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Informatik für Ingenieure

Fit für das Internet der Dinge

von Fischer-Stabel, Peter ; Gollmer, Klaus-Uwe Fach: Technik/ Ingenieurwesen; Reihe: Basiswissen Ingenieurwissenschaften

Das Buch vermittelt, nach einer kurzen Einführung in die allgemeinen Grundlagen, das Basiswissen Informatik zu Hard- und Software, Netzwerken und Programmierung. Besonderheiten sind die grafischen Darstellungen und ein Praxiskapitel mit eigenem Mini-Rechnersystem (Programmierung in der Programmiersprache C).

Ein besonderes Kapitel widmet sich einem spannenden Zukunftsthema: Anhand eines Anwendungsbeispiels in Form eines internetfähigen Messdatenerfassungssystems ermöglichen die Autoren einen praktischen Einstieg in das Internet der Dinge.

Als Begleitung einer Informatikvorlesung der ersten Semester eines ingenieurwissenschaftlichen Studiums bestens geeignet.

Dieser Titel ist nicht als Dozenten-Freiexemplar erhältlich.
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Details
ISBN 9783825246457
UTB-Titelnummer 4645
Auflagennr. 1. Aufl.
Erscheinungsjahr 2016
Erscheinungsdatum 12.09.2016
Einband Kartoniert
Formate UTB S (12 x 18,5 cm)
Originalverlag UVK Lucius
Umfang 328 S.
Inhalt
Vorwort 5
Hinweise zum Buch 7
Abbildungsverzeichnis 15
Tabellenverzeichnis 19
1 Grundlagen 21
1.1 Informatik 21
1.1.1 Was ist Informatik? 21
1.1.2 Wozu Informatik-Kenntnisse? 22
1.1.3 Aufgaben der Informatik 23
1.1.4 Meilensteine der Datenverarbeitung 24
1.1.5 Gebiete der Informatik 26
1.2 Grundbegriffe der Informationstechnologie 29
1.2.1 Grundbegriffe 29
1.2.2 EVA-Grundprinzip der Datenverarbeitung 31
1.2.3 Informationsdarstellung 32
1.2.4 Logische Grundfunktionen 43
1.3 Literatur 46
2 Hardware 47
2.1 Grundelemente eines Rechnersystems 47
2.2 Elektrotechnische Grundlagen 51
2.2.1 Strom, Spannung und elektrische Leistung 52
2.2.2 Einfache Bauelemente und ihre Verknüpfung 54
2.3 Digitaltechnik 61
2.3.1 Schaltnetze 63
2.3.2 Schaltwerke 70
2.4 Rechnerarchitektur 82
2.4.1 Abarbeitung eines Maschinenbefehls 83
2.4.2 Zugriff auf Ein-/Ausgabebausteine 86
2.4.3 Cache 88
2.4.4 Leistungsbewertung 90
2.4.5 Befehlspipeline 92
2.4.6 Befehlssatzarchitekturen 94
2.4.7 Multithreading-Architektur 95
2.4.8 Rechnerklassifikation nach Flynn 97
2.5 Interfacetechnik Eingebetteter Systeme 99
2.5.1 Ein- und Ausgabe digitaler Signale 100
2.5.2 Analoge Ausgänge (Digital-Analog-Wandlung) 102
2.5.3 Analoge Eingänge (Analog-Digital-Wandlung) 104
2.5.4 Serielle Schnittstellen 108
2.6 Literatur 113
3 Software 115
3.1 Klassifikation von Software 115
3.2 Anwendungssoftware für Ingenieure 118
3.3 Betriebssysteme 120
3.3.1 Grundlagen 120
3.3.2 Betriebsmittelverwaltung 125
3.3.3 Marktgängige Betriebssysteme 129
3.3.4 Virtuelle Maschinen (VM) 129
3.4 Software Engineering 131
3.4.1 Klassisches Phasenmodell (Wasserfallmodell) 131
3.4.2 Spiralmodell 132
3.4.3 Anforderungsspezifikation (Lastenheft) 133
3.4.4 Pflichtenheft (Sollkonzept) 134
3.4.5 Software-Qualität 135
3.5 Literatur 137
4 Algorithmen 139
4.1 Eigenschaften von Algorithmen 140
4.2 Vom Problem zum Programm 141
4.2.1 Exkurs: Komplexität von Algorithmen 145
4.3 Beschreibung von Algorithmen 148
4.3.1 Umgangssprachliche (textuelle) Beschreibung 148
4.3.2 Graphische Beschreibungsformen 149
4.3.3 Beschreibung in einer Programmiersprache 153
4.4 Programmiersprachen 154
4.4.1 Grundelemente von Programmiersprachen 156
4.4.2 Syntax und Semantik 158
4.4.3 Strukturierte Programmierung 159
4.4.4 Objektorientierte Programmierung 161
4.5 Literatur 161
