Informatik d indd

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Datenrepräsentation und Datenverwaltung
Um Daten auf dem Computer automatisch bearbeiten zu können, muss man zuerst 
Methoden zur Darstellung von Daten entwickeln, also von Zahlen, Wörtern, Bildern 
usw. Eine solche Repräsentation muss mehrere Anforderungen erfüllen. So soll sie 
eine effiziente Datenverarbeitung und Datenrückgewinnung, eine dichte Daten­
speicherung und sogar eine gewisse Fehlertoleranz ermöglichen, das heisst, dass 
kleine Fehler bei Abspeicherung oder Übertragung von Daten dank Redundanz auto­
matisch erkannt oder gar korrigiert werden können. Solche Fragestellungen werden 
in der Codierungstheorie und in der Informationstheorie untersucht.
Bei der Datenverwaltung geht es nicht nur darum, einzelne Dateien (Mengen 
von Daten) zu speichern und wieder zu verwenden. Denn viele Dateien stehen in 
einem Zusammenhang mit anderen, und Abfragen verlangen typischerweise nach 
Informationen, die nur aus vielen vernetzten Dateien kombiniert herausgezogen 
werden können. Deswegen müssen Dateien so strukturiert und mit Schlüsselbegrif­
fen gespeichert werden, dass die gesuchten Informationen effizient aus der vor­
handenen Datensammlung zu gewinnen sind. Diese Fragestellung definiert das 
Teilgebiet der Informationssysteme und Datenbanken.
Inhalt:
 Ausgehend vom Vorwissen über die Darstellung von einfachen Objekten wie 
Zahlen und Wörter ist deren digitale Form zu untersuchen, darauf deren Organisa­
tion in Strukturen wie Bäume (Hierarchien) und Graphen. Damit lassen sich kon­
krete Objekte der realen Welt abstrakt darstellen, woraus sich praktische Aufgaben­
stellungen ergeben können. Zur Abspeicherung der Daten können unterschiedliche 
Datenstrukturen wie Felder, Stapel, Listen usw. eingeführt und implementiert wer­
den. Deren geeignete Auswahl ist ein wichtiges Mittel zur effizienten Datenver­
waltung.
Auf einer fortgeschrittenen Ebene können die Speicherung und die Verwaltung 
von Datensätzen bis zur Entwicklung von relationalen Datenbanken behandelt wer­
den. Voraussetzungen dazu sind Kenntnisse über Graphen, Erfahrung im Program­
mieren und Verständnis für die Messung der Berechnungskomplexität.
Konzepte und Inhalte eines Fachs Informatik

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Konzepte des Programmierens
Programmieren im engeren Sinn bedeutet, einem Computer ein gewünschtes Ver­
halten (die gewünschte Tätigkeit oder das Berechnungsvorgehen) unmissverständ­
lich mitzuteilen. Für diese Auftragserteilung wurden Programmiersprachen entwi­
ckelt; sie dienen der Kommunikation zwischen Menschen und Maschinen zur 
Steuerung der Technik. Das Programmieren nutzt ein Sortiment von grundlegenden 
Konstrukten wie beispielsweise Variablen, Schleifen, Verzweigungen und kennt 
Strukturierungsmethoden wie Objektorientierung und Nebenläufigkeit. Program­
mieren im weiteren Sinn umfasst auch die Suche nach den geeigneten Algorithmen 
zur Lösung bestimmter Probleme. 
Programmieren berührt alle Bereiche der Informatik und inzwischen auch viele 
andere Gebiete der Wissenschaft und der Technik, weil am Ende von Forschungs­ 
und Entwicklungsprojekten häufig ein Computerprogramm (Software im engeren 
Sinn) oder ein Produkt mit einem grossen Softwareanteil steht.
Inhalt:
 Der Informatikunterricht kann mit dem Programmieren begonnen werden. 
Die Grundkonstrukte der strukturierten Programmierung wie Variablen, Schleifen, 
Verzweigungen, bedingte Schleifen, Modularität und Rekursion sollten obligato­
risch vermittelt werden. Objektorientierung, Parallelität und Nebenläufigkeit kön­
nen optional angeboten werden. Dieser Unterricht sollte zusätzlich die Fähigkeit 
fördern, präzise und eindeutig Abläufe zu beschreiben.
Im Rahmen des Programmierens bietet sich auch an, Datenstrukturen zu be­
handeln, weil effiziente Datenzugriffe ganz wesentlich von der Speicherstruktur 
der verwendeten Daten abhängen. Im fortgeschrittenen Unterricht kann das Pro­
grammieren mit der Algorithmik verzahnt werden, und es können Lösungsstrategien 
für unterschiedliche Probleme gesucht und implementiert werden.
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Datenschutz und sichere Kommunikation
Daten (Zahlen, Wörter, Bilder usw.) stehen oft in einer direkten Beziehung zu En­
titäten der realen Welt, namentlich auch zu Menschen. Datenschutz meint nicht 
nur Schutz von Daten, sondern Persönlichkeitsschutz bezüglich Personendaten. 
Bei Personendaten ist somit besondere Vorsicht gefragt; aber ganz generell müssen 
Daten aus der realen Welt situationsgerecht gesichert werden können, einerseits 
gegen Datenfehler und Datenverlust, andererseits gegen unangemessene Offen­
legung gegenüber Unberechtigten. Das gilt für Daten innerhalb eines Computer­
Konzepte und Inhalte eines Fachs Informatik

