26. Strings 331

27. Variablen mit Zahlenwerten 349

28. Listen und boolesche Ausdrücke 363

29. for-Schleifen 379

30. while-Schleifen und verschachtelte Schleifen 391

31. Bedingte Anweisungen 401

32. Funktionen 421

Lektion 8:Webentwicklung 441

33. Was ist eigentlich das Internet? 442

34. Cybersicherheit 461

35. Eine einfache Website erstellen 479

36. HTML-Textelemente 495

37. Link-Elemente 509

38. Styling mit CSS 521

39. Eigene Elemente mit CSS gestalten 537

Index 553

Lass uns coden, Baby!

1

1

Computersysteme

Lektion

Bitte

umblät-

tern!

Ein COMPUTERist ein Gerät, das Informationen speichert und verarbeitet (ändert, verschiebt oder überschreibt). Der Computer kann komplizierte Berechnungen durchführen und riesige Informationsmengen organisieren und speichern. Informatik ist die Wissenschaft von COMPUTERSYSTEMEN. Sie erforscht, wie Computertechnologie zur Lösung von Problemen eingesetzt werden kann. Informatiker befassen sich mit Programmierregeln, Datenanalyse, Vernetzung, dem Internet und mit der Art und Weise, wie Computer unser Leben beeinflussen.

Kapitel 1

Was istInformatik?

COMPUTERSYSTEM

die gesamte Hardware (die Teile, die man sehen und anfassen kann) und Software (die Programme), die zusammenwirken, um einen Computer zum Laufen zu bringen

2

Computer sind in der Lage, in kurzer Zeit komplexe Berechnungen anzustellen und Informationen daraus zu ziehen. Informatiker nutzen die Fähigkeiten von Computern, um neue Technologien zu entwickeln, die uns das Leben erleichtern.

Die Computertechnologie beeinflusst die Art und Weise, wie wir leben und denken. Sie kann uns helfen, Probleme zu lösen und unser Leben einfacher, unterhaltsamer und sicherer zu machen.

Einige Beispiele:

Computer helfen bei der Navigation von Raumfahrzeugen zum Mond und zum Mars.

Computergesteuerte Roboter helfen Chirurgen, Operationen mit großer Präzision durchzuführen.

Computer sorgen bei Filmen und Videospielen für realistische Bild- und Toneffekte.

3

Informatiker entwickeln und nutzen Technologien, um Probleme zu lösen. Sie programmieren Computer, um Aufgaben besser und schneller zu erledigen, und bringen ihnen bei, wie sie neue Dinge tun können. Ein Informatiker zu werden bedeutet, vom reinen Anwender(also von jemandem, der etwas benutzt) zum Entwicklerzu werden.

Informatik ist eine Form der Problemlösung; sie beinhaltet unter anderem den Aufbau von Computern und die Art und Weise, wie sie Informationen verarbeiten.

Beispiele dafür, was Informatik IST und was sie NICHT IST:

Informatik IST …

Informatik IST

NICHT …

eine Handy-App (Anwendung oder Programm) zu erstellen, die es Freunden ermöglicht, lustige Katzenvideos miteinander zu teilen.

dein eigenes Videospiel zu programmieren.

sich im InternetVideos von Katzen auf dem Dreirad anzusehen.

dein Lieblingsspiel rauf und runter zu zocken.

4

Informatik IST …

Informatik IST

NICHT …

ein Programm zu schreiben, das deine Mathehausaufgaben eigenständig löst.

ein Programm zu schreiben, das automatisch nette Kommentare zu den Bildern deiner Freunde veröffentlicht.

deine Mathehausaufgaben auf dem Laptop selbst zu erledigen.

das neueste Foto deines Freundes zu kommentieren.

In der rechten Spalte siehst du, was ein Anwender tut. Links ist aufgelistet, was ein Informatiker tut: Er entwickelt neue Technologien.

5

Zockst du noch oder programmierst du schon?

Die Informatik lässt sich in fünf Hauptbereiche unterteilen:

1. Computersysteme

Computersysteme sind die Geräte, die Programme ausführen und Informationen verarbeiten, beispielsweise Desktop-Computer, Laptops und Handys. Viele elektronische Geräte haben kleine eingebaute Computer und werden von PROGRAMMENbetrieben, z. B. Geschirrspüler, Fernseher, Smartwatches und manche Leuchtmittel.

2.Algorithmen und Programmierung

Bei der Programmierung geht es darum, Programme (Codes) mithilfe von ALGORITHMEN(Anweisungen) zu schreiben, die dem Computer sagen, was er tun soll. Programme können sehr komplex sein -wie iTunes, Safari, Chrome oder Roblox -und vielen verschiedenen Anweisungen folgen. Sie können aber auch ganz einfach sein, wie beispielsweise ein Programm, das

ALGORITHMUS

eine Liste von Schritten oder Anweisungen, die vorgibt, wie eine Aufgabe zu erledigen ist. Ein Algorithmus kann also beispielsweise auch ein Backrezept oder eine Bastelanleitung sein.

PROGRAMM

eine Folge von

Anweisungen (Algorithmen), die in Befehle übersetzt wurden, die ein Computer verstehen kann (Code)

6

die Nachricht „Hallo, Welt!“ausgibt.

