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

33

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

61

2.1.4 Mengenoperationen

68

2.1.5 Weitere wichtige Berechnungsverfahren

72

2.2 Informationsspeicherung im Computer

74

2.2.1 Zahlensysteme

74

2.2.2 Bits und Bytes

79

2.3 Elektronische Grundlagen

84

2.3.1 Einfache Schaltungen

85

2.3.2 Zusammengesetzte Schaltungen

88

2.4 Automatentheorien und -simulationen

91

2.4.1 Algorithmen

92

2.4.2 Die Turing-Maschine

96

2.4.3 Der virtuelle Prozessor

100

2.5 Übungsaufgaben

107

2.5.1 Praktische Übungen

107

2.5.2 Kontrollfragen

108

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

161

3.3.3 Ausgabegeräte

164

3.3.4 Soundhardware

170

3.4 Übungsaufgaben

171

4 Netzwerkgrundlagen

179

4.1 Einführung

179

4.1.1 Was ist ein Netzwerk?

179

4.1.2 Entstehung der Netzwerke

181

4.2 Funktionsebenen von Netzwerken

186

4.2.1 Das OSI-Referenzmodell

186

4.2.2 Das Schichtenmodell der Internetprotokolle

189

4.2.3 Netzwerkkommunikation über die Schichten eines Schichtenmodells

192

4.3 Klassifizierung von Netzwerken

195

4.3.1 Die Reichweite des Netzwerks

195

4.3.2 Die Netzwerktopologie

197

4.3.3 Der Zentralisierungsgrad des Netzwerks

198

4.4 Netzwerkkarten, Netzwerkkabel und Netzzugangsverfahren

204

4.4.1 Die verschiedenen Ethernet-Standards

206

4.4.2 Drahtlose Netze

211

4.5 Datenfernübertragung

216

4.5.1 Netzwerkzugang per Modem (analoge Telefonleitung)

217

4.5.2 ISDN

218

4.5.3 DSL-Dienste

220

4.5.4 Internetzugänge über Mobilfunk

222

4.6 Die TCP/IP-Protokollfamilie

223

4.6.1 Netzzugang in TCP/IP-Netzwerken

225

4.6.2 IP-Adressen, Datagramme und Routing

226

4.6.3 Transportprotokolle

252

4.6.4 Das Domain Name System (DNS)

258

4.6.5 Verschiedene Internetanwendungsprotokolle

262

4.7 Übungsaufgaben

275

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

308

5.2.4 Dateisysteme

310

5.3 Übungsaufgaben

317

6 Windows

323

6.1 Allgemeine Informationen

323

6.1.1 Die verschiedenen Windows-Versionen

323

6.1.2 Windows-Dateisysteme

328

6.2 Windows im Einsatz

329

6.2.1 Die Windows-Benutzeroberfläche

330

6.2.2 Die Windows-Konsole

337

6.2.3 Die Windows PowerShell

340

6.2.4 Windows-Konfiguration

352

6.3 Windows-Netzwerkkonfiguration

356

6.3.1 Allgemeine Einstellungen

356

6.3.2 TCP/IP-Dienstprogramme

358

6.3.3 Datei- und Druckserver unter Windows

361

6.3.4 Windows-Server

363

6.4 Übungsaufgaben

364

7 Linux

369

7.1 Arbeiten mit der Shell

371

7.1.1 Booten und Log-in

371

7.1.2 Virtuelle Terminals

375

7.1.3 Grundfunktionen der Shell

376

7.1.4 Hilfefunktionen

382

7.1.5 Pipes und Ein-/Ausgabeumleitung

385

7.1.6 Die wichtigsten Systembefehle

389

7.2 Konfigurations- und Administrationsaufgaben

403

7.2.1 Syslog und Log-Dateien

403

7.2.2 Programme automatisch starten

404

7.2.3 Software installieren

406

7.3 Automatisierung

408

7.3.1 Shell-Skripte

