Informatik für Ingenieure kompakt

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1 Kai Brims, Paul Klimsa (Hrsg.) Informatik für Ingenieure kompakt Mit 186 Abbildungen vieweg

2 VII Inhaltsverzeichnis 1 Betriebssysteme Einführung in Betriebssysteme Aufgaben Betriebsarten Genealogie der Betriebssysteme Aufbauformen von Betriebssystemen Kategorien von Aufbauformen Systemaufrufe Der Kern Komponenten von Betriebsystemen Prozessverwaltung Dateiverwaltung Speicherverwaltung Geräteverwaltung Parallelität bei Betriebssystemen Parallelität und Synchronisierung Elementare Synchronisierung Synchronisierung mit Semaphoren Deadlocks bei der Synchronisierung Leistungsbewertung bei Betriebssystemen Literatur 33 2 Rechnerarchitektur Einfache Rechenwerke Freiprogrammierbare Rechenmaschine Stored Program-Computer von Neumann-Architektur Register-Architekturen Maschinenprogrammierung Befehlssatz-Architektur CPU und System Leistungssteigerung durch Pipelining 50

3 VIII Inhaltsverzeichnis 2.10 Vektorrechner Superskalare und andere Techniken Speicherhierarchie und Caches Parallelrechner Literatur 69 3 Algorithmen Einführung Divide-and-conquer Algorithmen Dynamische Programmierung Branch-and-bound Algorithmen Greedy Algorithmen Lokale Suche Approximationsalgorithmen Randomisierte Algorithmen Zusammenfassung Literatur 97 4 Datenbanken Die Aufgabe einer Datenbank Das Entity-Relationship Modell Das relationale Modell Relationen Nullwerte Schlüssel Fremdschlüssel und referentielle Integrität Operationen der relationalen Algebra Zusätzliche Operationen NF 2 -Algebra Der tupel-relationale Kalkül Die Datenbanksprache SQL Datendefinitionsanweisungen Datenmanipulationsanweisungen Die SQL3-Entwicklung Der Entwurf relationaler Datenbanken Abhängigkeiten Normalformen BCNF versus 3NF Das Transaktionsprinzip Das ACID-Transaktionsprinzip Sicherung vor Datenverlust Kontrolle der Nebenläufigkeit Netzwerk-und hierarchisches Modell Das Netzwerkmodell 133

4 Inhaltsverzeichnis IX Das hierarchische Datenmodell Objekt-orientierte Datenmodelle Datenbanken und das WWW Literatur Softwaretechnik Einführung Lebenszyklusmodelle Prinzipien, Konzepte, Methoden Basistechniken Datenmodellierung Prozessmodellierung Strukturierter Ansatz für Analyse und Entwurf Objektorientierter Ansatz für Analyse und Entwurf Konzepte Basismodell Statisches Modell Dynamisches Modell Modell der Systemnutzung Implementieren Dokumentieren Testen Allgemeine Bemerkungen Statisches Testen Dynamisches Testen Back-to-Back-Testen Werkzeuge Literatur Rechnernetze und Verteilte Syteme Einleitung und Überblick Physikalische Übertragung Theoretische Grundlagen Übertragungsmedien Signalaufbereitung Netztechnologien Weitverkehrsnetze Lokale Netze Zugangsnetze Transportorientierte Dienste/Protokolle Routing Internetprotokoll Transportprotokoll Reservierungstechniken 222

