Die Studierenden kennen klassische Algorithmen und Datenstrukturen, können deren Komplexität in der O-Notation beurteilen und selbstständig anwenden. Es werden folgende Algorithmen und Datenstrukturen behandelt:

• Verschiedene Arten von Listen
• Verschiedene Sortierverfahren
• Verschiedene Suchverfahren
• Binärbäume, Suchbäume, balancierte Suchbäume
• Funktionale Datenstrukturen (Queues, Arrays)
• Hashing
• Graphen, inkl. topologische Sortierung und shortest-path Algorithmus

Ottmann, Thomas; Widmayer, Peter (2017): Algorithmen und Datenstrukturen, 6. Auflage, Spektrum, Berlin.
Cormen, Tomas H.; Leiserson, Charles E.; Rivest, Ronald L.; Stein, Clifford (2009): Introduction to Algorithms, 3. Auflage, MIT Press.

Im Praktikum werden alle Inhalte der Vorlesungen „Algorithmen & Datenstrukturen” praktisch mit Java umgesetzt. Die Studierenden kennen klassische Algorithmen und Datenstrukturen, können deren Komplexität in der O-Notation beurteilen und selbstständig anwenden. Es werden folgende Algorithmen und Datenstrukturen behandelt:

• Verschieden Arten von Listen
• Verschiedene Sortierverfahren
• Verschiedene Suchverfahren
• Binärbäume, Suchbäume, balancierte Suchbäume
• Funktionale Datenstrukturen (Queues, Arrays)
• Hashing Graphen, inkl. topologische Sortierung und shortest-path Algorithmus

Ottmann, Thomas; Widmayer, Peter (2017): Algorithmen und Datenstrukturen, 6. Auflage, Spektrum, Berlin.

Cormen, Tomas H.; Leiserson, Charles E.; Rivest, Ronald L.; Stein, Clifford (2009): Introduction to Algorithms, 3. Auflage, MIT Press

• Rechnerarchitektur
• Architektur von Betriebssystemen
• Prozesse, Prozessverwaltung (Prozesszustände, -übergänge)
• Threads, Threadbibliotheken
• Scheduling in Betriebssystemen
• Synchronisation von Prozessen und Threads
• Kommunikation und Kooperation
• Nebenläufigkeit, Verklemmungen
• Speicherverwaltung
• E/A-Verwaltung
• Dateiverwaltung
• Ausgewählte Betriebssysteme (LINUX, Windows)

Glatz, E., Betriebssysteme, Grundlagen, Konzepte, Systemprogrammierung, Heidelberg, dpunkt-Verlag, 2015
Mandl, P., Grundkurs Betriebssysteme : Architekturen, Betriebsmittelverwaltung, Synchronisation, Prozesskommunikation, Virtualisierung, 4. Auflage, Wiesbaden, Vieweg+Teubner, 2014
Stallings, W., Betriebssysteme : Prinzipien und Umsetzung, 4., überarbeitete Auflage, München, Pearson Studium, 2005
Tanenbaum, A. S., Moderne Betriebssysteme, 4., aktualisierte Auflage, München, Pearson Studium, 2016

Windows

• Grundkenntnisse in Windows
• Umgang mit Windows Systemtools (winmsd, taskmgr, perfmon, devmgmt, ...)
• Typische Probleme auf Betriebssystemebene und ihre Diagnose
• Programmierübungen zu Threads (Threaderzeugung, -synchronisation, ...) unter Windows

Linux/UNIX

• Linux-Praktikum (Grundbefehle, Dateiverwaltung, Verzeichnisverwaltung, Ein-/Ausgabeumlenkung,
  Textverarbeitung, wichtige Tools, etc.)
• Beispiele zur Prozesserzeugung/-kommunikation/-synchronisation unter UNIX

Stallings, W., Betriebssysteme : Prinzipien und Umsetzung, 4., überarbeitete Auflage, München, Pearson Studium, 2005
Tanenbaum, A. S., Moderne Betriebssysteme, 4., aktualisierte Auflage, München, Pearson Studium, 2016
Glatz, E., Betriebssysteme, Grundlagen, Konzepte, Systemprogrammierung, Heidelberg, dpunkt-Verlag, 2015
Mandl, P., Grundkurs Betriebssysteme : Architekturen, Betriebsmittelverwaltung, Synchronisation, Prozesskommunikation, Virtualisierung, 4. Auflage, Wiesbaden, Vieweg+Teubner, 2014

Ziel der Vorlesung ist die Vermittlung von Kenntnissen über das World Wide Web (WWW), insbesondere von Markup- und Programmiersprachen zur Erstellung von webbasierten Benutzeroberflächen.