Ein Programm zu schreiben ist oft in zwei Schritte gegliedert:

SCHRITT 1:Der Informatiker erstellt eine Liste mit Schritt-für-Schritt-Anweisungen für das, was das Programm tun soll.

Schritt 2:Der Informatiker übersetzt die Anweisungen in eine für den Computer verständliche Sprache (Code). Der Algorithmus wird dadurch zu einem Programm.

Computer sind zwar leistungsstark, aber so richtig intelligent sind sie nicht. Sie können nur tun, was du ihnen sagst. Programme geben den Computern die Anweisungen, die sie zur Arbeit benötigen.

7

Algorithmus

Programmierung

3.Datenanalyse

Unter DATENANALYSEversteht man das Sammeln, Speichern, Organisieren und Studieren von Daten mit dem Ziel, diese zu verstehen. Z. B. könnten wir mit einem Programm für einen Persönlichkeitstest Antworten auf verschiedene Fragen sammeln: „Hast du gerne viele Freunde zu Besuch?“oder „Wie verbringst du gerne deine Freizeit?“Um die Charaktereigenschaften einer Person zu verstehen, würden wir dann die Antworten auswerten (analysieren). Die Punkte, die ein Spieler in einem Videospiel erzielt, sind ebenfalls Daten. Mithilfe der Datenanalyse ermittelt das Spielprogramm, wer die höchste Punktezahl erreicht und somit gewonnen hat.

Computer eignen sich hervorragend zum Speichern, Austauschen und Berechnen riesiger Datenmengen. Das heißt, sie sind perfekt für die Analyse von Daten.

4.Netzwerke und das Internet

Unter NETZWERKENversteht man in der Informatik eine Gruppe von miteinander verbundenen Geräten (wie Computer, Laptops und Server). Sie tauschen Informationen aus und können auch Arbeitsmittel (wie einen Drucker)

ANALYSE

das Sortieren, Beschreiben und Auswerten von Daten

DATEN

unsortierte, rohe Fakten

8

9

gemeinsam nutzen. Das INTERNETist das weltweite Netzwerk, das Millionen von Computern miteinander verbindet. Teil der Erforschung von Netzwerken und des Internets ist es, bessere und sicherere Wege zu finden, um Informationen gemeinsam zu nutzen.

5.Auswirkungen von Computern auf unsere Lebensweise

Um den Nutzen von Computern zu ermitteln, untersuchen Informatiker, wie Computer unser Leben, unsere Kultur, unsere Sicherheit, unsere Gesetze und unser Verhalten beeinflussen. Neue Technologien können sich sowohl positiv als auch negativ auf unser Leben auswirken.

Was wäre z. B., wenn jemand ein Programm entwickeln würde, mit dem er dein Handy hacken und alle deine Lieblingsbilder löschen könnte?

1.Was ist Informatik?

2.Was ist KEIN Computersystem?

a.Mobiltelefon

b.Smart-TV

c.Buch

d.Elektronisches Lesegerät (E-Reader)

3.Was ist ein Programm und warum braucht es der Computer?

4.Was ist NICHT Teil der Informatik?

a.Die Untersuchung interessanter Fragen, z. B. wie man Lieferungen mithilfe eines Algorithmus beschleunigen kann

b.Die Entwicklung eines Computersystems zur Lösung eines Problems

c.Das Spielen von Computerspielen

d.Die Erforschung der Auswirkungen einer neuen Computertechnologie auf unseren Alltag

DEIN

PRÜFE

WISSEN

10

11

5.Was ist der Unterschied zwischen einem Anwender und einem Entwickler?

6.Wie wird eine Gruppe miteinander verbundener Computer genannt?

7.Zu welchem Hauptbereich der Informatik gehört die Auswertung von Prüfungsergebnissen zur Ermittlung des Klassendurchschnitts?

8.Was ist ein Algorithmus?

LÖSUNGEN

1.Informatik ist die Wissenschaft vom Einsatz von Computern zur Lösung von Problemen.

2.c

3.Ein Programm ist eine Folge von Anweisungen, die in einer für den Computer verständlichen Programmiersprache geschrieben wurden. Ohne Programme würden Computer nicht wissen, was sie tun sollen.

4.c

5.Anwender benutzenProgramme oder Inhalte. Entwickler erstellendie Inhalte, die von Anwendern benutzt werden.

6.Netzwerk oder Computernetzwerk

7.Datenanalyse

8.Ein Algorithmus ist eine Liste von Anweisungen, beispielsweise ein Rezept, das Schritt für Schritt erklärt, wie man einen leckeren Kuchen backt.

LÖSUNGEN

12

Kapitel 2

Was ist ein Computer?

Ein COMPUTERspeichert, teilt und analysiert riesige Datenmengen. Er kann außerdem komplexe mathematische Berechnungen durchführen.

Schon vor mehr als 3000 Jahren verwendete der Mensch den ABAKUSzur Lösung komplizierter Rechnungen.

Auch wenn eine CD (Compact Disk) Informationen speichern kann, zählt sie nicht zu den Computern. Sie kann die auf ihr gespeicherten Informationen nämlich nicht verändern.

