Dem Computer ins Hirn geschaut: Informatik entdecken, verstehen und querdenken
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Berlin
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Inhaltsverzeichnis
Prolog: Über dieses Buch XIII
1 Was ist ein Computer? 1
Maschinen zum Rechnen 2
Die Erscheinungsbilder des Computers sind vielfältig 2
Ein lebendes Fossil: der Abakus 5
Wenn es beim Rechnen knackt, knirscht und surrt 8
Die Geburt des modernen Computers 11
Drei Wesensmerkmale eines Computers 14
Des Computers Kern: die Turing-Maschine 15
Ein Maschinenkonstrukt, um das menschliche
Rechnen nachzubilden 16
Rechnen als Textbearbeitung 17
Eine Rechenoperation wird über eine Tabelle beschrieben 18
Mehrere Tabellen können mehrere Rechenoperationen
ausfuhren 21
Sinn und Unsinn von Turings Minimalcomputer 24
Natürliche Informationsverarbeitung 26
Das Band des Lebens: die DNA 27
Proteine beeinflussen den DNA-Ablesevorgang 30
Sind Kolibakterien Turing-Maschinen? 32
Rechnen mit DNA 36
Fazit 40
Zum Nach- und Weiterlesen 41
VII
VIII
Inhaltsverzeichnis
2 Schalten und Walten 43
Am Anfang ist die Zahl 44
Der Stromkreis als elementarer Zeichenträger 44
Von Lichtmustern zu Zahlen 47
Komm, wir bauen einen Taschenrechner! 50
Geniale Muster 52
Kleines Ding, große Wirkung 54
Elektrischer Staffellauf 55
Eine kleine Knüpfkunde 58
Viele mit vielen koppeln 61
Wie Proteine über Gene miteinander verknüpft sind 62
Was Lattentore mit Logik zu tun haben 65
Von Stromkreisen zu Bausteinen 65
Bausteine bauen 69
Vom Baustein zur Schaltung 73
Gibt es Bausteine in der Zelle? 75
Feedback erwünscht! 76
Der Taschenrechner wird erweitert 76
Was Feedback bewirken kann 78
Alles andere als ein Flop: das Flipflop 81
Wenn Viren Zustände haben 85
Das Feuerwerk im Kopf 87
Die Nervenzelle, das Super-Relais 88
Neuronale Verschaltungen 90
Fazit 92
Zum Nach- und Weiterlesen 93
3 Verschlungene Pfade 95
Vorneweg: das Küchen-Einmaleins 96
Eine Fabrik im Kleinen: die Küche 97
Was Prozessoren und Zellen mit Küchen gemein haben 98
Pfade für Daten 100
Ein Werk zum Rechnen 100
Zahlenbehälter 102
Transportgleise 106
Nicht Steuermann, sondern Steuerwerk 109
An den Fäden ziehen — und rechnen 109
Malnehmen mal umständlich 112
Der elektrische Datenkoch 115
Im Gleichschritt — Marsch! 117
Inhaltsverzeichnis
IX
Die Software betritt die Bühne 119
Befehle erfinden 120
Die Kontrolle haben 123
Maschinensprech 125
Programme ausfuhren 127
Wenn Zellen Stoffe wechseln 133
Alles eine Frage der Chemie 133
Regulieren, regulieren, regulieren 136
Fazit 138
Zum Nach- und Weiterlesen 139
4 Computer-Anatomie 141
Eingebettet sein: im Austausch mit der Welt 142
Anatomische Grundlagen 143
Der Urbauplan 146
Wie die Welt in den Computer kommt —
und wieder hinaus 151
Ein Rückgrat für alle 156
Ein System, um den Betrieb zu meistern 160
Schneller sein: jeder Augenblick zählt 162
Die Relativität der Zeit 163
Vom aktiven zum passiven Warten 165
Die Last auf mehrere Schultern verteilen 167
Mehr ist nicht immer mehr 171
Allgegenwärtig sein: mehrere Dinge gleichzeitig erledigen 175
Der Prozess oder die Illusion der Gleichzeitigkeit 175
Teilen ganz praktisch 179