Im Einzelnen hat die Vorlesung folgende Inhalte:

• Die Geschichte des WWW (und Internets)
• Die Organisation des WWW (und Internets)
• Relevante Grundlagen: ISO/OSI-Modell, HTTP-Protokoll, URI, IPV6, Kommunikation BrowserWeb-Server u.v.m.
• Markup Languages im Allgemeinen
• HTML (Hypertext Markup Language): HTML5, Formulare, ...
• CSS (Cascading Stylesheet)/Design: CSS3, MedieQueries, Barrierefreiheit, ...
• Javascript: Syntax, Funktionen, diverse Frameworks, DOM, Debugging, ...

http://www.w3.org/standards/webdesign/
http://www.w3schools.com/

• Interaktion zwischen Mensch und Computer 
• Grundlagen grafischer Benutzerschnittstellen (und Historie) 
• Ergonomische Gestaltungsprinzipien (Menschliche Informationsverarbeitung, Normen, Gesetze, Usability Principles, Guidelines zur visuellen Gestaltung, UI Design Patterns)
• Praktisches UI Design und UI Prototyping (mit Microsoft .Net WPF, Expression Blend, Windows Phone, Anwendung von Styleguides)
• Methoden des Usability Engineering (User Centered Design) 

Herczeg, M., Software-Ergonomie: Theorien, Modelle und Kriterien für gebrauchstaugliche interaktive Computersysteme, 4. Auflage, München, Wien, De Gruyter Oldenbourg, 2018
Butz, A., Krüger, A., Mensch-Maschine-Interaktion, 2. Auflage, München, Wien, De Gruyter Oldenbourg, 2017
Eberhard-Yom M., Usability als Erfolgsfaktor: Grundregeln, User Centered Design, Umsetzung, Berlin, Cornelsen Scriptor, 2010
Richter M., Flückiger M., Usability und UX kompakt, Produkte für Menschen, 4. Auflage, Heidelberg, Springer Vieweg, 2016 Tidwell, J., Designing Interfaces, Boston, O`Reilly, 2019 Shneiderman, B., Plaisant, C., Designing the user interface: strategies for effective human-computer interaction, 6. Auflage, Pearson, 2017
Jacobsen, J., Mayer, L., Praxisbuch Usability & UX: was jeder wissen sollte, der Websites und Apps entwickelt, 2. Auflage, Bonn, Rheinwerk Verlag, 2019
Goldstein, E.B., Wahrnehmungspsychologie: der Grundkurs, 9. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer, 2015
Norman, D.A., The design of everyday things: Psychologie und Design der alltäglichen Dinge, 2. Auflage, München, Franz Vahlen, 2016

Das Praktikum wird synchron zur Vorlesung durchgeführt und vertieft die dortige Theorie durch entsprechende praktische Implementierungsaufgaben. Die Studierenden sollen dabei auch lernen, eine Aufgabenstellung korrekt umzusetzen. Deshalb wird bei den Lösungen besonders auf ein strukturiertes Vorgehen, die Benutzerfreundlichkeit, ein ansprechendes Design, Programmieralgorithmen und Wartbarkeit der Lösung geachtet. Hierzu werden die im WWW existierenden Kriterien für Standards mit Hilfe der W3C-Validatoren angesetzt.

Siehe Vorlesung "Web-Technologien"

Grundlagen der Diskreten Mathematik und Lineare Algebra:

• Logik und Mengen
• Rechnen in den reellen und komplexen Zahlen inklusive Zahldarstellung im ComputerStellenwertsysteme, Polynome, Folgen
• Modulo-Rechnung, Gruppen und Körper
• Lineare Algebra (Vektor- und Matrizenrechnung, Analytische Geometrie)

Teschl, G. und Teschl, S., Mathematik für Informatiker : Band 1: Diskrete Mathematik und Lineare Algebra, 4. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer Spektrum, 2013.

Hartmann, P., Mathematik für Informatiker : Ein praxisbezogenes Lehrbuch, 6. Auflage, Wiesbaden, Springer Vieweg, 2015.