13

Der Begriff „Computer“ist etwa aus der Zeit des Mittelalters belegt -doch damals wurden so die Personen bezeichnet, die Berechnungen anstellten, oft mithilfe verschiedenster mechanischer Hilfsmittel. Etwa ab dem 17. Jahrhundert entwickelte man immer ausgefeiltere Rechenmaschinen, wie z. B. den RECHENSCHIEBER.

1943, während des Zweiten Weltkriegs, wurde der erste elektronische Computer hergestellt. Er hießCOLOSSUS MARK 1und wurde von der britischen Regierung verwendet, um geheime Codes der deutschen Wehrmacht zu knacken.

1946 bauten die Amerikaner einen noch viel schnelleren Computer: den ENIAC.

ENIAC

steht für „Electronic Numerical Integrator and Computer“und war der erste voll programmierbare Allzweck-Computer.

14

DAS IST MAL EIN GROSSER COMPUTER!

Die frühen Computer waren riesig -sie nahmen ganze Räume ein! Diese Computer wurden von großen Unternehmen, von Regierungen oder Forschern benutzt.

Der erste serienmäßig hergestellte, voll programmierbare PC (Personal Computer) wurde 1977 als APPLE IIeingeführt. Mit diesem Computer konnte man einfache Programme ausführen und Spiele spielen.

Heutzutage sind Computer überall und oft winzig klein. Smartphones gehören natürlich auch dazu:

Sie führen Programme aus (z. B. zur Nachrichten-übermittlung, Fotobearbeitung und Routenplanung).

Sie speichern Informationen (wie Fotos, Kontakt-informationen und Dokumente).

Sie führen Berechnungen durch (mit einem Taschenrechner, mit der Uhr bzw. Stoppuhr und mit Straßenkarten).

Heutige Smartphones

haben eine deutlich

höhere Rechenleistung

als der Computer, der

die Astronauten 1969

zum Mond brachte.

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UND DAS IST EIN VERDAMMT GROSSER COMPUTER!.

Computer bestehen aus zwei Dingen: der HARDWAREund der SOFTWARE.

Hardware

Hardware sind die physischen Teile eines Computers, wie Mainboard, Festplatten, Tastatur, Maus und Bildschirm. Ob ein Teil eines Computersystems Hardware ist, lässt sich auf einfache Weise feststellen: Wenn du es anfassen kannst, ist es Hardware. (Und wenn es bellt, ist es wahrscheinlich dein Hund.)

Software

Die Software ist eine Sammlung von Programmen (Anweisungen), die einem Computer sagen, was er zu tun hat. Telefonanwendungen, Textverarbeitungsprogramme und Unterhaltungsdienste fallen darunter. Es gibt viele Arten von Software: Spiele für deine Spielkonsole, das Programm für die Mikrowelle bis hin zum Webbrowser auf deinem Smartphone. Software wird auf Speichergeräten (Hardware) wie Festplatten, Flash-Laufwerken und CDs gespeichert.

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Hardware können wir in verschiedene Kategorien unterteilen:

Input (Eingabe)

Input beinhaltet alles, was benutzt wird, um Informationen an einen Computer zu senden, einschließlich Tastatur, Maus, Gamecontroller und Webcam.

Eine Anwendung(App) ist ein Programm, das für den Benutzer entwickelt wurde, um eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen – z. B. ein Foto zu machen.

Alle Anwendungen sind Programme, aber nicht alle Programme sind Anwendungen. Einige Programme sind nur für die Verwendung durch den Computer vorgesehen – nicht für die Person, die den Computer benutzt.

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EIN BISSCHEN WEITER NACH LINKS!

Speicher

Der Speicher beinhaltet die Teile, die der Computer zum Speichern von Informationen verwendet, einschließlich Festplatten, USB FLASH DRIVES, CDs und RAM.

Prozessoren

Die Prozessoren des Computers führen Programme aus, interpretieren Inputs (Eingaben) und liefern Outputs (Ausgaben). Dazu gehören der Hauptprozessor (CPU) und der Grafikprozessor (GPU).

Hauptprozessor (CPU)

Die CPU (central processing unit) ist das Großhirn des Computers. Sie empfängt Befehle, leitet sie weiter und

USB (UNIVERSAL SERIAL BUS) FLASH DRIVE,

auch bekannt als USB-Speicher oder USB-Stick, ist ein tragbares Einsteckgerät zum Speichern von Informationen.

RAM (Random Access Memory),

auch bekannt als Arbeitsspeicher, ist ein Speichermedium, das nicht vom Benutzer, sondern nur vom Computer verwaltet wird. Die darin gespeicherten Daten stehen kurz vor der Verarbeitung durch den Prozessor. Das RAM ist das Kurzzeitgedächtnis des Computers, während die Festplatten das Langzeitgedächtnis darstellen.

18

19

kontrolliert ihre Verarbeitung. Sie berechnet mithilfe

von TRANSISTORENalle von Programmen verwendeten Daten.

Grafikprozessor (GPU)

Die GPU (graphics processing unit) ist zuständig für die Grafik. Grafiken sind alle Arten von Bildern, Animationen und Videos. Die GPU liefert Bilder, Animationen und Videos, die auf dem Bildschirm des Computers betrachtet werden können.Wenn du dein Lieblings-Computerspiel in bester Bildqualität genießen möchtest, brauchst du einen hochwertigen Grafikprozessor.