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systems oder einer Organisation, aber auch, wenn Daten über öffentliche Kanäle 
wie das Internet von einem Ort zu einem anderen übertragen werden. Grundlegen­
de Konzepte und Begriffe sind hier Sicherheit, Redundanz, Privatsphäre (Privacy) 
und Kryptosysteme. Sie gehören zum Teilgebiet der Kryptologie, das stark auf 
 Algorithmik und Komplexitätstheorie aufbaut, aber auch zum Teilgebiet der In­
formationssysteme und der Datenbanken. In der Datenverwaltung und in der 
 Kommunikation entwickelt sich die Sicherheit zu einem der zentralen Themen der 
Informationsverarbeitung in der inzwischen global vernetzten Welt.
Inhalt:
 Verschlüsselungssysteme bilden die Grundlage jeder sicheren Datenübertra­
gung und ­speicherung. Daran lässt sich die Entwicklung des Begriffs der Sicher­
heit einer Verschlüsselung zeigen, von der klassischen Kryptologie bis hin zu mo­
dernen Public­Key­Kryptosystemen. Die klassische Kryptologie kann mit Vorwissen 
in Kombinatorik und Wahrscheinlichkeitstheorie im Gymnasium umfassend unter­
richtet werden. Hingegen lässt sich die erweiterte Kryptologie mit ihren E­Commer­
ce­Anwendungen nur bis zu einem gewissen Verständnisgrad vermitteln, weil die 
dazu notwendige Mathematik schwierig ist.
Unabhängig von Kryptologiethemen sollten im Gymnasium der Datenschutz 
und Methoden zu dessen Umsetzung sowie die Wahrung der Privatsphäre angespro­
chen werden; ein Beispiel dazu bieten elektronische Wahlen.
6 Vernetzung
Über Computernetze werden Informationen beschafft und ausgetauscht, immer 
häufiger aber auch andere Dienstleistungen aller Art, wobei der Standort der dabei 
benutzten Computer (Server) kaum mehr relevant ist: Server, Programme und Da­
ten sind global vernetzt und verschwinden irgendwo «in the cloud». Computernet­
ze prägen insbesondere durch das Internet das Leben in unserer Gesellschaft und 
haben diese wesentlich verändert. Genau wie beim Programmieren stehen hinter 
Computernetzen mehrere neue grundlegende Konzepte, von der Struktur der Netze 
über Suchstrategien im Internet bis hin zu Kommunikationsprotokollen. Auch wer­
den Parallelität und Asynchronität von Prozessen in diesem Bereich untersucht.
Inhalt:
 Grundlegende Netzstrukturen und die Messung ihrer Leistung sind für die 
Handygeneration ein sehr aktuelles Thema. Weiterhin lassen sich Kenntnisse über 
die prinzipielle Funktionsweise des Internets, die Steuerung der Datenflüsse sowie 
die Kommunikationsprotokolle vermitteln. 
Konzepte und Inhalte eines Fachs Informatik

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