1 Einführung
In der Informatik geht es genauso wenig um Computer
wie in der Astronomie um Teleskope.
– Edsger W. Dijkstra
In diesem Kapitel erhalten Sie einen Überblick über die wichtigsten Grundlagen der Informationstechnik: eine Abgrenzung der verschiedenen Fachrichtungen und Ausbildungsgänge der Informatik, die Entwicklungsgeschichte der Computer sowie eine allgemeine Übersicht über die digitale Speicherung verschiedener Arten von Informationen.
1.1 Informationstechnik, Informatik und EDV
Allgemein gesprochen geht es in diesem Buch um Informationstechnik (englisch: information technology oder kurz IT). Der traditionelle Begriff für diese Art der Technik lautet elektronische Datenverarbeitung (EDV). Daten oder Informationen sind Werte, die im Zusammenhang mit beliebigen Sachverhalten angelegt werden oder die im Rahmen von Mess- oder Rechenvorgängen anfallen. Datenverarbeitung ist der Vorgang der Sammlung, Speicherung und Manipulation dieser Informationen. Im Lauf der Zeit haben sich unterschiedliche Verfahren der Datenverarbeitung entwickelt:
- Die manuelle Datenverarbeitung führt Berechnungen und Datenmanipulationen ohne jegliche Hilfsmittel durch; sie basiert auf Kopfrechnen und Auswendiglernen. Das äußerste erlaubte Hilfsmittel ist ein Schreibblock, um Daten oder Zwischenergebnisse zu notieren.
- Die mechanische Datenverarbeitung verwendet mechanische Hilfsmittel für die Verarbeitung von Informationen, beispielsweise eine mechanische Schreibmaschine oder einen Rechenschieber.
- Bei der elektrischen Datenverarbeitung werden elektrisch betriebene Geräte als Hilfsmittel eingesetzt, zum Beispiel elektrische Schreibmaschinen oder klassische Registrierkassen.
- Die elektronische Datenverarbeitung verwendet schließlich elektronisch gesteuerte Arbeitsmittel, also Elektronenrechner oder Computer.
1.1.1 Fachrichtungen der Informatik
Die wissenschaftliche Fachrichtung, die sich mit den verschiedenen Aspekten der Computertechnik auseinandersetzt, wird seit den 60er-Jahren des 20. Jahrhunderts als Informatik (englisch: computer science) bezeichnet; es handelt sich um ein Kunstwort aus Information und Mathematik. Die akademische Informatik wird üblicherweise in vier Fachrichtungen unterteilt:
- Die theoretische Informatik betrachtet insbesondere die mathematisch-logischen Grundlagen, die der Verwendung und Programmierung von Computern zugrunde liegen. Es geht beispielsweise um die Berechenbarkeit (ist ein Problem überhaupt durch Berechnung lösbar?) und um Automatentheorien – die mathematisch-formalen Modelle, auf denen Rechner unabhängig von der elektronischen Machbarkeit aufbauen.
- Die technische Informatik beschreibt die elektronisch-technischen Eigenschaften der Bauteile, aus denen Computer zusammengesetzt sind. Ein wichtiges Teilgebiet der technischen Informatik ist die Schaltalgebra, die Umsetzung logischer Operationen durch elektronische Schaltungen.
- In der praktischen Informatik geht es im Großen und Ganzen um die Programmierung von Computern und die Mittel, die dazu erforderlich sind. Die Erforschung des Aufbaus von Betriebssystemen und Programmiersprachen-Compilern sowie deren Implementierung (praktische Umsetzung) sind die wichtigsten Teilgebiete.
- Die angewandte Informatik kümmert sich gewissermaßen um alles andere, nämlich um sämtliche Nutzanwendungen von Computern. Das reicht von Datenbanken über die Netzwerkkommunikation bis hin zu Grafik, Animation und Audio-/Videobearbeitung.
Da es sich bei diesem Buch um ein Praxisbuch handelt, das nicht für das trockene Auswendiglernen von Lehrsätzen geschrieben wurde, sondern für die alltägliche Nutzung von Computern, ist es kaum verwunderlich, dass sich fast alle Kapitel mit Aspekten der angewandten Informatik beschäftigen. In den Kapiteln 5 bis 10 werden auch die wichtigsten Ansätze der praktischen Informatik, nämlich Betriebssysteme und diverse Themen der Programmierung, behandelt.
Einige grundlegende Aspekte der theoretischen Informatik lernen Sie in Kapitel 2, »Mathematische und technische Grundlagen«, kennen: Dort werden die wichtigsten mathematischen und logischen Operationen besprochen, die Computer ausführen. Außerdem wird beispielhaft auf die Realisierung einiger dieser Funktionen durch elektronische Bauteile eingegangen, also auf einige Ansätze der technischen Informatik.