Die CPU lässt sich mit einem Mehrzweckwerkzeug vergleichen, z. B. mit einem Schweizer Taschenmesser, und der Grafikprozessor mit einem Feinwerkzeug. Die CPU eignet sich hervorragend dazu, eine Vielzahl alltäglicher Aufgaben gut zu erledigen. Der Grafikprozessor ist auf die schnelle Verarbeitung von Anzeigeinformationen spezialisiert. Übertragen auf den Werkzeugkoffer, kannst du mit dem Schweizer Taschenmesser eben viele verschiedene Arbeiten erledigen, doch wenn du deine Brille reparieren willst, brauchst du einen Präzisionsschraubendreher.

TRANSISTOR

Die Transistoren sind der wichtigste Bestandteil eines Mikroprozessors. Ein Transistor dient zum Steuern und Verstärken von elektrischen Spannungen. Transistoren ermöglichen mit dieser Art von Schaltungen überhaupt erst die Berechnungen und den Aufbau des Prozessors.

Output (Ausgabe)

Das Output beinhaltet alles, was der Computer verwendet, um Informationen zu senden. Dazu gehören der Beamer, der Monitor, der Drucker, die Lautsprecher und die Kopfhörer.

Alle Teile der Hardware arbeiten zusammen. Daten (Informationen) kommen vom Benutzer (der eine Person oder ein Computer sein kann) und gehen über das Eingabegerät (Input) zum Prozessor. Die Daten können dann im Speicher abgelegt oder aus dem Speicher genommen und an den Benutzer gesendet werden.

Es ist wie bei der Verdauung: Wir nehmen das Essen auf, verarbeiten es, speichern es in uns und dann geben wir etwas wieder aus.

Ein Touchscreen ist gleichzeitig Input und Output!

outPUT

PROZESSOR/SPEICHER

INPUT

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Anwendungssoftware (Apps)

Anwendungssoftware oder Apps sind Programme, die es dem Benutzer ermöglichen, spezielle Aufgaben zu erledigen.

Textverarbeitungsprogramme, Internet-Browser und Spiele sind Beispiele für Anwendungssoftware. Jede App aus dem App-Store ist Anwendungssoftware. Es gibt viele verschiedene Arten von Anwendungssoftware, auf die sich ein Programmierer spezialisieren kann.

BEISPIELE:

Ein WEB-ENTWICKLERist ein Programmierer, der Anwendungssoftware erstellt, die auf Webseiten läuft.

Ein MOBILE-APP-ENTWICKLERprogrammiert Anwendungssoftware für mobile Geräte wie Smartphones und Tablets.

Ein SPIELE-ENTWICKLERist ein Programmierer, der Anwendungssoftware für Videospiele entwickelt.

„App“ist die Abkürzung für das englische Wort „application“, das so viel wie „Anwendung“bedeutet.

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Systemsoftware

Unter „Systemsoftware“versteht man Programme, die dafür sorgen, dass die einzelnen Hardwaregeräte korrekt miteinander und mit anderen Programmen zusammenarbeiten. BETRIEBSSYSTEMEwie Windows auf einem Laptop oder iOS (das mobile Betriebssystem) auf einem iPhone sind Beispiele für Systemsoftware. Betriebssysteme laufen im Hintergrund -man kann auf dem Bildschirm nicht sehen, was sie tun. Das Betriebssystem ermöglicht es, Spiele, soziale Medien und andere Anwendungen auf dem Smartphone zu installieren.

Anwendungssoftware läuft nicht ohne Betriebssystem.

BETRIEBSSYSTEME

Sie kommunizieren mit der Hardware, damit andere Programme im Hintergrund laufen können.

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Hard- und Software sind für sich allein ziemlich nutzlos. Erst wenn sie zu einem Gesamtsystem zusammengefügt werden, kannst du mit ihnen arbeiten.

Beispiele:

Software

Ergebnis

Hardware

Selfie mit

dem Handy

ausgedruckte Einladung

zur Party

selbst-

fahrendes

Auto

Straen-

navigations-

App

Kamera

Text-

verarbeitungs-

Programm

Foto-

Anwendung

Tastatur und Drucker

Auto,

Sensoren

und

Kameras

23

+

+

+

1.Was ist der Unterschied zwischen Hard- und Software?

2.Was ist ein Computer?

3.Wie haben sich Computer im Laufe der Geschichte verändert?

4.Welche Hardware ist das? Wähle zwischen Input, Output, Prozessorund Speicher. (Eine Kategorie kommt zweimal vor.)

a.Fernseher:

b.CPU:

c.Tastatur:

d.Kopfhörer:

e.USB-Stick:

5.Was ist der Unterschied zwischen Prozessor und Speicher? Sind beide für den Computer wichtig?

6.Was ist der Unterschied zwischen CPU und GPU?

7.Warum war der Apple II ein Durchbruch?

DEIN

PRÜFE

WISSEN

24

8.Was haben Smartphones und die ersten Computer gemeinsam und wodurch unterscheiden sie sich?

9.Nenne zwei Rechenhilfsmittel, die man benutzte, bevor es programmierbare Computer gab.

10.Wodurch unterscheidet sich Anwendungs- von Systemsoftware?

HEUTE IM ANGEBOT!