5 Inhaltsverzeichnis 6.5 Internetdienste und Verteilte Systeme Internetdienste Verteilte Systeme Zusammenfassung Literatur World Wide Web Die Arbeitsweise des WWW Das Protokoll HTTP Mime-Typen Web-Server Auszeichnungssprachen Web-Clients Web-basierte Anwendungen Sicherheit Server-seitige Anwendungen Common Gateway Interface Web-Server-APIs Server-Side Includes Server-seitige Skripte Active Server Pages Java Server Pages Sitzungsorientierte Anwendungen Eingebettete Web-Server Client-seitige Anwendungen Persistent gespeicherte Anwendungen Temporär gespeicherte Anwendungen Sicherheit Client-seitiger Anwendungen Literatur Künstliche Intelligenz Aufgaben und Sichtweisen der Künstlichen Intelligenz Methoden der symbolorientierten Verarbeitung von Wissen Hierarchische Listen, Semantische Netze und Frames Regeln und Produktionssysteme Logikkalküle und Systeme des automatischen Schließens Constraintsysteme Begriffsverbände Heuristische Suchverfahren Strategien 282

6 Inhaltsverzeichnis XI Formale Problemdarstellungen und Suchräume Greedy-Algorithmen und Dynamische Programmierung Graphsearch-Algorithmen Spielbäume Lokale Suche Softcomputing Merkmale nichtanalytischer Lösungsverfahren Fuzzy-Technik Neuronale Netze Probabilistische Techniken Evolutionäre Verfahren Systeme der Anwendung Literatur Modellbildung und Simulation Einführung in die Simulation Zweck und Werkzeuge Simulation ist alltäglich System, Modell, Experiment Vorgehen bei der Simulation Eignung von Programmen für die Simulation Simulation mit Tabellenkalkulation Eignung der Tabellenkalkulation Deterministische Simulation Zustandsraumdarstellung und Diskretisierung Numerische Integration Beispiel: Das mathematische Pendel Stochastische Simulation Methode Wichtige Verteilungen Zufallszahlengeneratoren Ergebnisbeurteilung: Vertrauensintervalle Varianzreduktion Beispiel: Montagerampe Die Methode der Stapelmittelwerte Ereignisorientierte Simulation Methode und Programmierung Beispiel: Ein einfaches Wartesystem Literatur 336

7 XII Inhaltsverzeichnis 10 Grundlagen der Computergrafik Mathematische Grundlagen Darstellung geometrischer Daten Transformationen Modellbeschreibungen Oberflächenmodelle Volumenmodelle Andere Modellierungsansätze Computergraphische Grundprobleme Rasterung Füllen Clipping Antialiasing Rendering Ansatz mittels lokaler Beleuchtungsmodelle Raytracing Radiosity Graphiksoftware und -Standards Fenstersystem-Bibliotheken Graphik-Engines Szenengraph-Bibliotheken Graphikhardware Grundlegender Aufbau Hardwareunterstützte Bilderzeugung Literatur Kryptologie Historische Entwicklung Basismechanismen im Überblick Symmetrische Verschlüsselung Asymmetrische Verschlüsselung Kryptographische Hashfunktionen Digitale Signaturen Blockchiffren Feistel-Chiffre-DES- AES Betriebsarten Asymmetrische Kryptosysteme Einwegfunktionen Schlüssel Vereinbarung nach Diffie und Hellman RS A-Verfahren ElGamal-Verfahren Digital Signature Standard - DSS Basismechanismen und Abhängigkeiten Pseudozufallsgeneratoren 408

8 Inhaltsverzeichnis XIII Benutzerauthentifikation Vereinbaren authentischer Sitzungsschlüssel Abhängigkeiten zwischen Basismechanismen Literatur Multimedia Was bedeutet Multimedia? Grundbegriffe: Multimedia und Digitale Medien Datentypen und Medientypen Abstraktionsschichten Entwicklungsebenen und Benutzerschnittstellen Entwicklungsebenen Dialoge für multimediale Applikationen: Richtlinien versus Metaphern Multimediale Präsentation Datenformate für Multimedia Medienbezogene Datenformate Hybride Formate Datenreduktion und Datenkompression Streaming Multimediale Werkzeuge Medienspezifische Produktionswerkzeuge Entwicklungssysteme für die Integration und Präsentation digitaler Medien Bessere Informationsvermittlung mit Multimedia? Zusammenfassung Literatur 447 Sachwortverzeichnis 449