Grundlagenmodul - Cheatsheet

Einführung in Programmiersprachen und Syntax

Definition:

Einführung in grundlegende Programmierkonzepte und die Syntax verschiedener Programmiersprachen

Details:

• Programmiersprachen: formelle Sprachen zur Beschreibung von Algorithmen
• Syntax: Regeln zur Bildung von gültigen Programmstrukturen
• Lexikalische Analyse: Aufteilung des Codes in Tokens
• Syntaxanalyse (Parsing): Überprüfung der korrekten Struktur anhand der Grammatik
• Typen: Datentypen (integer, float, char, etc.) und Typprüfung
• Kontrollstrukturen: if-else, switch, loops (for, while)
• Funktionen und Prozeduren: Modularisierung und Wiederverwendung von Code
• Ein- und Ausgabe: Arbeitsweise mit Input/Output-Operationen
• Beispielcode (in einer Sprache deiner Wahl)

Kontrollstrukturen: Schleifen und Bedingungen

Definition:

Kontrollstrukturen steuern den Ablauf von Programmen. Schleifen und Bedingungen sind fundamentale Kontrollstrukturen in der Programmierung.

Details:

• Bedingungen (if, else, switch): Steuern die Ausführung von Code-Blöcken basierend auf booleschen Ausdrücken.
• If-Bedingung:

  if (Bedingung) { Anweisungen }

• Else-Bedingung:

  if (Bedingung) { Anweisungen } else { Anweisungen }

• Schleifen (for, while, do-while): Wiederholen Code-Blöcke solange eine Bedingung erfüllt ist.
• For-Schleife:

  for (Initialisierung; Bedingung; Iteration) { Anweisungen }

• While-Schleife:

  while (Bedingung) { Anweisungen }

• Do-While-Schleife:

  do { Anweisungen } while (Bedingung);

Sortier- und Suchalgorithmen

Definition:

Sortieralgorithmen ordnen Elemente einer Liste nach einer bestimmten Reihenfolge. Suchalgorithmen durchsuchen Datenstrukturen nach bestimmten Elementen.

Details:

• Wichtige Sortieralgorithmen: Bubble Sort, Merge Sort, Quick Sort, Insertion Sort
• Komplexität: Beispiel Quick Sort \(O(n \log n)\)
• Wichtige Suchalgorithmen: Linear Search, Binary Search
• Komplexität: Beispiel Binary Search \(O(\log n)\)
• Stabilität: Ein Sortieralgorithmus ist stabil, wenn er die Reihenfolge von Elementen mit gleichen Schlüsseln beibehält.
• Speicherbedarf: Beispiel Merge Sort benötigt zusätzlichen Speicher, Quick Sort arbeitet in-place.
• Bedeutung für Anwendungen: Effizienz der Algorithmen ist entscheidend für die Performance von Software

Big-O-Notation und Laufzeitanalyse

Definition:

Mittel zur Bestimmung der Effizienz von Algorithmen hinsichtlich ihrer Laufzeit und Speicherplatzbedarf.

Details:

• Big-O-Notation: Charakterisiert das Wachstum der Laufzeit/Speicherbedarf in Abhängigkeit von der Eingabegröße.
• Wichtige Klassen:
  • Konstant: O(1)
  • Logarithmisch: O(\log n)
  • Linear: O(n)
  • Quadratisch: O(n^2)
  • Kubisch: O(n^3)
  • Exponential: O(2^n)
• Analyse der Laufzeit: Theoretische Abschätzung der Schleifen, Rekursionen und anderen Kontrollstrukturen.
• Best/Worst/Average-Case: Unterschiedliche Betrachtungen der Laufzeit für verschiedene Eingabemengen.

Grundlagen der digitalen Logik und Schaltkreise

Definition:

Grundkonzepte digitaler Logik und Schaltkreise, einschließlich Boolescher Algebra und grundlegender logischer Gatter (AND, OR, NOT).

Details:

• Boolesche Algebra: Grundlage zur Analyse und Synthese digitaler Schaltungen.
• Logische Gatter: AND (\texttt{\textbf{•}}), OR (\texttt{\textbf{+}}), NOT (\texttt{\textbf{¯}}).
• Kombinatorische Logik: Logische Funktionen ohne Speicherwirkung.
• Sequenzielle Logik: Speichernde Schaltungen wie Flip-Flops.
• Karnaugh-Diagramme: Minimierung logischer Ausdrücke.
• Arithmetische Schaltungen: Volladdierer, Halbaddierer.
• Zähler und Register: Anwendung von Flip-Flops.
• PLL und FPGA: Programmierbare Logikschaltungen.

CPU-Architekturen und Funktionsweise

Definition:

Grundlegende Strukturen und Abläufe einer CPU. Verschiedene Architekturen für unterschiedliche Zwecke und Leistungen.

Details:

• Von-Neumann-Architektur: gemeinsamer Speicher für Daten und Programme
• Harvard-Architektur: separater Speicher für Daten und Programme
• Registersätze: Schnellzugriff auf häufig verwendete Daten
• ALU (Arithmetic Logic Unit): führt arithmetische und logische Operationen aus
• Steuereinheit: steuert den Ablauf der Befehlsausführung
• Taktgeber: bestimmt die Arbeitsgeschwindigkeit der CPU
• Pipeline: parallele Ausführung von Befehlen zur Effizienzsteigerung
• Cache-Speicher: schneller Zwischenspeicher zur Beschleunigung des Datenzugriffs
• Multithreading und Multicore: parallele Verarbeitung zur Leistungssteigerung
• Befehlssatzarchitektur (ISA): definiert die Schnittstelle zwischen Software und Hardware

Logik und Mengenlehre

Definition:

Grundzüge der mathematischen Logik und Mengenlehre, die in der Informatik von Bedeutung sind.

Details:

• Logische Operatoren: \(\land\) (Und), \(\lor\) (Oder), \(eg\) (Nicht), \(\Rightarrow\) (Implikation), \(\Leftrightarrow\) (Bikonditional)
• Mengen: Sammlungen von Objekten/Elementen
• Operationen auf Mengen: Vereinigung \(\cup\), Schnittmenge \(\cap\), Differenz \(\setminus\), Komplement \(\overline{A}\)
• Kardinalität: Anzahl der Elemente in einer Menge
• Quantoren: Existenzquantor \(\exists\), Allquantor \(\forall\)
• Hypothese, Aussage, Beweis
• Russellsche Antinomie und Zermelo-Fraenkel-Mengenlehre (ZFC)

Softwareentwicklungsprozesse und -modelle

Definition:

Softwareentwicklungsprozesse und -modelle strukturieren die Entwicklung von Software, um Qualität und Effizienz zu gewährleisten.

Details:

• Wasserfallmodell: Sequenziell, jede Phase muss abgeschlossen sein bevor die nächste beginnt. Ideal für klar definierte Projekte.
• V-Modell: Erweiterung des Wasserfallmodells, mit parallelen Testphasen zu jeder Entwicklungsphase. Emphasis auf Verifikation und Validierung.
• Spiralmodell: Kombination von Design und Prototyping in Stufen, fokussiert auf Risikomanagement.
• Agile Methoden: Iterativ und inkrementell, fördert Flexibilität und Kundenfeedback. Beispiele: Scrum, Kanban.
• DevOps: Integration von Entwicklung und Betrieb, automatisierte und kontinuierliche Lieferpipelines, fördert Zusammenarbeit.
• Vorausplanung von Meilensteinen und Ressourcen an kritischen Punkten wichtig.