LÖSUNGEN

25

1.Hardware ist der physische Teil eines Computers, Software ist der Code, also die Programme, die auf dem Computer laufen.

2.Ein Computer speichert und verarbeitet Daten.

3.Computer sind im Laufe der Geschichte wesentlich kleiner und leistungsfähiger geworden.

4.Hardware:

a.Output

b.Prozessor

c.Input

d.Output

e.Speicher

5.Ein Prozessor, wie z. B. der Hauptprozessor (CPU), ist für das Laufen der Programme zuständig, während der Arbeitsspeicher (RAM) die Daten speichert. Damit ein Computer Daten speichern und verarbeiten kann, braucht er beides, Prozessoren und Speicher.

LÖSUNGEN

26

27

6.Die CPU ist ein Alleskönner, die GPU verarbeitet nur die grafische Oberfläche.

7.Der Apple II war der erste massentaugliche Computer, der voll programmierbar war.

8.Genau wie die ersten Computer laufen Smartphones sowohl mit Software als auch mit Hardware. Beide haben Eingabe- und Ausgabegeräte, Speicher und Prozessoren. Aber Smartphones sind viel leistungsfähiger und um ein Vielfaches kleiner als die ersten Computer.

9.Bevor es programmierbare Computer gab, benutzte man Hilfsmittel wie den Abakus und den Rechenschieber, um mathematische Gleichungen zu lösen.

10.Die Systemsoftware stellt sicher, dass die einzelnen Hardwaregeräte ordnungsgemäßmiteinander und mit anderen Programmen zusammenarbeiten. Anwendungssoftware sind Programme, die es dem Benutzer ermöglichen, bestimmte Aufgaben zu erledigen.

Ich

Computer

28

Heute ist es für jedermann zunehmend einfacher, Computer zu benutzen. Ab und an geht aber doch mal was schief. Für diese Fälle gibt es Abhilfe.

Die BENUTZERSCHNITTSTELLE(„user interface“, kurz UI) beinhaltet alle Teile eines Computersystems, die du zum Bedienen des Computers brauchst. Die Benutzerschnittstelle zum Spielen eines Videospiels auf einem Handy umfasst beispielsweise den Touchscreen, die Lautsprecher/Kopfhörer sowie die Bildschirmmenüs, Schaltflächen und Spielegrafik.

Kapitel 3

Wie gehen wir mit dem Computer um?

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Eine GRAFISCHE BENUTZEROBERFLÄCHE(„graphical user interface“, kurz GUI, ausgesprochen „Gu-ieh“) ist eine Benutzerschnittstelle, die leicht verständliche Symbole und Zeichen auf einem Bildschirm anstelle von Text verwendet. GUIs erleichtern somit die Bedienung von Computern ungemein. Die meisten Benutzerschnittstellen sind GUIs.Die KOMMANDOZEILE(CLI, für englisch „command-line interface“) verwendet nur Text zur Bedienung eines Computers. Diese Art der Schnittstelle ist schwieriger zu handhaben, da der Benutzer festgelegte Befehle kennen und eingeben muss, um damit arbeiten zu können. Obwohl die meisten Normalos in ihrem Leben nie die Kommandozeile verwenden, solltest du dich als Informatiker damit auskennen.Der Bereich der Mensch-Computer-Interaktion (HCI, für englisch „human-computer interaction“) als Teil der Informatik untersucht und verbessert den Umgang mit Computern für Benutzer. UIs sollten für alle Menschen einfach zu verwenden sein, auch für Blinde, Sehbehinderte, Taube und Schwerhörige.

Ein Beispiel für die Mensch-Computer-Interaktion ist die Barrierefreiheit-Einstellung deines Computers oder Handys. Hier kannst du den Bildschirmleser einschalten, um dir vorlesen zu lassen, was auf dem Bildschirm angezeigt wird.

30

31

Zum Beispielhaben viele Smartphones eingebauteBildschirmleser.Diese ermöglichen es Blinden oder Sehbehinderten, ihr Telefon zu bedienen.

Fehlerbehebungist ein systematischer oder schrittweiser Ansatz zur Lösung von Fehlern innerhalb eines Computer-systems oder einer Software. Davon zu unterscheiden ist das sogenannte „Debugging“von Programmen innerhalb der Software.

Ein systematischer Ansatzbedeutet, einem festen Plan oder Prozess Schritt für Schritt zu folgen. Das ist wie die Anleitung zum Belegen eines Sandwiches. Wenn sich dein Computer nicht einschalten lässt, schaust du zunächst nach, ob der Stecker in der Steckdose steckt. Dann erst überprüfst du, ob alle Stromanschlüsse im Inneren des Computers fest sitzen. Der Vorteil eines solch systematischen Vorgehens besteht darin, dass du dieselben Schritte auf dieselbe Weise wiederholen kannst. So kannst du auch nichts auslassen.

ein Programm, das die Worte auf dem Bildschirm laut vorliest

EY, WO

IST DIE

BUTTER?

Unter Debuggingversteht man das Finden und Beheben von Fehlern, sogenannten „Bugs“, innerhalb eines Programms. Debugging ist eine spezifische Form der Fehlerbehebung, die beim Programmieren verwendet wird. Fehler können z. B. durch Tippfehler oder durch Nichtbeachtung der Regeln oder des Formats der Programmiersprache verursacht werden.

