1 Einführung

25

1.1 Informationstechnik, Informatik und EDV

25

1.1.1 Fachrichtungen der Informatik

26

1.1.2 Überblick über die IT-Ausbildung

27

1.2 Die Geschichte der Rechenmaschinen und Computer

34

1.2.1 Die Vorgeschichte

35

1.2.2 Die Entwicklung der elektronischen Rechner

37

1.2.3 Entwicklung der Programmiersprachen

46

1.3 Digitale Speicherung und Verarbeitung von Informationen

52

1.3.1 Digitale Bilddaten

54

1.3.2 Digitale Audiodaten

55

1.3.3 Digitale Speicherung von Text

56

1.4 Übungsaufgaben

56

2 Mathematische und technische Grundlagen

59

2.1 Einführung in die Logik

59

2.1.1 Aussagen

60

2.1.2 Aussageformen

61

2.1.3 Logische Verknüpfungen

62

2.1.4 Mengenoperationen

69

2.1.5 Weitere wichtige Berechnungsverfahren

72

2.2 Informationsspeicherung im Computer

74

2.2.1 Zahlensysteme

75

2.2.2 Bits und Bytes

80

2.3 Elektronische Grundlagen

85

2.3.1 Einfache Schaltungen

85

2.3.2 Zusammengesetzte Schaltungen

89

2.4 Automatentheorien und -simulationen

92

2.4.1 Algorithmen

93

2.4.2 Die Turing-Maschine

97

2.4.3 Der virtuelle Prozessor

101

2.5 Übungsaufgaben

108

2.5.1 Praktische Übungen

108

2.5.2 Kontrollfragen

109

3 Hardware

115

3.1 Grundlagen

115

3.2 Die Zentraleinheit

119

3.2.1 Aufbau und Aufgaben des Prozessors

121

3.2.2 Der Arbeitsspeicher

130

3.2.3 Das BIOS

132

3.2.4 Bus- und Anschlusssysteme

137

3.3 Die Peripherie

146

3.3.1 Massenspeicher

147

3.3.2 Eingabegeräte

160

3.3.3 Ausgabegeräte

163

3.3.4 Soundhardware

169

3.4 Übungsaufgaben

170

4 Netzwerkgrundlagen

177

4.1 Einführung

177

4.1.1 Was ist ein Netzwerk?

177

4.1.2 Entstehung der Netzwerke

179

4.2 Funktionsebenen von Netzwerken

184

4.2.1 Das OSI-Referenzmodell

185

4.2.2 Das Schichtenmodell der Internetprotokolle

187

4.2.3 Netzwerkkommunikation über die Schichten eines Schichtenmodells

190

4.3 Klassifizierung von Netzwerken

194

4.3.1 Die Reichweite des Netzwerks

194

4.3.2 Die Netzwerktopologie

195

4.3.3 Der Zentralisierungsgrad des Netzwerks

196

4.4 Netzwerkkarten, Netzwerkkabel und Netzzugangsverfahren

203

4.4.1 Die verschiedenen Ethernet-Standards

205

4.4.2 Drahtlose Netze

210

4.5 Datenfernübertragung

214

4.5.1 Netzwerkzugang per Modem (analoge Telefonleitung)

215

4.5.2 ISDN

216

4.5.3 DSL-Dienste

218

4.5.4 Internetzugänge über Mobilfunk

220

4.6 Die TCP/IP-Protokollfamilie

222

4.6.1 Netzzugang in TCP/IP-Netzwerken

223

4.6.2 IP-Adressen, Datagramme und Routing

224

4.6.3 Transportprotokolle

251

4.6.4 Das Domain Name System (DNS)

256

4.6.5 Verschiedene Internetanwendungsprotokolle

261

4.7 Übungsaufgaben

274

5 Betriebssystemgrundlagen

287

5.1 Entwicklung der Betriebssysteme

288

5.1.1 Die Geschichte von Unix

290

5.1.2 PC-Betriebssysteme

291

5.2 Aufgaben und Konzepte

296

5.2.1 Allgemeiner Aufbau von Betriebssystemen

296

5.2.2 Prozessverwaltung

303

5.2.3 Speicherverwaltung

307

5.2.4 Dateisysteme