5 Grundlagen der Programmierung 163
5.1 Die Arduino-Plattform 165
5.1.1 Enwicklungsumgebung 166
5.1.2 Arduino UNO und kompatible Boards 168
5.1.3 NodeMCU Board 169
5.2 Grundlagen der C-Programmierung 170
5.2.1 Ein erstes Arduino Programm 172
5.2.2 Ausgabe mit printf 177
5.2.3 Wiederholungsschleifen (for, while) 180
5.2.4 Fallunterscheidungen (if … else) 187
5.2.5 Mehrfach-Fallunterscheidungen (switch) 188
5.2.6 Elementare Datentypen und Ausdrücke 189
5.2.7 Mathematische Standardfunktionen 194
5.2.8 Modularisierung (Funktionen) 195
5.2.9 Lebensdauer und Geltungsbereich 203
5.2.10 Rekursion 205
5.2.11 Höhere Datenstrukturen 208
5.3 Interfacetechnik: Arduino-Befehle 216
5.3.1 Digital I/O 218
5.3.2 Analog I/O 219
5.3.3 Serielle Protokolle 221
5.4 Literatur 223
6 Rechnernetze 225
6.1 Netzwerktopologie 226
6.2 Netzwerkprotokolle 228
6.2.1 Das OSI-Referenzmodell 228
6.2.2 Das TCP/IP-Referenzmodell 230
6.2.3 Feldbusprotokolle 237
6.3 Drahtlosnetzwerke 241
6.3.1 Wireless Personal Area Network (WPAN) 242
6.3.2 Wireless Local Area Network (WLAN) 243
6.3.3 Wireless Wide Area Network (WWAN) 245
6.4 Literatur 246
7 Internet 247
7.1 Grundlagen 247
7.2 Web-Technologien 248
7.2.1 URL: Uniform Resource Locator 248
7.2.2 HTML und XML 251
7.2.3 Skriptsprachen und CGI-Programmierung 254
7.3 Dienste und Anwendungen im Internet 255
7.3.1 World Wide Web (WWW) 255
7.3.2 eMail-Dienste 259
7.3.3 Weitere Internetdienste 260
7.4 Literatur 261
8 Information Retrieval 263
8.1 Einführung 263
8.2 Internet-Suchmaschinen 265
8.2.1 Potential webbasierter Informationssysteme 265
8.2.2 Suchmaschinen 265
8.2.3 Bildersuchmaschinen 271
8.2.4 Deep Web 271
8.2.5 Bewertung von Internetressourcen 272
8.3 Digitale Bibliothek und Fachdatenbanken 273
8.3.1 Kataloge 273
8.3.2 Fachdatenbanken 274
8.4 Web2.0-Werkzeuge 274
8.4.1 Social Bookmarking 274
8.4.2 Plattformen für Videos und Präsentationen 275
8.4.3 MindMapping 277
8.4.4 Allgemeine Kriterien 277
8.4.5 Quellen für Informatiker und Ingenieure 278
8.4.6 Maschinenlesbare Datenquellen 279
8.5 Literatur 280
9 IT-Sicherheit 281
9.1 Einführung IT-Sicherheit 281
9.1.1 Grundlagen 281
9.1.2 Datenschutz personenbezogener Daten 284
9.2 Gefährdungsklassen / Schutzmaßnahmen 285
9.2.1 Gefährdungsklassen IT-Sicherheit 285
9.2.2 Schutzmaßnahmen 287
9.3 Erstellung eines IT-Sicherheitskonzeptes 288
9.4 IT-Sicherheit und Datenschutz im Home Office 290
9.4.1 Allgemeine Regeln 290
9.4.2 HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) 292
9.4.3 Vermeidung von Datenspuren 293
9.4.4 Smartphone und Sensory Malware 297
9.5 Literatur 298
10 Anwendung: Internet der Dinge 299
10.1 Messdatenerfassung 299
10.1.1 Sensorik und Kalibrierung 299
10.1.2 Datenmodell 301
10.1.3 Programmtechnische Umsetzung 303
10.2 Machine to Machine Kommunikation (M2M) 305
10.3 Web-Server 307
10.3.1 Server-Homepage 307
10.3.2 WLAN Zugang (Access-Point Modus) 309
10.4 Thingspeak Web-Client 311
10.4.1 Internet Zugang WLAN (Station Mode) 314
10.4.2 Sichere Verbindung mit HTTPS-Protokoll 315
10.4.3 Reaktionen: Tweets auslösen 316
10.5 Zugriff auf aktuelle Wetterdaten 317
Index 321
Pressestimmen
Aus: ekz – 02.01.2017 – Klaus Barckow
Sehr hilfreich ist auch als großes Anwendungsbeispiel der Entwurf eines flexiblen Messdatenerfassungssystems, das die Messdaten auf verschiedenen Wegen im Internet verfügbar macht. […]Gut berücksichtigt werden auch Rechnernetze und Information Retrieval. Zu jedem Kapitel gibt es eine Lernzielformulierung und einen Literaturnachweis. Auch zum Selbststudium gut geeignet.