Im Übrigen gibt es noch ein eigenes Kapitel zum Thema Hardware, die ebenfalls dem Gebiet der technischen Informatik zugeordnet werden kann: Kapitel 3, »Hardware«.
1.1.2 Überblick über die IT-Ausbildung
Das Berufsfeld der Informationstechnik ist vielfältig. Deshalb gibt es zahlreiche unterschiedliche Möglichkeiten einer Ausbildung in diesem Bereich. Sie lassen sich zum einen nach Fachgebieten wie Anwendungsentwicklung, Systemintegration oder kaufmännischem EDV-Einsatz unterscheiden. Zum anderen gibt es zwei grundlegende Ausbildungsformen: Berufsausbildung und Studium.
Aus diesen beiden Unterteilungen ergeben sich unter anderem folgende konkrete Ausbildungsgänge:
- Ausbildungsberufe
- Studiengänge
- Informatik
- Informatik (FH)
- Wirtschaftsinformatik
- Medieninformatik
- Bioinformatik
- medizinische Informatik
Ausbildungsberufe
Bis etwa Mitte der 90er-Jahre des 20. Jahrhunderts galt die Informationstechnik als zu komplex, um in einer praxisorientierten Berufsausbildung im klassischen dualen System (Ausbildungsbetrieb – Berufsschule) gelehrt zu werden. Die beiden angebotenen Ausbildungen zum EDV-Kaufmann und Büromaschinenelektroniker hatten andere Schwerpunkte, nämlich einen kaufmännischen beziehungsweise elektrotechnischen Fokus.
Erst 1996 wurden die IT-Berufe in der Bundesrepublik durch ein Übereinkommen von Arbeitgeberverbänden und Gewerkschaften unter Beratung des Bundesinstituts für Berufsbildung (BiBB) neu geordnet. Seitdem gibt es vier verschiedene IT-Ausbildungsberufe. Sie bereiten auf Tätigkeiten im Bereich der Informations- und Telekommunikationstechnik vor, die früher Bewerbern mit Studienabschluss vorbehalten waren oder in Einzelfällen an qualifizierte Quereinsteiger vergeben wurden. Nach 15 Jahren Erfahrung hat sich das System bewährt, und ein signifikanter Anteil von Mitarbeitern in der IT rekrutiert sich aus Absolventen dieser Ausbildungsgänge.
Im Einzelnen handelt es sich um folgende Ausbildungsgänge:
- Fachinformatiker/in (Fachrichtungen Anwendungsentwicklung und Systemintegration)
- IT-Systemelektroniker/in
- IT-Systemkaufmann/frau
- Informatikkaufmann/frau
Aufgabe der Fachinformatiker ist es gemäß offizieller Definition, »fachspezifische Anforderungen in komplexe Hard- und Softwaresysteme« umzusetzen. Diese recht ungenaue Beschreibung läuft in der Praxis auf sehr vielfältige Anforderungen hinaus, da sich nicht nur die beiden Fachrichtungen Anwendungsentwicklung und Systemintegration, sondern vor allem auch Ausbildungsbetriebe und Einsatzumgebungen oft stark voneinander unterscheiden. Gemeinsam ist ihnen allen lediglich der Umgang mit Computersystemen, mit Netzwerken, mit der unterschiedlichsten Software und dem komplexen Zusammenspiel dieser Komponenten. Verallgemeinert kann man sagen, dass der Ausbildungsgang Anwendungsentwicklung auf den Beruf des Entwicklers oder Programmierers vorbereitet, während sich aus den Absolventen der Systemintegration vor allem Systemadministratoren rekrutieren.
Die beiden Berufsbilder sollen sich im Laufe der drei Ausbildungsjahre allmählich auseinanderentwickeln. Bei Ausbildungsbeginn stehen gemeinsame Grundlagen im Vordergrund. Dazu gehören nicht nur fachspezifische Themen, wie sie in diesem Buch behandelt werden, sondern auch wichtige Informationen zum Arbeitsablauf und zum betrieblichen Umfeld. Dies sind insbesondere Grundlagen der Betriebswirtschaftslehre, der Projekt- und Betriebsorganisation, des Arbeits- und Ausbildungsrechts sowie der betrieblichen Buchführung. Diese Kenntnisse werden vor allem in der Berufsschule (60 Tage pro Ausbildungsjahr) vermittelt.