408

7.3.2 Weitere Hilfsmittel

412

7.4 Editoren

415

7.4.1 vi

415

7.4.2 Emacs

423

7.5 Grafische Benutzeroberflächen

429

7.5.1 Der X-Server

429

7.5.2 Desktops

431

7.6 Netzwerkkonfiguration unter Linux

435

7.6.1 Grundeinstellungen

435

7.6.2 TCP/IP-Dienstprogramme

437

7.6.3 Datei- und Druckserver unter Linux

437

7.7 Übungsaufgaben

442

7.7.1 Praktische Übungen

442

7.7.2 Kontrollfragen

442

8 macOS

447

8.1 Mit Aqua arbeiten

451

8.1.1 Die Menüleiste

453

8.1.2 Das Dock

455

8.1.3 Der Finder

455

8.1.4 Mission Control und Dashboard

457

8.2 Systemkonfiguration

459

8.2.1 Besonderheiten der Mac-Dateisysteme

460

8.3 macOS-Netzwerkkonfiguration

461

8.3.1 Serverdienste unter macOS

463

8.4 Übungsaufgaben

464

9 Grundlagen der Programmierung

467

9.1 Die Programmiersprache C

469

9.1.1 Das erste Beispiel

470

9.1.2 Elemente der Sprache C

473

9.1.3 Die C-Standardbibliothek

492

9.2 Java

497

9.2.1 Grundlegende Elemente der Sprache Java

500

9.2.2 Objektorientierte Programmierung mit Java

505

9.2.3 Weitere Java-Elemente

511

9.3 Python

520

9.3.1 Das erste Beispiel

521

9.3.2 Grundelemente von Python

522

9.3.3 Objektorientierung in Python

557

9.3.4 Die Python-Standardbibliothek

580

9.4 Übungsaufgaben

585

10 Konzepte der Programmierung

589

10.1 Algorithmen und Datenstrukturen

589

10.1.1 Ein einfaches Praxisbeispiel

589

10.1.2 Sortieralgorithmen

592

10.1.3 Suchalgorithmen

597

10.1.4 Ausgewählte Datenstrukturen

598

10.2 Reguläre Ausdrücke

610

10.2.1 Muster für reguläre Ausdrücke

612

10.2.2 Programmierung mit regulären Ausdrücken

615

10.3 Systemnahe Programmierung

628

10.3.1 Prozesse und Pipes

628

10.3.2 Threads

634

10.4 Einführung in die Netzwerkprogrammierung

637

10.4.1 Die Berkeley Socket API

638

10.4.2 Ein praktisches Beispiel

644

10.5 GUI- und Grafikprogrammierung

647

10.5.1 Zeichnungen und Grafiken erstellen

649

10.5.2 Animation

654

10.5.3 Programmierung fensterbasierter Anwendungen

658

10.6 Übungsaufgaben

671

11 Mobile Development

673

11.1 iOS-Apps mit Xcode und Swift

674

11.1.1 iOS im Schnellüberblick

674

11.1.2 Xcode und Swift

675

11.1.3 Swift-Grundlagen

677

11.1.4 Eine iOS-App entwickeln

683

11.2 Eine einfache Android-App

693

11.2.1 Android im Überblick

693

11.2.2 Eine App mit Android Studio entwickeln

694

11.3 Übungsaufgaben

701

12 Software-Engineering

703

12.1 Überblick

704

12.1.1 Der Entwicklungszyklus

704

12.1.2 Planung und Analyse

706

12.1.3 Entwurf

712

12.1.4 Implementierung und Test

713

12.1.5 Dokumentation

715

12.1.6 Konkrete Entwicklungsverfahren

716

12.2 Werkzeuge

720

12.2.1 UML

720

12.2.2 Entwurfsmuster

726

12.2.3 Unit-Tests

734

12.2.4 Weitere nützliche Software

738

12.3 Übungsaufgaben

741

13 Datenbanken

745

13.1 Die verschiedenen Datenbanktypen

746

13.1.1 Einzeltabellendatenbanken

747

13.1.2 Relationale Datenbanken

749