Strategien zur Fehlerbehebung

Sogenannte „Troubleshooter“, also Fehlersucher, verwenden u. a. diese Strategien, um Probleme zu finden und zu beheben:

Sie tauschen nicht funktionierende Teile aus Computern wie Monitore, Tastaturen und sogar Festplatten, Motherboards und Netzteile aus.

Sie erstellen Diagramme aller Komponenten in einem Computersystem und deren Verbindungen untereinander. Dies hilft ihnen, den Überblick zu behalten.

Der Begriff „Bugs“, zu Deutsch Käfer, geht angeblich auf die Informatikerin Grace Hopper zurück, die in den 1950er-Jahren einen Rechner von einer Motte befreite, um ihn wieder in Gang zu bringen.

32

Sie nehmen Änderungen an der Software vor, um zu sehen, ob die Hardware funktioniert. Manchmal weist eine Softwareaktualisierung Fehler auf und man muss eventuell auf die vorherige Version zurückgreifen. Oder man muss einfach nur einen neuen Treiber installieren (ein Programm, das dem Computer mitteilt, wie er mit einem Hardwareteil interagieren soll).

Sie überprüfen die Softwareeinstellungen und die Kompatibilität von Komponenten. Manche Software ist nur für bestimmte Hardware gemacht. Z. B. kannst du eine iPhone-App nicht auf einem Android-Telefon installieren.

Sie suchen die Hilfe eines sachkundigeren Troubleshooters. Manchmal kommt man mit der Lösung eines Problems einfach nicht alleine voran. Es gibt zum Glück viele Websites, die einem bei der Behebung von Computerproblemen aller Art helfen können.

33

1.Was versteht man in der Informatik unter Fehlerbehebung?

2.Was ist KEINE Strategie zur Fehlerbehebung?

a.Eine Checkliste verwenden

b. Hilfe holen

c.Den Computer durch einen neuen ersetzen

d.Hardwareteile Schritt für Schritt tauschen

3.Was ist mit dem „systematischen Ansatz“gemeint? Warum ist er sinnvoll?

4.Was ist das Erste, was du machen solltest, wenn sich der Computer nicht anschalten lässt?

a.Ihn auseinandernehmen

b.Sicherstellen, dass der Stecker steckt

c.Ihn umtauschen

d.Wild auf der Tastatur herumhämmern

5.Was ist Debugging?

6.Was ist der Unterschied zwischen Fehlerbehebung und Debugging?

DEIN

PRÜFE

WISSEN

34

7.Welcher Bereich der Informatik setzt sich mit UIs auseinander?

8.Welche Art von UI benutzt du, wenn du ein Spiel auf dem Handy spielst?

9.Was macht eine gute Benutzerschnittstelle (UI) aus?

LÖSUNGEN

35

1.Die Problemlösung durch eine systematische Schritt-für-Schritt-Herangehensweise

2.c

3.Ein Schritt-für-Schritt-Prozess, der wiederholbare Ergebnisse erzielt. Durch dieses Vorgehen vermeidet man, etwas bei der Überprüfung zu vergessen oder zu übersehen.

4.b

5.Debugging ist das Finden und Beheben von Fehlern in Programmen.

6.Fehlerbehebung ist die allgemeine Herangehensweise bei Computerproblemen. Debugging bezieht sich auf die Fehlerbehebung in Programmen.

LÖSUNGEN

36

7.Die Mensch-Computer-Interaktion (HCI)

8.Die grafische Benutzeroberfläche (GUI)

9.Mit einer guten Benutzerschnittstelle (UI) kommen alle Benutzer zurecht.

37

Nicht deine Schuld – die Benutzerschnittstelle ist schlecht gemacht.

Ich verstehe

nur Bahnhof.

38

39

Datenanalyse

2

Lektion

ICH BIN

KEIN

ROBOTER.

Historiker unterteilen die Geschichte gern in verschiedene Epochen, wie Steinzeit, Mittelalter und Industriezeitalter. Man sagt, wir leben heute im Informationszeitalter. Das bedeutet, dass wir den Schwerpunkt von der

Kapitel 4

SPEICHERUNG VONDATEN

STEINZEIT

VERGAN-

GENHEIT

MITTELALTER

40

Herstellung von Dingen mit unseren Händen auf die Nutzung der Informationstechnologie verlagert haben. Informationen gelten heute als Ware.

Computer nehmen Daten auf und verarbeiten diese zu Informationen, die wir verstehen und mit denen wir arbeiten können. Hier ein paar Beispiele:

Navigations-Appsverarbeiten Daten von Satelliten, um uns dabei zu helfen, die schnellste Route zu unserem Ziel zu finden und Staus zu meiden.

Social-Media-Apps(wie Snapchat, Twitter, Instagram oder Facebook) verarbeiten unsere persönlichen Daten (Vorlieben, Beiträge usw.) und erstellen Profile unserer Person, die Unternehmen nutzen können, um uns Dinge zu verkaufen.

INDUSTRIEZEITALTER

INFORMATIONSZEITALTER

ZUKUNFT

41

Achtung! Du zahlst zwar nichts für die Nutzung sozialer Netzwerke, aber das bedeutet nicht, dass sie umsonst sind: Die Kosten für ihre Nutzung bestehen darin, dass du un-glaublich viele Informationen über dich selbst preis-gibst. Frage deshalb immer deine Eltern oder Erziehungs-berechtigten, bevor du irgendwelche persönlichen Daten online hergibst.