Brill, M., Mathematik für Informatiker: Einführung an praktischen Beispielen aus der Welt der Computer, 2. Auflage, München, Wien, Hanser Verlag, 2005.

• Relationen, Funktionen, Folgen, Grenzwerte
• Differential- und Integralrechnung in einer und mehreren Variablen
• Reihen, Potenzreihen, Fourierreihen 
• Kombinatorik
• Passende Anwendungsbeispiele. 

Teschl, G. und Teschl, S., Mathematik für Informatiker : Band 1: Diskrete Mathematik und Lineare Algebra, 4. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer Spektrum, 2013.

Hartmann, P., Mathematik für Informatiker. Ein praxisbezogenes Lehrbuch, 6. Auflage, Wiesbaden, Springer Vieweg, 2015.

Papula, L., Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler Band 1. Ein Lehr- und Arbeitsbuch für das Grundstudium, 14. Auflage, Wiesbaden, Springer Vieweg, 2014.

Papula, L., Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler Band 2. Ein Lehr- und Arbeitsbuch für das Grundstudium, 14. Auflage, Wiesbaden, Springer Vieweg, 2015.

(Englischsprachige) Manuals und Dokumentationen

Wissenschaftliche Texte und wissenschaftliches Arbeiten (korrektes Zitieren, Plagiate)

Digital Libraries von ACM und IEEE

Selbstorganisation und Zeitmanagement

Gewaltfreie Kommunikation

Individuell ausgewählte aktuelle Artikel und Texte (wird im Kurs und per Moodle bereit gestellt)

- Prozedurale Programmierung in Java
- Primitive Datentypen
- Kontrollstrukturen (Verzweigung, Schleifen)
- Variablen, Sichtbarkeit
- Rekursion

- Objektorientierte Programmierung mit Java
- Klassen und Objekte
- Pakete
- Vererbung
- Abstrakte Klassen
- Interfaces
- Fehlerbehandlung mit Exceptions

- Test-driven Development
- Unit-Tests mit JUnit

- GUI-Programmierung mit JavaFX

Gumm, H.-P., Sommer, M., Einführung in die Informatik, 9. Auflage, München, Oldenbourg Verlag, 2011

Ullenboom, C., Java ist auch eine Insel, 15. Auflage, Rheinwerk Computing, 2020

Teil 1: Implementierung exemplarischer Programme
- Operatoren und Konstanten
- Console Input/Output
- Kontrollstrukturen (Sequenz, Schleife, Abfrage) und strukturierte Programmierung
- Komplexe Datentypen
- Übergabeparameter (Call by Value und Call by Reference)
- File Input/Output mit Comma-Separated-Values Dateien (*.csv)
- Rekursive Algorithmen (Beispiele: Fakultätsberechnung, Towers of Hanoi)
- Sortieren mit Bubblesort
- Dynamisches Memorymanagement und Pointerarithmetik
Teil 2: Realisierung des n-Damen-Problems
- Problemanalyse
- Design (Structure Charts)
- Verwendung von Enumerationen, Strukturen, Arrays und Präprozessor Direktiven
- Erstellung des Userinterfaces
- Implementierung des rekursiven Algorithmus
- Implementierung der Programmlogik
- Speichern der Lösungen als csv-Datei mittels einer DLL
- Einbinden der DLL in die Anwendung
- Test des Systems und Durchführung von Laufzeituntersuchungen
- Dokumentation

RZNN Hannover, Standard-C-Programmierung, 2. Auflage, 2011

Kirch, U., Prinz, P., C-Einführung und professionelle Anwendung, 2. Auflage, Heidelberg, Verlagsgruppe Hüthig-Jehle-Rehm, 2007

Erlenkötter, H., C-Programmieren von Anfang an, 19. Auflage, Rowohlt Taschenbuch Verlag, 2011

Gumm, H.-P., Sommer, M., Einführung in die Informatik, 9. Auflage, München, Oldenbourg Verlag, 2011

Erstellung von C-Programmen unter Verwendung von
- Pointern und Referenzen
- Programmbibliotheken
- Structs
- Threads

Erstellung von C++-Programmen mit
- Klassen und Objekten
- Vererbung und Polymorphismus
- Exceptions
- Kopierkonstruktoren (tiefe und flache Kopien)
- Überladen von Operatoren
- Templates
- Entwurfsmuster

Eilebrecht, K., Starke, G., Patterns kompakt : Entwurfsmuster für effektive Software-Entwicklung, 4. Auflage, Springer Vieweg, 2013