Autoreninfo

Fischer-Stabel, Peter

Fischer-Stabel, Peter

Prof. Dr. Peter Fischer-Stabel ist Professor für Angewandte Informatik, Umwelt- & Geoinformatik am Umweltcampus der Hochschule Trier.

Gollmer, Klaus-Uwe

Gollmer, Klaus-Uwe

Prof. Dr.-Ing. Klaus-Uwe Gollmer ist Professor für Modellbildung und Simulation am Umweltcampus Birkenfeld der Hochschule Trier.
Leserbewertungen

Bewertungen

Dozentenbewertung

Bewertung

Kundenmeinung von H-J. Bohr

Das Buch bildet den gesamten Bereich der Informatik (Grundlagen, Hardware, Software, Programmierung, Rechnernetze, Internet, IoT, usw.) ab. Es liefert somit einen guten Einstieg in diese Thematik.

Mit zahlreichen Bildern und Beispielen werden die einzelnen Kapitel anschaulich ergänzt. Zu jedem Kapitel werden Hinweise zur weiterführenden Literatur gegeben. Das Buch ist eine gute Einführung und auch zum Selbststudium gut geeignet.

Perfekter Überblick

Bewertung

Kundenmeinung von Dennis Huiskens

Dieses Buch richtet sich vor allem an Einsteiger in die Welt der Informatik. Das Buch liefert nach einer kurzen Einführung in die allgemeinen Grundlagen, das Grundwissen zu Hard- und Software, Netzwerken und Programmierung. Dies alles wurde sehr übersichtlich und verständlich geschrieben. Jedoch hätte ich mir an den einen oder anderen Punkt tiefere Einblicke in die Materie gewünscht.
Trotzdem ist dieses Buch ein durchaus gelungenes Werk. Vorallem die vielen Praxisbeispiele haben mir sehr großen Spaß gemacht, da man als Leser selbst gefordert wurde.

Optimal für den Einstieg

Bewertung

Kundenmeinung von Patrick Sternemann

Das Buch hält das, was einem versprochen wird.
Es vermittelt sehr verständlich die Grundlagen der Informatik inkl. Netzwerken & Programmierung, auch durch viele gute Beispiele und Grafiken. Somit ist es optimal als Literatur für Einsteiger geeignet.

Ein Einstieg in die Programmierung wir auf der Basis der Ardunio-Plattform gut und verständlich vermittelt. Ebenso kommt das immer wichtiger werden Thema der IT-Sicherheit nicht zu kurz. Abgerundet wird das Buch durch ein sehr aktuelles Thema, das "Internet der Dinge / Internet of Things (IOT)".

Besonders der hohe Anteil an Praxisbeispielen an Programmierbeispiel die der Leser selbst umsetzten kann, gefiel mir persönlich sehr gut.

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