309

5.3 Die allgegenwärtige Virtualisierung

316

5.3.1 Virtualisierungslösungen im Überblick

317

5.3.2 VMware Workstation als konkretes Beispiel

318

5.4 Übungsaufgaben

321

6 Windows

327

6.1 Allgemeine Informationen

327

6.1.1 Die verschiedenen Windows-Versionen

327

6.1.2 Windows-Dateisysteme

332

6.2 Windows im Einsatz

333

6.2.1 Die Windows-Benutzeroberfläche

334

6.2.2 Die Windows-Konsole

341

6.2.3 Die Windows PowerShell

344

6.2.4 Windows-Konfiguration

356

6.3 Windows-Netzwerkkonfiguration

361

6.3.1 Allgemeine Einstellungen

361

6.3.2 TCP/IP-Dienstprogramme

362

6.3.3 Datei- und Druckserver unter Windows

366

6.3.4 Windows-Server

367

6.4 Übungsaufgaben

369

7 Linux

375

7.1 Arbeiten mit der Shell

377

7.1.1 Booten und Log-in

377

7.1.2 Virtuelle Terminals

381

7.1.3 Grundfunktionen der Shell

382

7.1.4 Hilfefunktionen

388

7.1.5 Pipes und Ein-/Ausgabeumleitung

391

7.1.6 Die wichtigsten Systembefehle

394

7.2 Konfigurations- und Administrationsaufgaben

409

7.2.1 Syslog und Log-Dateien

409

7.2.2 Programme automatisch starten

410

7.2.3 Software installieren

412

7.3 Automatisierung

414

7.3.1 Shell-Skripte

415

7.3.2 Weitere Hilfsmittel

418

7.4 Editoren

421

7.4.1 vi

421

7.4.2 Emacs

429

7.5 Grafische Benutzeroberflächen

435

7.5.1 Der X-Server

435

7.5.2 Desktops

437

7.6 Netzwerkkonfiguration unter Linux

441

7.6.1 Grundeinstellungen

441

7.6.2 TCP/IP-Dienstprogramme

443

7.6.3 Datei- und Druckserver unter Linux

443

7.7 Übungsaufgaben

448

7.7.1 Praktische Übungen

448

7.7.2 Kontrollfragen

448

8 OS X

453

8.1 Mit Aqua arbeiten

457

8.1.1 Die Menüleiste

459

8.1.2 Das Dock

461

8.1.3 Der Finder

461

8.1.4 Mission Control und Dashboard

463

8.2 Systemkonfiguration

465

8.2.1 Besonderheiten der Mac-Dateisysteme

466

8.3 OS-X-Netzwerkkonfiguration

467

8.3.1 Serverdienste unter OS X

469

8.4 Übungsaufgaben

470

9 Grundlagen der Programmierung

473

9.1 Die Programmiersprache C

475

9.1.1 Das erste Beispiel

476

9.1.2 Elemente der Sprache C

479

9.1.3 Die C-Standardbibliothek

498

9.2 Java

504

9.2.1 Grundlegende Elemente der Sprache Java

506

9.2.2 Objektorientierte Programmierung mit Java

511

9.2.3 Weitere Java-Elemente

517

9.3 Python

526

9.3.1 Das erste Beispiel

528

9.3.2 Grundelemente von Python

529

9.3.3 Objektorientierung in Python

564

9.3.4 Die Python-Standardbibliothek

587

9.4 Übungsaufgaben

592

10 Konzepte der Programmierung

597

10.1 Algorithmen und Datenstrukturen

597

10.1.1 Ein einfaches Praxisbeispiel

597

10.1.2 Sortieralgorithmen

600

10.1.3 Suchalgorithmen

605

10.1.4 Ausgewählte Datenstrukturen

606

10.2 Reguläre Ausdrücke

618

10.2.1 Muster für reguläre Ausdrücke

620

10.2.2 Programmierung mit regulären Ausdrücken

623

10.3 Systemnahe Programmierung

636

10.3.1 Prozesse und Pipes

636

10.3.2 Threads

642

10.4 Einführung in die Netzwerkprogrammierung

645