Wolf, J., C++ von A bis Z, 2. Auflage, Bonn, Galileo Press, 2009

Stroustrup, B., The C++ Programming Language, Hanser, 2015

- Objektorientierte Konzepte
- UML-Klassendiagramme und -Sequenzdiagramme
Java:
- Klassen und Objekte
- Datentypen (Wert- und Referenztypen)
- Arrays
- Abstraktion, Kapselung, Vererbung und Polymorphismus
- Abstrakte Klassen und Methoden, Interfaces
- Exceptions
- Collections
- Threads
- Klassenbibliothek Swing
- Ein-/Ausgabe
C++:
- Klassen und Objekte
- Abstraktion, Kapselung, Vererbung und Polymorphismus
- Exceptions
- Operatorüberladung
- Kopierkonstruktoren
- Templates (Funktions- und Klassentemplates)
- Memory Management und RTTI
- Realisieriung der Entwurfsmuster Singleton, Observer, Decorator und Kompositum

Eilebrecht, K., Starke, G., Patterns kompakt : Entwurfsmuster für effektive Software-Entwicklung, 4. Auflage, Springer Vieweg, 2013

Wolf, J., C++ von A bis Z, 2. Auflage, Bonn, Galileo Press, 2009

Stroustrup, B., The C++ Programming Language, Hanser, 2015

Das Praktikum besteht aus drei vorlesungsbegleitenden Komplexen

Komplex 1: Einadresscomputer (Nutzung eines Simulationspakets)

• Systemkomponenten und deren Wirkungsweise,
• Systemkomponenten und deren Wirkungsweise.

Komplex 2: Mikroprogrammgesteuerte Prozessoren (Nutzung eines Simulationspakets)

• Studium der internen Ablaufe aus Sicht der Systemkomponenten und der Programmierung,
• Modifikationen an der Mikroprogrammebene, insbesondere Implementierung neuer Maschinenbefehle.

Komplex 3: Prozessorsystem i8086 (Flight-86 Trainingssystem)

• Funktionen und Merkmale der CPU,
• Serielles und paralleles Interface zum Anschluss periphererer Geräte an i80X86 Prozessoren,
• Interruptbehandlung des Prozessors und Programmierung von Interruptcontrollern,
• Regelkreis mit Mikroprozessorsteuerung.

Singh, A., Triebel, W. A., The 8088 and 8086 Microprocessors, 3. Auflage, Prentice Hall, 2000

Die folgenden Dokumente werden den Studenten zu Beginn des Semesters zur Verfügung gestellt.

• Manuels zu den im Labor verwendeten Geräte und Programmsysteme
• Beschreibung der zu bearbeiteten Laborprojekte

Im ersten Teil der Vorlesung wird die Prozessorfamilie i80X86 (und Kompatible) vorgestellt. Dabei liegt der Schwerpunkt auf typischen Konzepten dieser Familie, die auch bei neueren Prozessoren eine weitere Ausprägung erfahren. Dieser Teil gibt auch die notwendige Fundierung des Labors zur Vorlesung.

• Die Mikroprozessorfamilie i80X86 und Kompatible, CPU-Strukturen, Hauptspeicherorganisation, Adressierungstechniken, Sicherheits- und Schutzkonzepte;
• Ein-/Ausgabe-Organisation und Anschluss peripherer Geräte bei i80X86, Interfaceschaltkreise und ihre Programmierung;
• Interruptbehandlung bei i80X86;
• Bussysteme, synchrone vs. asynchrone Busse, Busarbitration, kommerzielle Bussysteme;

Im zweiten Teil der Vorlesung liegt der Schwerpunkt auf grundsätzlichen Architekturproblemen, insbesondere bezüglich der Parallelisierung an den verschiedenen Ebenen. Dabei stehen Konzepte und Methoden im Vordergrund. An Hand einzelner Beispiele wird auf Implementierungsgesichtspunkte eingegangen und es werden auch entsprechende Lösungen in realen Prozessoren vorgestellt.