Selbstfahrende Autos, aktuell im Experimentierstadium, sammeln und analysieren große Datenmengen (BIG DATA), um Vorhersagen und Entscheidungen zu treffen. Mithilfe von beispielsweise RADAR-, LIDAR- oder SONAR-Systemen und Videoaufzeichnungen von autoeigenen externen Kameras und Sensoren werden Daten gesammelt und vorübergehend auf einer Festplatte im Auto gespeichert. Diese Daten werden dann über das Internet an leistungsstarke Computer gesendet, um sie dort mit künstlicher Intelligenz (KI,

RADAR

System, das Radiowellen benutzt, um die Anwesenheit oder Entfernung eines Objekts zu erkennen

SONAR

System, das Schallwellen benutzt, um Entfernungen zu messen; Sonarsysteme werden schon länger in U-Booten eingesetzt

BIG DATA

Phänomen, bei dem es um das Sammeln und Verarbeiten riesiger Datenmengen geht

LIDAR

System, das Laser benutzt, um Entfernungen und Geschwindigkeiten zu messen

42

oder englisch AI für „artificial intelligence“) auszuwerten. Die Informationen darüber, wie Menschen Auto fahren, sollen der KI schließlich helfen, Fahrzeuge eigenständig zu steuern.

Je mehr Informationen wir über etwas haben und je besser die Instrumente sind, mit denen wir an Informationen gelangen, desto besser können wir Entscheidungen treffen. Wenn du z. B. ein Geburtstagsgeschenk für deinen Freund kaufen möchtest, ist das viel einfacher, als jemandem ein Geschenk zu besorgen, den du kaum kennst. Das liegt daran, dass du mehr Informationen über deinen Freund hast und darüber, was ihm gefallen könnte.

Daten sind ungeordnete Sammlungen von Symbolen, Wörtern und Zahlen. Erst wenn wir die Daten ordnen, analysieren und Zusammenhänge zwischen ihnen herleiten, gewinnen sie für uns an Bedeutung.

Informationen sind geordnete Daten, die für uns eine Bedeutung haben. Aus den Antworten einer Umfrage können wir z. B. den Durchschnitt ermitteln, der uns Informationen über die Teilnehmer liefert.

43

Und was, wenn das schon längst passiert ist?

O Mann! Was, wenn eines Tages Roboter die Weltherrschaft an sich reien?

Eingabe-Daten (Input)werden ungeordnet in den Computer eingegeben.

Ausgabe-Daten (Output)sind die Informationen, nachdem der Computer sie verarbeitet hat.

input

output

beim Videospiel auf dem Keyboard Tasten drücken

Der Avatar läuft auf dem Bildschirm herum.

in sozialen Medien Fotos und Videos hochladen

bearbeitete Fotos und Videos in deinem Profil

Der Computer verarbeitet die Daten.

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input

output

ein Mikrowellenprogramm wählen

warmes Mittagessen

in einem Grafikprogramm Zahlen für verschiedene Kategorien eingeben

ein Zahlendiagramm

Computer übernehmen Eingabe-Daten, wie Antworten auf Fragen, Zahlen oder hochgeladene Bilder (Input), und wandeln diese Daten in ein Format um, das sie verstehen und verarbeiten können. Z. B. werden Bilder von einem Computer in Millionen winziger Stücke (Pixel)zerlegt und

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DONNERSTAG

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code

ein System von Symbolen, Buchstaben und Zahlen, die verwendet werden, um etwas anderes darzustellen

VERARBEITUNG

output

speicher

input

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die Farbe jedes Pixels wird in einer langen Codefolge gespeichert (Verarbeitung). Um das Bild anzuzeigen, liest der Computer die lange Codesequenz aus und rekonstruiert das Bild auf deinem Bildschirm, indem er die Farben der Pixel anzeigt (Output), so ähnlich wie ein sehr detailliertes „Malen nach Zahlen“.

Damit ein Computer die Daten, die du eingibst, verstehen und verarbeiten kann, musst du sie CODIEREN. Das heißt, dass du deine Texte, Bilder und Videos in einen Code umwandelst. Z. B. haben FUNKERim Zweiten Weltkrieg schriftliche Nachrichten in Striche und Punkte codiert (bekannt als Morsecode) und über Telegrafenleitungen versendet.

Wenn du codierte Informationen in eine für Menschen verständliche Form bringst, nennt man das DECODIEREN. Ein Funker musste früher die Punkte und Striche empfangener Nachrichten auch wieder entschlüsseln.

Es gibt mehrere DATENCODIERUNGSVERFAHREN, die du verwenden kannst, damit ein Computer deine Eingabedaten versteht. Dabei ist es unwichtig, welche Art von Daten du codieren willst. Mithilfe der Codierungsverfahren kannst du alles -Bilder, Töne, Videos, Zahlen, Farben, Symbole und andere Arten von Informationen -auf Abfolgen aus 1 und 0 reduzieren. Computer verstehen nämlich nur zwei Dinge: an (1) und aus (0).