Der Schwerpunkt des Fachbereichs Anwendungsentwicklung ist die Erstellung von Software für den eigenen Betrieb oder für Kunden. Der erste Schritt ist die Entwicklung neuer oder die Anpassung vorhandener Programme gemäß den Anforderungen der späteren Anwender. Es folgt die Einrichtung der Software auf den gewünschten Systemen, die gegebenenfalls dafür angepasst werden müssen. Anschließend sollen die Benutzer informiert oder gar geschult werden. In das Umfeld des Berufsbildes gehört demzufolge auch die Erstellung brauchbarer Dokumentationen für Entwickler, Administratoren und Endanwender.
Im Fachbereich Systemintegration liegen die Hauptaufgaben im Bereich der Hardware-, Software- und Netzwerkeinrichtung. Hier sind gute Kenntnisse der verschiedenen Hardwarekomponenten, Betriebssysteme sowie der Netzwerkgeräte, -dienste und -protokolle gefragt. Auch die Schnittstellen zwischen der Informations- und der Telekommunikationstechnik spielen in diesem Beruf eine wichtige Rolle. Die Fachinformatiker im Fachbereich Systemintegration müssen das projektorientierte Arbeiten beherrschen und dabei alle Aufgaben planen, durchführen, testen und dokumentieren.
Ein weiteres, sehr wichtiges Arbeitsgebiet ist die Automatisierung administrativer Aufgaben. Dazu benötigen die Fachinformatiker Systemintegration umfangreiche Kenntnisse der Shells (Kommandozeileninterpreter) der jeweiligen Betriebssysteme sowie in verschiedenen Skriptsprachen. Unter Windows beginnt dies mit DOS/Windows-Batch-Dateien und CMD-Dateien; für komplexere Aufgaben sind auch der Windows Scripting Host und die Windows PowerShell nützlich. Im Unix-Bereich ist die bash-Shell das grundlegende Werkzeug; größere Aufgaben werden dagegen mit Editor- und Skriptsprachen wie sed, awk und Perl gelöst, wobei Perl die wichtigste dieser Sprachen ist und bei fortgeschrittenen Kenntnissen alle anderen ersetzen kann. In Kapitel 6 bis 10 dieses Buches werden die wichtigsten Kenntnisse zu diesen Shells und Sprachen vermittelt.
Der Beruf des IT-Systemelektronikers ist elektrotechnischer orientiert als der des Fachinformatikers. Mehr als beim Fachinformatiker der Fachrichtung Systemintegration liegt der Schwerpunkt hier im Bereich der Hardware. Zu den wichtigsten Aufgaben gehört die Verkabelung von Computern und Netzwerken, angefangen bei der Stromversorgung über den Anschluss von Peripheriegeräten bis hin zu Besonderheiten der Netzwerkinfrastruktur. Dazu benötigen IT-Systemelektroniker ein umfangreiches Know-how über Hardwarekomponenten und Treiber sowie über deren Zusammenarbeit mit Betriebssystemen und Anwendungsprogrammen. Hinzu kommen Kenntnisse über DSL, ISDN und andere Telekommunikationstechniken. Zu den wichtigsten Arbeitgebern für Systemelektroniker gehören große Telefongesellschaften, sodass deren spezifische Anforderungen dieses Berufsbild wesentlich geprägt haben.
IT-Systemkaufleute sind im Wesentlichen die Kundenberater für Hard- und Softwareprojekte. Sie verfügen über technisches Know-how, sodass sie die Einzelheiten von IT-Projekten verstehen und den Kunden erklären können, und benötigen umfangreiche betriebswirtschaftliche und kaufmännische Kenntnisse, um die Kalkulation für ein solches Projekt durchführen zu können. Sie sind für alle Phasen der Kundenbetreuung für IT-Lösungen zuständig: angefangen bei der Marktanalyse über Beratung und Marketing bis hin zum Vertrieb sowie zur Einarbeitung und Schulung.
Bei den Informatikkaufleuten stehen die kaufmännischen Aufgaben stärker im Vordergrund, während die technischen Aspekte etwas weniger ausgeprägt sind. Sie bilden das Bindeglied zwischen wirtschaftlichen und technischen Abteilungen. Typischerweise vermitteln sie zwischen den Kunden, die vor allem wirtschaftliche Fragen haben, und den Beratern der Hard- und Softwarehersteller (oft den zuvor genannten IT-Systemkaufleuten), die eine eher technische Sicht auf Vorgänge benötigen. Beispielsweise könnten Informatikkaufleute die technische Umsetzung von Geschäftsprozessen anleiten und entsprechende Pflichtenhefte erstellen. Eine weitere Aufgabe wäre es, die Unterschiede verschiedener IT-Lösungen in kaufmännisch kalkulierbaren Zahlen auszudrücken.