13.1.3 Objektorientierte Datenbanken

757

13.2 MySQL – ein konkretes RDBMS

760

13.2.1 MySQL installieren und konfigurieren

760

13.2.2 Erste Schritte mit dem »mysql«-Client

763

13.3 SQL-Abfragen

764

13.3.1 Datenbanken und Tabellen erzeugen

765

13.3.2 Auswahlabfragen

769

13.3.3 Einfüge-, Lösch- und Änderungsabfragen

773

13.3.4 Transaktionen

774

13.4 MySQL-Administration

776

13.4.1 »mysqladmin«

776

13.4.2 Benutzerverwaltung

777

13.4.3 Import und Export von Daten, Backups

782

13.4.4 Konfigurationsdateien

785

13.4.5 Log-Dateien

786

13.4.6 Replikation

787

13.5 Grundlagen der Datenbankprogrammierung

789

13.6 CouchDB im Überblick

793

13.6.1 Das Konzept von CouchDB

793

13.6.2 Praktischer Einstieg in CouchDB

794

13.7 Übungsaufgaben

796

13.7.1 Praktische Übungen

796

13.7.2 Kontrollfragen

797

14 Server für Webanwendungen

801

14.1 HTTP im Überblick

801

14.1.1 Ablauf der HTTP-Kommunikation

802

14.1.2 HTTP-Statuscodes

805

14.1.3 HTTP-Header

809

14.2 Der Webserver Apache

814

14.2.1 Apache im Überblick

815

14.2.2 Apache-Module

816

14.2.3 Apache installieren

818

14.2.4 Apache-Konfiguration

821

14.3 PHP installieren und einrichten

836

14.3.1 Installation

837

14.3.2 Die PHP-Konfigurationsdatei »php.ini«

840

14.4 Virtualisierung und Container

843

14.4.1 Virtualisierungslösungen im Überblick

844

14.4.2 VirtualBox als konkretes Beispiel

845

14.4.3 Container-Virtualisierung mit Docker

848

14.5 Übungsaufgaben

852

14.5.1 Praktische Übungen

852

14.5.2 Kontrollfragen

853

15 Weitere Internet-Serverdienste

857

15.1 Namens- und Verzeichnisdienste

857

15.1.1 Der DNS-Server BIND

857

15.1.2 Der Verzeichnisdienst OpenLDAP

864

15.2 Sonstige Server

873

15.2.1 »vsftpd«, ein FTP-Server

873

15.2.2 »inetd« und »xinetd«

875

15.3 Übungsaufgaben

878

16 XML

881

16.1 Der Aufbau von XML-Dokumenten

883

16.1.1 Die grundlegenden Bestandteile von XML-Dokumenten

884

16.1.2 Wohlgeformtheit

891

16.2 DTDs und XML Schema

893

16.2.1 Document Type Definitions (DTDs)

894

16.2.2 Namensräume

905

16.2.3 XML Schema

906

16.3 XSLT

909

16.3.1 Ein einfaches Beispiel

910

16.3.2 Wichtige XSLT- und XPath-Elemente

913

16.4 Grundlagen der XML-Programmierung

916

16.4.1 SAX

918

16.4.2 DOM

925

16.4.3 Das Python-Modul »xml.etree«

927

16.5 Übungsaufgaben

930

16.5.1 Praktische Übungen

930

16.5.2 Kontrollfragen

931

17 Weitere Datei- und Datenformate

937

17.1 Textdateien und Zeichensätze

937

17.1.1 Das Problem des Zeilenumbruchs

938

17.1.2 Zeichensätze

939

17.1.3 Textbasierte Dateiformate

946

17.2 Binäre Dateiformate

949

17.2.1 Bilddateiformate

952

17.2.2 Multimedia-Dateiformate

956

17.2.3 Archivdateien verwenden

958

17.3 Übungsaufgaben

962

18 Webseitenerstellung mit HTML und CSS

967

18.1 HTML und XHTML

968

18.1.1 Die Grundstruktur von HTML-Dokumenten

969

18.1.2 Textstrukturierung und Textformatierung

972

18.1.3 Listen und Aufzählungen