Funker

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MORSEZEICHEN

Um Buchstaben zu codieren, werden Punkte und Striche oder kurze und lange Töne benutzt.

veraltetes Kommunikationssystem

Einen Code, der nur aus Nullen und Einsen besteht, bezeichnet man als BINÄRCODE. (Dazu später mehr.) Wie der funktioniert, kannst du anhand der folgenden Zahlentabelle nachvollziehen. Hier wurde ein Bild codiert, das aus 5 * 5 Feldern besteht. Eine 0 bedeutet, dass das Feld weißbleibt, eine 1 steht für ein grünes Feld. Heraus kommt eine grüne Giraffe.

Reihe 1: 1, 1, 0, 0, 0

Reihe 2: 0, 1, 0, 0, 0

Reihe 3: 0, 1, 0, 0, 0

Reihe 4: 0, 1, 1, 1, 0

Reihe 5: 0, 1, 0, 1, 0

FarbcodierungenDaten, wie Farben, Zahlen und Bilder, können auf unterschiedliche Weise codiert werden.

Mit einem Scanner kannst du z. B. ein altes Foto in digitale Daten umwandeln, die ein Computer versteht. Über einen Sensor erkennt der Scanner die Farben des Fotos und codiert das gesamte Foto in eine Reihe von Zahlenwerten. Diese Zahlenwerte bringt er schließlich in eine bestimmte Reihenfolge, die der Computer lesen und verwenden kann, um das Foto auf dem Bildschirm anzuzeigen.

Für die Codierung von Farben benutzt man üblicherweise das RGB- und das HEXADEZIMAL-System.

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(255, 203, 5)

R G B

RGBist eine Farbnotation, die aus drei durch Kommata getrennten Zahlen besteht, wobei jede Zahl einen Wert zwischen 0 und 255 annimmt. (Computer wandeln dann jeden Wert in eine Binärzahl um.)Die drei Zahlen geben an, wie hoch der Anteil der Farben Rot, Grünund Blauan der daraus resultierenden Mischfarbe ist. (Daher kommt auch der Name RGB!) Gelb, eine Mischung aus Rot und Grün, könnte etwa so aussehen: (255, 255, 0).

Es gibt über 16 Millionen Möglichkeiten (256 * 256 * 256), die drei Zahlen zwischen 0 und 255 zu kombinieren. Das bedeutet, dass es über 16 Millionen Farben gibt, die im RGB-Codierungsschema dargestellt werden können.

Die hexadezimale Farbnotation (oder kurz „Hex“) verwendet sechs Zeichen (Zahlen und Buchstaben), um die gleichen 16 Millionen Farben wie RGB darzustellen.Sie verwendet Kombinationen aus den Zahlen 0-9 und den Buchstaben A-F, welche die Zahlen von 10 bis 15 symbolisieren. Z. B. würde #FF00B4 einen pinken Farbton erzeugen. Jeweils zwei Zeichen (z. B. FF, 00 und B4) stehen für einen anderen Farbanteil: Die ersten beiden Zeichen stehen für Rot,

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die nächsten beiden für Grün und die letzten beiden für Blau -und genau wie bei RGB stehen die verschiedenen Zahlen-Buchstaben-Kombinationen für verschiedene Abstufungen jeder einzelnen Farbe.

Ganz egal welches System man verwendet, wichtig ist, dass Farben und andere Daten codiert werden, damit der Computer die Informationen verstehen kann.

Die Computersprache CSS verwendet dieses Symbol zur Darstellung hexadezimaler Farben.

# FF 00 B4

Rot Grün Blau

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Darstellung von Farben

Die ersten beiden Spalten der folgenden Tabelle zeigen Farbcodierungen, die ein Computer lesen kann. Jede dieser Codierungen wird in Binärcode übersetzt. In den übrigen drei Spalten siehst du Beispiele für Farbdarstellungen, die wir Menschen erkennen und lesen können.

Computer

Mensch

Hexadezimal

RGB

Englisch

Deutsch

Visuell

FF0000

255,0,0

Red

Rot

0000FF

0,0,255

Blue

Blau

FFFF00

255,255,0

Yellow

Gelb

008000

0,128,0

Green

Grün

000000

0,0,0

Black

Schwarz

Die Codierung von Farben in Zahlen und Buchstaben ist nur eine von vielen Möglichkeiten, Informationen für Computer lesbar zu machen. Darüber hinaus können auch Geräusche, Eingaben über Tastatur oder Touchscreen, Daumenabdrücke, GPS-Positionen und viele andere Daten gesammelt und auf eine für Computer verständliche Weise codiert werden.

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1.In welchem Zeitalter leben wir heute?

2.Wenn wir Daten in Code umwandeln, nennen wir das .

3.Wenn wir Daten wieder in ein für uns lesbares Format umwandeln, nennen wir das .

4.Wie unterscheiden sich Daten von Informationen?

5.Bei welchen der folgenden Beispiele handelt es sich jeweils um eine Codierung oder eine Decodierung?

a.Grün → 008000

b.000000→ Schwarz

c.Gelb → 255,255,0

d.FF0000→

6.Wie viele verschiedene Farben können durch das RGB- oder Hexadezimalsystem erzeugt werden?

DEIN

PRÜFE

WISSEN

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7.Beschrifte jedes Ziffernpaar des Hexadezimalcodes