Alle IT-Ausbildungen – mit Ausnahme zweijähriger Umschulungsmaßnahmen – beinhalten eine (ausschließlich theoretische) Zwischenprüfung. Es besteht Teilnahmepflicht, aber das Ergebnis ist rein informativ – sowohl für die Auszubildenden als auch für die Betriebe.
Die Abschlussprüfung besteht aus einer selbst gewählten Projektarbeit, die von der jeweils zuständigen Industrie- und Handelskammer genehmigt werden muss. Ihre Dauer beträgt bei den Fachinformatikern des Fachbereichs Anwendungsentwicklung 72 Stunden, wobei auch ein Pflichtenheft erstellt werden muss. Bei den anderen Ausbildungsgängen beträgt die Dauer lediglich 36 Stunden, und der Projektablauf beschränkt sich hier auf die vier Phasen Planung, Durchführung, Test und Abnahme.
Innerhalb der veranschlagten Zeit müssen sowohl das Projekt selbst als auch eine umfangreiche Dokumentation dazu erstellt werden; Letzteres sollte etwa acht Stunden der Projektdauer ausmachen. Die Dokumentation wird bei der IHK eingereicht; zudem müssen die Auszubildenden ihre Projekte dort präsentieren und ein Fachgespräch dazu führen. Wichtige Hinweise zum projektorientierten Arbeiten erhalten Sie in Kapitel 11, »Software-Engineering«.
Die zweite Säule der Abschlussprüfung bildet die bundeseinheitliche schriftliche Prüfung. Sie besteht aus drei Teilen:
- Zwei ganzheitliche Aufgaben (GA) beschreiben je ein virtuelles IT-Szenario und stellen sechs komplexe Fragen dazu. Die Auszubildenden müssen eine dieser Fragen, mit deren Thema sie sich am wenigsten auskennen, streichen, und die übrigen fünf ausführlich beantworten. Maximal sind dabei für jede beantwortete Frage 20 Punkte, das heißt insgesamt 100 für jede GA erreichbar. Die GA 1 enthält fachspezifische Fragen für den jeweiligen Ausbildungsgang, während die GA 2 die für alle IT-Ausbildungsberufe identische Kernqualifikation abfragt. Für jede GA sind 90 Minuten angesetzt.
- Der dritte Teil ist eine 60 Minuten dauernde Prüfung zu den Themen Wirtschaft und Soziales einschließlich Arbeits- und Ausbildungsrecht. Diese Prüfung besteht aus isolierten Fragen, wobei einige offen, viele dagegen im Multiple-Choice-Verfahren zu beantworten sind.
Andere Aus- und Weiterbildungswege
Neben den IT-Ausbildungsberufen im Dualen System gibt es übrigens auch noch rein staatlich-schulische Aus- und Weiterbildungswege: die Ausbildung zum Informationstechnischen Assistenten und die Weiterqualifikation zum Staatlich geprüften Techniker (FS) für Informatik mit den Fachrichtungen Netzwerktechnik, Softwaretechnologie und Datenbanktechnologie. Die Weiterqualifikation zum Staatlich geprüften Techniker endet mit einem Staatsexamen, das der Meisterprüfung in Handwerksberufen gleichgestellt ist. Die genauen Regelungen für diese Bildungsgänge sind Ländersache, sodass es gewisse Abweichungen in Ablauf, Inhalten und Dauer zwischen verschiedenen Bundesländern gibt.
In Tabelle 1.1 sehen Sie, welche Kapitel dieses Buches für die Auszubildenden der einzelnen Fachrichtungen besonders nützlich (×) oder unerlässlich (+) sind. Wenn ein Kapitel für Ihren Beruf nicht angekreuzt wurde, bedeutet dies nicht, dass Sie sich gar nicht mit diesem Thema beschäftigen sollten! Wie bereits im Vorwort erwähnt, ist ein möglichst gründliches Allgemeinwissen eine der wichtigsten Voraussetzungen für den beruflichen Erfolg. Zudem verstehen Sie Zusammenhänge der IT- und Medienwirtschaft umso besser, je größer Ihr Überblick ist.
Studiengänge
Die Studiengänge im Bereich der Informationstechnik sind wesentlich gründlicher, dafür aber auch viel theoretischer orientiert als die betrieblichen Ausbildungsgänge. Neben den hier behandelten Studienfächern der Informatik gibt es übrigens auch angrenzende Fachgebiete wie Telematik, Elektrotechnik, Mechatronik oder angewandte Mathematik.[Anm.: Für Fachinformatiker Anwendungsentwicklung ist das gesamte Kapitel relevant, für die anderen Ausbildungsberufe sind es dagegen vor allem die Ausführungen zum Projektmanagement.]