979

18.1.4 Hyperlinks

982

18.1.5 Bilder in Webseiten einbetten

987

18.1.6 Tabellen

990

18.1.7 Formulare

996

18.1.8 Einbetten von Multimedia-Dateien

1004

18.1.9 Meta-Tags und Suchmaschinen

1005

18.2 Cascading Style Sheets (CSS)

1008

18.2.1 Platzieren von Stylesheets

1009

18.2.2 Stylesheet-Wertangaben

1011

18.2.3 Stylesheet-Eigenschaften

1013

18.2.4 Layer erzeugen und positionieren

1017

18.2.5 Die wichtigsten Neuerungen in CSS3

1023

18.3 Übungsaufgaben

1028

19 Webserveranwendungen

1037

19.1 PHP

1037

19.1.1 Sprachgrundlagen

1038

19.1.2 Klassen und Objekte

1055

19.1.3 Include-Dateien, Autoloader und Namespaces

1070

19.1.4 Webspezifische Funktionen

1073

19.1.5 Zugriff auf MySQL-Datenbanken

1078

19.1.6 Unit-Tests mit PHPUnit

1090

19.2 Eine REST-API implementieren

1099

19.2.1 Die API im Überblick

1099

19.2.2 Die Grundarchitektur der API

1102

19.2.3 Der komplette Quellcode

1104

19.2.4 Die API testen

1120

19.3 Übungsaufgaben

1121

20 JavaScript und Ajax

1125

20.1 Grundlagen

1126

20.1.1 JavaScript im HTML-Dokument

1126

20.1.2 Formulare und Event Handler

1131

20.1.3 Datums- und Uhrzeit-Funktionen

1144

20.1.4 Manipulation von Bildern

1147

20.1.5 Browser- und Fensteroptionen

1150

20.2 Das Document Object Model (DOM)

1156

20.2.1 W3C-DOM im Überblick

1156

20.2.2 Eine DOM-Baum-Anzeige

1159

20.2.3 DOM-Anwendung in der Praxis

1162

20.2.4 Dokumentinhalte verändern und austauschen

1165

20.2.5 »data«-Attribute verwenden

1167

20.3 Ajax

1168

20.3.1 Die erste Ajax-Anwendung

1168

20.3.2 Datenaustauschformate: XML und JSON

1175

20.3.3 Größeres Beispiel: eine interaktive Länderliste

1176

20.4 jQuery

1185

20.4.1 jQuery im Überblick

1185

20.4.2 Ein REST-Client mit jQuery

1189

20.5 Übungsaufgaben

1199

21 Computer- und Netzwerksicherheit

1201

21.1 PC-Gefahren

1202

21.1.1 Viren und Würmer

1202

21.1.2 Trojaner und Backdoors

1208

21.1.3 Weitere Schädlinge

1209

21.2 Netzwerk- und Serversicherheit

1214

21.2.1 Servergefahren

1214

21.2.2 Wichtige Gegenmaßnahmen

1216

21.2.3 Kryptografie

1222

21.3 Übungsaufgaben

1225

B Zweisprachige Wortliste

1241

B.1 Englisch-Deutsch

1241

B.2 Deutsch-Englisch

1244

C Kommentiertes Literatur- und Linkverzeichnis

1247

C.1 Allgemeine Einführungen und Überblicke

1247

C.2 Mathematische und technische Grundlagen

1248

C.3 Hardware

1248

C.4 Netzwerktechnik

1248

C.5 Betriebssystemgrundlagen

1249

C.6 Windows

1249

C.7 Linux

1250

C.8 macOS

1250

C.9 Grundlagen der Programmierung

1251

C.10 Konzepte der Programmierung

1251

C.11 Mobile Development

1252

C.12 Software-Engineering

1252

C.13 Datenbanken

1253

C.14 Server für Webanwendungen

1254

C.15 Weitere Internet-Serverdienste

1254

C.16 XML

1254

C.17 Webseitenerstellung mit HTML und CSS

1255

C.18 Webserveranwendungen

1255

C.19 JavaScript und Ajax

1255

C.20 Computer- und Netzwerksicherheit

1256