10.4.1 Die Berkeley Socket API

646

10.4.2 Ein praktisches Beispiel

652

10.5 GUI- und Grafikprogrammierung

655

10.5.1 Zeichnungen und Grafiken erstellen

656

10.5.2 Animation

662

10.5.3 Programmierung fensterbasierter Anwendungen

666

10.6 Übungsaufgaben

680

11 Mobile Development

683

11.1 iOS-Apps mit Xcode und Swift

684

11.1.1 iOS im Schnellüberblick

684

11.1.2 Xcode und Swift

685

11.1.3 Swift-Grundlagen

686

11.1.4 Eine iOS-App entwickeln

692

11.2 Eine einfache Android-App

701

11.2.1 Android im Überblick

701

11.2.2 Eine App mit Android Studio entwickeln

703

11.3 Übungsaufgaben

709

12 Software-Engineering

711

12.1 Überblick

712

12.1.1 Der Entwicklungszyklus

712

12.1.2 Planung und Analyse

714

12.1.3 Entwurf

720

12.1.4 Implementierung und Test

721

12.1.5 Dokumentation

723

12.1.6 Konkrete Entwicklungsverfahren

724

12.2 Werkzeuge

728

12.2.1 UML

728

12.2.2 Entwurfsmuster

735

12.2.3 Unit-Tests

743

12.2.4 Weitere nützliche Software

747

12.3 Übungsaufgaben

749

13 Datenbanken

753

13.1 Die verschiedenen Datenbanktypen

754

13.1.1 Einzeltabellendatenbanken

755

13.1.2 Relationale Datenbanken

757

13.1.3 Objektorientierte Datenbanken

765

13.2 MySQL – ein konkretes RDBMS

768

13.2.1 MySQL installieren und konfigurieren

768

13.2.2 Erste Schritte mit dem mysql-Client

771

13.3 SQL-Abfragen

772

13.3.1 Datenbanken und Tabellen erzeugen

773

13.3.2 Auswahlabfragen

777

13.3.3 Einfüge-, Lösch- und Änderungsabfragen

781

13.3.4 Transaktionen

783

13.4 MySQL-Administration

784

13.4.1 mysqladmin

784

13.4.2 Benutzerverwaltung

785

13.4.3 Import und Export von Daten, Backups

790

13.4.4 Konfigurationsdateien

793

13.4.5 Log-Dateien

794

13.4.6 Replikation

795

13.5 Grundlagen der Datenbankprogrammierung

797

13.6 Übungsaufgaben

802

13.6.1 Praktische Übungen

802

13.6.2 Kontrollfragen

802

14 Server für Webanwendungen

807

14.1 HTTP im Überblick

807

14.1.1 Ablauf der HTTP-Kommunikation

808

14.1.2 HTTP-Statuscodes

811

14.1.3 HTTP-Header

815

14.2 Der Webserver Apache

820

14.2.1 Apache im Überblick

820

14.2.2 Apache-Module

822

14.2.3 Apache installieren

824

14.2.4 Apache-Konfiguration

827

14.3 PHP installieren und einrichten

842

14.3.1 Installation

842

14.3.2 Die PHP-Konfigurationsdatei »php.ini«

846

14.4 Übungsaufgaben

850

14.4.1 Praktische Übungen

850

14.4.2 Kontrollfragen

850

15 Weitere Internet-Serverdienste

853

15.1 Namens- und Verzeichnisdienste

853

15.1.1 Der DNS-Server BIND

853

15.1.2 Der Verzeichnisdienst OpenLDAP

859

15.2 Sonstige Server

869

15.2.1 vsftpd, ein FTP-Server

869

15.2.2 inetd und xinetd

870

15.3 Übungsaufgaben

874

16 XML

877

16.1 Der Aufbau von XML-Dokumenten

879

16.1.1 Die grundlegenden Bestandteile von XML-Dokumenten

879

16.1.2 Wohlgeformtheit

887

16.2 DTDs und XML Schema

889

16.2.1 Document Type Definitions (DTDs)

890

16.2.2 Namensräume

901

16.2.3 XML Schema