Zusammenarbeit will gelernt sein 181
One Program To Rule Them All 184
Fazit 188
Zum Nach- und Weiterlesen 189
5 Speichern und Erinnern 191
Vom Leben eines Bücherwurms 192
Wie man Informationen haltbar macht 195
Digitale Gravuren 195
Speicher organisieren 199
Die Eier legende Wollmilchsau 203
Ordnung muss sein: den Daten ihre Struktur 208
X
Inhaltsverzeichnis
Von Stapeln und Feldern 209
Der Baum der Sucherkenntnis 213
Zeige mir deinen Nächsten 218
Welche Struktur ist die richtige? 223
Das Leben und die Einprägungen 226
Informationen einfangen 227
Informationen nutzen 230
Fazit 234
Zum Nach- und Weiterlesen 234
6 Netze spinnen 237
Zusammen ist man weniger allein 238
Hallo Du: eine Leitung für zwei 240
Die Familie wächst: eine Leitung für mehrere 244
Von der Familie zur Gemeinschaft:
Leitungen überbrücken 248
Netze vernetzen 232
Auf Routen von Netz zu Netz 253
Weltweite Anschriften 256
Die Stockwerke des Internets 260
Alles wächst zusammen 263
Von Kunden und Dienstleistern 264
Einer für alle, alle für einen 268
Der Weltcomputer 272
Zwischennetze in der Natur 275
Voller Netze: der Mensch 273
Gut vernetzt: der Ameisenstaat 278
Fazit 281
Zum Nach- und Weiterlesen 282
7 Die Kunst der Darstellung 283
Die Welt in Nullen und Einsen 284
Was ist Information? 284
Von Zeichen und Codes 287
Grundlegende Darstellungsarten 289
Aufs Format kommt’s an 291
Biologische Codes 296
Heiße Luft 298
Wie viel Information steckt da drin? 299
Komprimierung: Wie man aus Daten die Luft rauslässt 303
Inhaltsverzeichnis
XI
Steganografie: Luft hinzufugen 307
Genetische Datenakrobatik 310
Geheimniskrämereien 312
Alter Wein in neuen Schläuchen: Verschlüsseln
mit Schlüssel 313
Öffentlich Geheimnisse teilen 320
Wenn der eine nicht ohne den anderen kann:
zweiteilige Schlüssel 325
Yin und Yang im Alltag: Public-Key-Kryptografie 330
Duftcodes — und wie sie gehackt werden 334
Fazit 337
Zum Nach- und Weiterlesen 337
8 Denk! 339
Knifflige Probleme — bewährte Strategien 340
Von Verhaltensprogrammen und Verhaltensmustern 341
Wenn Informatiker Probleme haben 343
Der Weg ist das Ziel: Was es mit Algorithmen
auf sich hat 346
Probieren geht über Studieren 350
Aus kleinen Lösungen werden große 354
Große Probleme in kleine zerlegen 356
Vom Rechenknecht zum Schlaumeier 360
Vom stereotypen zum intelligenten Verhalten 360
Lernen und Anpassungsfähigkeit 363
Spielen und Suche 367
Sprache und Kommunikation 371
Grenzen der Berechenbarkeit 378
Ich weiß, dass ich nichts weiß 379
Unentscheidbarkeit 382
Von praktischen und unpraktischen Algorithmen 385
P oder nicht P, das ist hier die Frage 389
Fazit 396
Zum Nach- und Weiterlesen 397
9 Im Licht der Evolution 399
Vom Entstehen 400
Schicht für Schicht zur Komplexität 400
Gefahren lauern überall 407
XII
Inhaltsverzeichnis
Vom Entwickeln 414
Handwerk der Programmierung 416
Wie komplexe Software-Systeme gebaut werden 423
Vom Entdecken 428
Evolution verstehen 428
Evolution imitieren 436
Fazit 441
Zum Nach- und Weiterlesen 441
Epilog: Zur Biologie der Informatik 443
Die Natur der Informatik ist interdisziplinär 443
Dank 445
Stichwortverzeichnis 449 |
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