Praktische Informatik

Gegenstand und Bedeutung

Die Praktische Informatik (PI) ist eines der Hauptgebiete der Informatik. Sie liegt zwischen der theoretischen und der angewandten Informatik. Ihr Ziel ist es, grundlegende Konzepte und Methoden zur Lösung konkreter informatischer Probleme zu entwickeln. Dazu gehören beispielsweise Datenstrukturen und Programmiersprachen. Die PI greift dabei auf Erkenntnisse und Methoden der theoretischen Informatik zurück.

Ein wichtiges Teilgebiet der Praktischen Informatik ist die Softwaretechnik. Die einzelnen Themenbereiche der PI behandeln unter anderem Verfahren zur Problemlösung, die Verwaltung und Verarbeitung von Daten, den Betrieb von Computersystemen sowie die Entwicklung von Software.

Algorithmen und Datenstrukturen

Ein Algorithmus ist eine genau definierte Vorgehensweise zur Lösung eines Problems. Ein Beispiel ist der euklidische Algorithmus zur Ermittlung des größten gemeinsamen Teilers zweier natürlicher Zahlen. Algorithmen sind in der Informatik stets deterministisch. Das bedeutet, dass sie bei gleichen Eingaben immer dasselbe Ergebnis liefern.

Eine Datenstruktur ist eine bestimmte Art, Daten zu verwalten und miteinander zu verknüpfen. Dadurch soll auf die Daten in geeigneter Weise zugegriffen und sollen sie manipuliert werden können. Datenstrukturen sind immer mit bestimmten Operationen verbunden, die diesen Zugriff und diese Manipulation ermöglichen.

Ein Beispiel ist der Stack, auch Stapelspeicher oder Keller genannt. Daten werden auf ihm hauptsächlich abgelegt und von oben wieder weggenommen. Dabei gilt das Last In – First Out-Prinzip: Das zuletzt abgelegte Element wird zuerst wieder entnommen. Ein Stack lässt sich mit einem Bücherstapel vergleichen, bei dem man ein Buch oben auflegt oder das oberste Buch herunter nimmt. Zu den komplexeren Datenstrukturen gehören Bäume und Graphen.

Betriebssysteme und Datenbanken

Ein Betriebssystem ist die Software, die die Verwendung beziehungsweise den Betrieb eines Computers ermöglicht. Es verwaltet die Betriebsmittel des Computers, zum Beispiel den Arbeitsspeicher sowie Ein- und Ausgabegeräte. Außerdem steuert es die Ausführung von Programmen.

Eine Datenbank ist die elektronische Form eines Karteikastens. Sie besteht aus einer Sammlung von Daten, die aus Sicht der Benutzer zusammengehören. Beispiele sind eine Personaldatenbank und eine Lagerinventardatenbank.

Datenbanken ermöglichen einen schnellen und zuverlässigen Zugriff auf große Datenmengen. Weitgehend einheitliche Schnittstellen erleichtern es Anwendungsprogrammen, diese Daten zu verarbeiten. Zusätzlich bietet eine Datenbank einen hohen Schutz gegen Fremdzugriff und gegen Datenverlust durch technisches Versagen.

Man unterscheidet hierarchische, relationale, multidimensionale und objektorientierte Datenbanken. Üblicherweise werden Datenbanken durch ein Datenbankverwaltungssystem (DBMS) verwaltet. Relationale Datenbanken sind momentan am weitesten verbreitet. Viele von ihnen besitzen bereits objektrelationale Erweiterungen, beispielsweise Oracle der gleichnamigen Firma oder DB2 der Firma IBM.

Programmiersprachen und Softwaretechnik

Eine Programmiersprache ist eine formale Sprache zur Darstellung, also zur Notation, von Computerprogrammen. Ein Mensch schreibt darin Text, der dem Computersystem genaue Angaben vermittelt. Diese Angaben beschreiben eine Kette interner Verarbeitungsschritte, die beteiligten Daten und deren Struktur. Außerdem können sie festlegen, wie die Verarbeitung von internen oder externen Ereignissen abhängt.

Softwaretechnik bezeichnet die Erstellung von Software über ihren gesamten Entwicklungsablauf hinweg: von der ersten Idee über die fertige Software bis zu ihrer Auslieferung. Dazu gehören außerdem die Erweiterung und die Wartung bereits existierender Software.