• Berechnungsmodelle, Modellbeschreibungen, Computermodelle John-von-Neumann Computer;
• Prozessorarchitekturen, Grundkonzepte für konkurrente und parallele Verarbeitung, Befehlssatzarchitekturen;
• Befehlsebenenparallelität: Berücksichtigung von Daten- und Steuerabhängigkeiten, Grundkonzept der ILP-Prozessoren, Pipelining, Grundkonzept der VLIW-Prozessoren, Grundkonzept der Superskalarprozessoren: Befehlsbereitstellung, Befehlsausführung, Probleme bei Sprungbefehlen und bei Interruptbehandlung;
• Parallelarchitekturen an der Threadebene: Multithread-, Datenfluss-, Hybridarchitekturen;
• Parallelarchitekturen an der Prozessebene: Speicherkonzepte bei MIMD-Architekturen, Cache- und Synchronisatioinsprobleme.

Sima, D., Fountain, T., Kacsuk, P., Advanced Computer Architecture, Addison-Wesley, 1999

Märtin, C., Einführung in die Rechnerarchitektur: Prozessoren und Systeme, Hanser, 2003

Singh, A., Triebel, W.A., The 8088 and 8086 Microprocessors, 3. Auflage, Prentice Hall, 2000

Die Gliederung der Vorlesung folgt einer strukturierten Betrachtung eines Computersystems. Dabei sind die wesentlichen Ebenen die Hauptkapitel des Vorlesungsstoffes, wobei die Reihenfolge Rücksicht auf das zugehörige Labor nimmt.

Maschinenbefehlsebene:

• Computergrundstruktur und funktionelle Ebenen,
• ZVE, Befehlsstruktur und -abarbeitung, Unterbrechungssystem, E/A-System.

Ebene der Bauelemente und Grundschaltungen:

• Elektrotechnische/elektronische Grundlagen (Ladung, Felder, Spannung, Strom, passive Bauelemente, Wechselstromlehre, Leistung und Energie),
• Physikalische Grundlagen der Mikroelektronik,
• Wirkprinzipien der Bipolar- und Feldeffekttransistoren,
• Transistoren als Schalter,
• Transistor-Grundschaltungen und spezielle Technologielinien (TTL, CMOS, ECL),
• Logische Pegel, Kenngrößen und Zeitverhalten bei Schaltvorgängen,
• Schaltalgebra, Boolesche Funktionen und Rechenregeln,
• Normalformen, Grundeigenschaften von Schaltnetzen und Schaltwerken,
• Minimierung von Schaltnetzen mit graphischen und rechnerischen Verfahren,
• Kombinatorische Netze, statische Logik,
• Kombinatorische Grundschaltungen (Tor, Knoten, Codewandler, Multiplexeinheiten),
• Arithmetische Schaltungen (Addierer, Subtrahierer, Multiplizierer, Dividierer),
• Arithmetisch-logische Einheiten,
• Sequentielle Schaltungen (Flip-Flop, Register, Teiler, Zähler),
• Speicherschaltkreise, Speicherarchitekturen, komplexe Logikstrukturen,
• Dynamische Kenngrößen, Zeitverhalten, kritischer Pfad, Taktfrequenz, Stabilität, Hasards,
• Grundelemente von Zustandsautomaten und ihr systematischer Entwurf, Zustandsdiagramm,
• Medwedjew-Automat, Moore-Automat, Mealey-Automat.

Steuerungsebene:

• Steuer- und Verarbeitungswerke,
• Festverdrahtete Steuerung,
• Mikroprogrammsteuerung.

Programmierungsebene:

• Abstraktions- und Sprachebenen,
• Assemblerprogrammierung der i80X86 (Übersicht).

Elschner, H.; Möschwitzer, A.: Einführung in die Elektrotechnik-Elektronik; Verlag Technik Berlin 1985

Schildt, G.-H., Redlein, A., Kahn, D., Einführung in die Technische Informatik, Vienna, Springer Verlag, 2005

Kainka B., Bernstein H., Grundwissen Elektronik, Poing, Franzis Verlag, 2011

Schneider, U., Disterer G., Taschenbuch der Informatik, 7. Auflage, München, Fachbuchverlag Leipzig, 2012

Es sind drei Versuche in einer 2er-Gruppe durchzuführen:

1. Transistor als Schalter, zeitunkritische Schaltungen, Basisgatter, PC- Simulation von Gattern
2. Zeitabhängige Schaltungen, Zähler und arithmetische Operation
3. Wandler, Datenübertragung, Schieberegister

Hoffmann, D. W., Grundlagen der Technischen Informatik, 4. Auflage, Hanser, 2014

Heinemann, R., PSPICE : Einführung in die Elektroniksimulation, 7. Auflage, Hanser, 2011