IT-Konzepte

Grundlagen

Die Grundlagen der Informatik, zum Auffrischen und Nachschlagen: vom Transistor bis zur Pipeline, mit Mitmach-Beispielen auf jeder Seite und Code in Java.

Diese Reihe frischt die Grundlagen der Informatik auf – für alle, die sie einmal gelernt und im Alltag teilweise vergessen haben, und für alle, die nachschlagen wollen, was hinter einem Begriff steckt. Jede Seite beginnt beim Einfachen, hat Mitmach-Beispiele zum Ausprobieren und endet mit einem Abschnitt „Für Entwickler übersetzt“ mit Java-Code.

Die Blöcke bauen aufeinander auf, lassen sich aber auch einzeln lesen. Wer einen bestimmten Schwerpunkt hat, kann einem der Lesepfade folgen.

Lesepfade

Statt alles der Reihe nach: sechs Wege durch die Reihe, je nach Interesse.

Die Einträge

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Einstieg

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Was ist ein Computer?

Bits und Bytes, Logikgatter, eine Mini-CPU zum Durchsteppen, Latenzen und der Weg einer Java-Zeile bis zum Maschinencode.

verfügbar
A

Rechner und System

A1

Betriebssystem

Kernel und Systemaufrufe, Scheduler, virtueller Speicher – und warum „Gespeichert“ noch nicht auf der Platte heißt.

verfügbar
A2

Prozess, Thread, Nebenläufigkeit

Race Conditions, Deadlocks, volatile und virtuelle Threads.

verfügbar
A3

Speicherhierarchie

Register, Caches, RAM, SSD – mit Cache-Simulator und der Frage, warum ein Array eine verkettete Liste schlägt.

verfügbar
A4

Virtualisierung und Container

Hypervisor, Namespaces, cgroups, Image-Schichten – und Java im Container.

verfügbar
A5

Dateisysteme und Persistenz

Inodes, Hardlinks, Journaling, Copy-on-Write und sicheres Speichern mit fsync.

verfügbar
B

Netze

B1

Schichtenmodell und TCP/IP

Kapselung, Routing, Paketverlust, Handshakes und QUIC.

verfügbar
B2

DNS

Vom Namen zur Adresse, Eintragstypen, TTL – und warum es so oft am DNS liegt.

verfügbar
B3

HTTP

Anfrage und Antwort, Methoden, Statuscodes, Caching, HTTP/2 und HTTP/3.

verfügbar
B4

TLS und Zertifikate

Schlüsselaustausch mit Farben, Vertrauenskette, typische Zertifikatsfehler in Browser und Java.

verfügbar
C

Daten

C1

Relationale Datenbanken

JOINs, B-Baum-Indizes, Transaktionen und der letzte freie Platz unter READ COMMITTED.

verfügbar
C2

NoSQL und das CAP-Theorem

Fünf Datenmodelle, Consistent Hashing, Netzunterbrechung und Quoren.

verfügbar
C3

Datenformate und Serialisierung

UTF-8 und Zeichensalat, JSON gegen Protobuf, die Zahlenfalle in JavaScript.

verfügbar
D

Sicherheit

D1

Kryptografie-Grundlagen

Hashes, AES und Betriebsmodi, RSA mit Spielzeugzahlen, Post-Quanten-Verfahren.

verfügbar
D2

Authentifizierung

Passwort-Hashing, JWT, OAuth 2 mit PKCE, OpenID Connect und Passkeys.

verfügbar
E

Software bauen

E1

Programmierparadigmen

Imperativ, objektorientiert, funktional, deklarativ – und geteilter veränderlicher Zustand.

verfügbar
E2

Komplexität und O-Notation

Wachstumsklassen, binäre Suche, amortisierte Kosten, P und NP.

verfügbar
E3

Datenstrukturen

HashMap von innen, Suchbäume, Heaps – und welche Java-Collection wann.

verfügbar
E4

Compiler, Interpreter, JIT

Ein Mini-Compiler zum Ausprobieren, HotSpot, Deoptimierung, Native Image und Leyden.

verfügbar
E5

Garbage Collection

Erreichbarkeit, Generationen, G1 und ZGC – und Speicherlecks in Java.

verfügbar
E6

Versionskontrolle mit Git

Commits als Graph, Branches als Zettel, Merge gegen Rebase.

verfügbar
E7

Build und CI/CD

Maven-Lebenszyklus, Versionskonflikte, Pipelines, Rolling, Blue-Green und Canary.

verfügbar
E8

Testen

Testpyramide, Mocks, Mutationstests und Property-based Testing.

verfügbar
F

Architektur und Betrieb

F1

API-Stile

REST, gRPC, GraphQL und Ereignisse im Vergleich – und warum synchrone Ketten zerbrechlich sind.

verfügbar
F2

Verteilte Systeme

Idempotenz, Raft-Konsens, Retries mit Jitter – und warum „genau einmal“ ein Mythos ist.

verfügbar
F3

Messaging

Warteschlange gegen Log, Kafka-Partitionen, Abstürze und Giftnachrichten.

verfügbar
F4

Microservices und Monolith

Was die Aufteilung wirklich kostet.

verfügbar
F5

Cloud

IaaS, PaaS, Serverless – und was „die Cloud“ physisch ist.

verfügbar
F6

Observability

Logs, Metriken, Traces und OpenTelemetry.

verfügbar
G

Theorie

G1

Formale Sprachen und Automaten

Regex und DFA, warum Klammern einen Automaten überfordern, und Backtracking in Java.

verfügbar
G2

Turingmaschine

Band, Kopf, Zustände – das einfachste Modell eines vollständigen Computers.

verfügbar
G3

Universalität

Eine Maschine, die jede andere simuliert – und was „Turing-vollständig“ heißt.

verfügbar
G4

Berechenbarkeit

Das Halteproblem und Fragen, die kein Programm je beantworten kann.

verfügbar
G5

Intraktabilität

P, NP, NP-Vollständigkeit und SAT-Solver.

verfügbar
H

Vom Gatter zur CPU

H1

Zahlen im Rechner

Binär und hex, Zweierkomplement und Überlauf, was in den 32 Bits eines float steht.

verfügbar
H2

Maschinensprache

Eine Spielzeug-CPU programmieren: Register, Sprünge, Schleifen, Funktionen.

verfügbar
H3

Boolesche Logik

Wahrheitstabellen, Gatter und warum NAND allein genügt.

verfügbar
H4

Schaltnetze

Decoder, Multiplexer, Addierer und ALU aus Gattern.

verfügbar
H5

Schaltwerke

Flipflop, Register, Speicher und Takt – wie ein Schaltkreis sich etwas merkt.

verfügbar
H6

Die CPU

Programmzähler, Steuerwerk und Datenpfad: alles zusammengesetzt.

verfügbar

Wie die Einträge aufgebaut sind

Kurz gesagt

Jede Seite beginnt mit zwei Absätzen, die das Wichtigste zusammenfassen – für alle, die nur nachschlagen wollen.

Zum Ausprobieren

Simulationen statt Abbildungen: selbst einen Deadlock auslösen, eine HashMap füllen, den Strom im Dateisystem abschalten.

Für Entwickler übersetzt

Am Ende jeder Seite: was das Konzept im Java-Alltag bedeutet, mit Code, Werkzeugen und typischen Fehlern.

Und die KI?

Wie Sprachmodelle funktionieren, erklärt die Schwesterreihe KI-Begriffe. Viele Themen berühren sich: Die Speicherhierarchie erklärt, warum Inferenz vor allem Speicherbandbreite braucht, und die O-Notation, warum ein langes Kontextfenster so teuer ist.