902

16.3 XSLT

905

16.3.1 Ein einfaches Beispiel

906

16.3.2 Wichtige XSLT- und XPath-Elemente

908

16.4 Grundlagen der XML-Programmierung

912

16.4.1 SAX

913

16.4.2 DOM

921

16.4.3 Das Python-Modul xml.etree

923

16.5 Übungsaufgaben

926

16.5.1 Praktische Übungen

926

16.5.2 Kontrollfragen

927

17 Weitere Datei- und Datenformate

933

17.1 Textdateien und Zeichensätze

933

17.1.1 Das Problem des Zeilenumbruchs

934

17.1.2 Zeichensätze

936

17.1.3 Textbasierte Dateiformate

943

17.2 Binäre Dateiformate

945

17.2.1 Bilddateiformate

948

17.2.2 Multimedia-Dateiformate

952

17.2.3 Archivdateien verwenden

955

17.3 Übungsaufgaben

958

18 Webseitenerstellung mit (X)HTML und CSS

963

18.1 HTML und XHTML

964

18.1.1 Die Grundstruktur von HTML-Dokumenten

965

18.1.2 Textstrukturierung und Textformatierung

968

18.1.3 Listen und Aufzählungen

975

18.1.4 Hyperlinks

978

18.1.5 Bilder in Webseiten einbetten

983

18.1.6 Tabellen

986

18.1.7 Formulare

992

18.1.8 Einbetten von Multimedia-Dateien

1000

18.1.9 Meta-Tags und Suchmaschinen

1001

18.2 Cascading Style Sheets (CSS)

1004

18.2.1 Platzieren von Stylesheets

1005

18.2.2 Stylesheet-Wertangaben

1007

18.2.3 Stylesheet-Eigenschaften

1009

18.2.4 Layer erzeugen und positionieren

1013

18.2.5 Die wichtigsten Neuerungen in CSS3

1019

18.3 Übungsaufgaben

1022

19 Webserveranwendungen

1031

19.1 PHP

1031

19.1.1 Sprachgrundlagen

1032

19.1.2 Klassen und Objekte

1049

19.1.3 Include-Dateien, Autoloader und Namespaces

1064

19.1.4 Webspezifische Funktionen

1067

19.1.5 Zugriff auf MySQL-Datenbanken

1072

19.1.6 Unit-Tests mit PHPUnit

1087

19.2 Eine REST-API implementieren

1096

19.2.1 Die API im Überblick

1096

19.2.2 Die Grundarchitektur der API

1099

19.2.3 Der komplette Quellcode

1101

19.2.4 Die API testen

1117

19.3 Übungsaufgaben

1120

20 JavaScript und Ajax

1123

20.1 Grundlagen

1124

20.1.1 JavaScript im HTML-Dokument

1124

20.1.2 Formulare und Event Handler

1129

20.1.3 Datums- und Uhrzeit-Funktionen

1139

20.1.4 Manipulation von Bildern

1142

20.1.5 Browser- und Fensteroptionen

1144

20.2 DHTML und DOM

1150

20.2.1 W3C-DOM im Überblick

1151

20.2.2 Eine DOM-Baum-Anzeige

1153

20.2.3 DOM-Anwendung in der Praxis

1156

20.2.4 Dokumentinhalte verändern und austauschen

1158

20.3 Ajax

1160

20.3.1 Die erste Ajax-Anwendung

1161

20.3.2 Datenaustauschformate: XML und JSON

1168

20.3.3 Größeres Beispiel: eine interaktive Länderliste

1168

20.4 jQuery

1178

20.4.1 jQuery im Überblick

1178

20.4.2 Ein REST-Client mit jQuery

1182

20.5 Übungsaufgaben

1192

21 Computer- und Netzwerksicherheit

1193

21.1 PC-Gefahren

1194

21.1.1 Viren und Würmer

1194

21.1.2 Trojaner und Backdoors

1200

21.1.3 Weitere Schädlinge

1201

21.2 Netzwerk- und Serversicherheit

1205

21.2.1 Servergefahren

1206

21.2.2 Wichtige Gegenmaßnahmen

1208

21.2.3 Kryptografie

1214

21.3 Übungsaufgaben

1216