Das allgemeinste Spektrum bietet das Studium der Informatik. Das Grundstudium umfasst Einführungen in alle vier Disziplinen des Faches (theoretische, technische, praktische und angewandte Informatik). Im Hauptstudium ist dagegen eine Spezialisierung auf einen bestimmten Bereich innerhalb eines dieser Zweige vorgesehen. Denkbar wären etwa Betriebssysteme aus dem Gebiet der praktischen Informatik oder Datenbanken, die zur angewandten Informatik zählen.
Das Informatikstudium wird sowohl an Universitäten als auch an Fachhochschulen angeboten. Naturgemäß ist Letzteres etwas praktischer orientiert; das Lernen erfolgt besonders im Grundstudium schulähnlicher. In beiden Lehreinrichtungen erwerben Studieneinsteiger seit einigen Jahren nur noch die internationalen Abschlüsse Bachelor und Master; die zuvor dominierenden klassischen Diplomabschlüsse laufen zurzeit aus.
Wie in jedem mathematisch-naturwissenschaftlichen Studium müssen auch bei der Informatik Nebenfächer belegt werden. Die Auswahl ist so vielfältig, wie es die Anwendungsbereiche der Informationstechnik sind: Für theoretischer ausgerichtete Forschungen ist etwa die Mathematik interessant; ein Fach aus dem Bereich der Wirtschaftswissenschaften eröffnet den Zugang zur Entwicklung kaufmännischer Systeme und Anwendungen. In diversen Bereichen der angewandten Informatik könnten auch Fächer wie Biologie oder Physik von Interesse sein. Spannend ist auch die Kombination mit philologischen Fächern, besonders mit den Sprachwissenschaften oder der philosophischen Logik.
Umgekehrt kann Informatik auch für Studiengänge in allen genannten Fächern als Nebenfach belegt werden.
Einen Schritt weiter als die Wahl eines bestimmten Nebenfaches gehen gezielte Kombinationsstudienfächer. Die wichtigsten von ihnen sind folgende:
- Wirtschaftsinformatik: eine gezielte Kombination aus Themen der (insbesondere angewandten) Informatik und der Betriebswirtschaftslehre. Wirtschaftsinformatiker können in allen Bereichen der kaufmännischen IT-Anwendung arbeiten, vor allem in Banken, Versicherungen oder den Fachabteilungen großer Unternehmen, aber auch in der Entwicklung kaufmännischer Softwarelösungen.
- Medieninformatik: Dieser Studiengang stellt den Bereich der multimedialen IT-Anwendung in den Mittelpunkt. Neben den Grundlagen der Informatik lernen die Studierenden vor allem den praktischen IT-Einsatz kennen: Grafik- und Bildbearbeitung, Audio- und Videoschnitt und die Erstellung multimedialer Präsentationen. Von allen IT-Studiengängen erfordert dieser das größte kreative Potenzial.
- Bioinformatik: Die Forschungsergebnisse der modernen Biologie, besonders der Mikrobiologie und der Gentechnik, könnten ohne umfangreiche IT-Unterstützung nicht ausgewertet werden. Bioinformatiker bilden die Schnittstelle zwischen Biologie und Informationstechnik; sie erstellen die Anwendungen zur Analyse biologischer Forschungen, etwa der Sequenzanalyse von Genen. Die Bioinformatik ist möglicherweise der wachstumsstärkste Sektor in der gesamten IT-Landschaft.
- Medizinische Informatik: Auch in der modernen Medizin spielt Computertechnik eine überaus wichtige Rolle – von der Verwaltung der Patienten- und Diagnosedaten über die automatisierte Analyse von Laborproben bis hin zum halbautonom arbeitenden OP-Roboter ist der Praxis- und Klinikalltag ohne IT nicht mehr denkbar. In der medizinischen Informatik erwerben die Studierenden sowohl fundierte medizinische als auch wichtige informationstechnische Fachkenntnisse, sodass sie in den verschiedensten Bereichen der Medizintechnik und -praxis arbeiten können.
Die Tiefe des für ein Studium erforderlichen Wissens geht weit über das hinaus, was ein einzelnes allgemeines Grundlagenbuch wie das vorliegende leisten kann. Dennoch kann dieses Buch auch im Studium ein unentbehrlicher Begleiter sein: Hier können Sie die Grundlagen der Theorie und Praxis der unterschiedlichen Themen schnell und übersichtlich nachschlagen – als letzte Absicherung vor der entscheidenden Fachklausur oder auch als Anleser für die Veranstaltungsplanung des kommenden Semesters.
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