Module des Studiengangs Informatik (Bachelor), SPO 7
Die Lehrveranstaltungen dieses Moduls vermitteln fachlichen Grundlagen der Softwareentwicklung und der Informatik. Die Studierenden lernen, kleine Probleme zu analysieren und sie mit Hilfe von Programmen zu lösen. Sie wenden bestehende Lösungskonzepte an, um komplexere Probleme in kleinere aufzuteilen. Darüberhinaus lernen Sie existierende Algorithmen zu bewerten und anzuwenden.
Die Studierenden werden befähigt, die grundlegenden Java-Programmiersprachenkonstrukte, wie Variablen, Kontrollstrukturen, Methoden, Klassen, Objekte und Felder zum Lösen einfacher Probleme anzuwenden.
Die Hörer der Vorlesung erlernen Programmier- und Dokumentationskonventionen, um Java-Programme lesbar zu schreiben.
Die Studierenden erkennen rekursive Problemstrukturen und lösen Sie mit rekursiven Algorithmen.
Das Zusammenspiel von Compiler und Virtual-Machine wird von den Hörenden verstanden, Anbindungsmöglichkeiten an das Betriebssystem sind ihnen bekannt.
Die Strukturierung von Java-Projekten in Module, Pakete, Dateien und Klassen ist den Studierenden geläufig und wird von der Paket- bis zu Klassenebene selbstständig eingesetzt.
Sie sind zum Einsatz von Vererbung, Information-Hiding und Polymorphie befähigt.
Die Teilnehmer der Vorlesung wenden ihre Kenntnisse anhand von Übungsaufgaben an.
- Tafelmitschrift, Vorlesungsskript
- Übungsaufgaben mit Lösungen
- Sammlung alter Klausuren und deren Lösungen
- Java-Programme und deren Dokumentation als Javadoc
- Weitere Java-Übungsaufgaben mit Lösungen zur Vertiefung.
- Joachim Goll, Cornelia Heinisch, "Java als erste Programmiersprache: Ein professioneller Einstieg in die Objektorientierung mit Java", Springer Vieweg, 7. Auflage, 2016.
- James Gosling, Bill Joy, Guy Steele, Gilad Bracha, Alex Buckley, "The Java Language Specification, Java SE 8 Edition", Oracle America, 8. Auflage, März 2015
Lösen einfacher Aufgaben während der Vorlesung.
Die Lehrveranstaltung führt in die Theorie der formalen Sprachen ein und legt den Schwerpunkt auf reguläre und kontextfreie Sprachen.
Die Lehrveranstaltung festigt zunächst Grundlagen im Bereich der Aussagenlogik, der Mengenlehre, des O-Kalküls und elementarer Beweistechniken. Danach werden die klassische Gebiete der theoretischen Informatik wie z.B. endliche Automaten und deren Minimierung, reguläre Ausdrücke, die Chomsky-Hierarchie, das Pumping-Lemma für reguläre und kontextfreie Sprachen sowie zugehörige Entscheidungsalgorithmen behandelt. Weiterhin werden Kellerautomaten, Normalformen sowie Abgeschlossenheitseigenschaften besprochen.
Ziel ist der Aufbau des Verständnisses für die prinzipielle Berechnungskraft klassischer Computermodelle mit begrenzter Speicherkapazität.
- Tafelanschrieb
- Skript
- Musterlösungen für alle Übungsaufgaben
- D. W. Hoffmann: Theoretische Informatik, 3. Auflage. Hanser, 2015.
- D. Sipser: Introduction to the Theory of Computation, 3rd edition. Cengage Learning, Inc., 2012.
Die Lehrveranstaltung findet als reine Vorlesung statt. Zahlreiche Übungsaufgaben vertiefen die vermittelten Gebiete und werden in evtl. zusätzlich angebotenen Tutorien diskutiert.
Mit wöchentlichen Übungsaufgaben vertiefen die Studierenden am Rechner die praktischen Inhalte der Vorlesung.
Sie benutzen eine integrierte Java-Entwicklungsumgebung, um damit Programme zu erstellen, zu testen und zu ändern. In den darauf folgenden Übungen programmieren die Studierenden einfache Berechnungen mit Java unter Verwendung von Variablen, Ausdrücke und Kontrollstrukturen. Dabei werden auch Aufgabenstellungen der grafischen Datenverarbeitung bearbeitet. Später entwickeln die Studenten objektorientierte Programme am Rechner. Am Ende lösen Sie rekursive Probleme und implementieren beispielsweise Lösungsstrategien mit Hilfe von Backtracking.
- Übungsaufgaben
- Programme mit Lösungen
- Online-Dokumentation im der Lernplattform ILIAS
Praktische Übungen
Die Studierenden erlernen die grundlegenden Begriffe der technischen Informatik. Sie eignen sich die mathematischen Konzepte der Zahlendarstellung und der booleschen Algebra an, die für die Analyse und den Entwurf von Hardware-Schaltungen erforderlich sind. Sie erlernen, wie die gängigen Grundelemente der Digitaltechnik aufgebaut sind und wie sich diese zu komplexen Schaltnetzen und Schaltwerken kombinieren lassen. Ferner werden die Studierenden dazu befähigt, den Aufbau und die Funktionsweise gängiger Standardschaltungen, wie zum Beispiel Addierer oder Schieberegister, zu erklären. Sie verstehen die Grundkonzepte der Instruction-Set-Architektur eines Prozessors und können einfache Assembler-Programme für einen rudimentären Modellprozessor erstellen.
Die Lehrveranstaltung vermittelt Grundlagenwissen im Bereich der Logik und des Schaltungsentwurfs. Es wird gezeigt, wie die Funktionalität eines Rechners in elementare Operationen zerlegt werden kann, die in Form von Logikgattern dann eine physikalische Realisierung erfahren. Es wird erlernt, wie daraus gewünschte Funktionskomponenten entworfen werden, welche mit einem Minimum an Gattern auskommen. Damit wird die Grundlage entsprechender CAE-Systeme gelegt. Im Einzelnen werden folgende Themen behandelt: Grundlegende Funktionsweise eines Computers; Kenntnis der grundlegenden logischen Schaltungsblöcke; Technologien zur Realisierung der Grundkomponenten; Kenntnis der wichtigsten elektrischen Kenngrößen; Zahlen- und Zeichendarstellung in verschiedenen Codes; Grundlagen der Schaltalgebra; Methoden der Vereinfachung Boolescher Ausdrücke; Einsatz von CAE Software; Entwerfen kombinatorischer Schaltungen; Entwurf von zweistufigen Schaltnetzen; Entwurf von synchronen Schalt werken; Flipflops; Zähler und Register.
- Powerpoint-Folien
- Tafelmitschrift
- Übungsblätter
Vorlesungsteilnahme
Begleitend zur Vorlesung werden jede Woche mehrere Übungsaufgaben bearbeitet. Die Aufgaben stammen aus den Bereichen Zahlendarstellung, Boolesche Algebra, Schaltungsaufbau und -minimierung, Standardschaltungen und Mikrorechner-Architektur.
- Übungsblätter
- Tafelmitschrieb
Praktische Übungen
Die Studierenden lernen die mathematischen Grundlagen der linearen Algebra, die innerhalb von Informatikanwendungen benötigt werden, kennen. Diese Grundlagen werden insbesondere in der Computergrafik, Robotik, Bildverarbeitung, Kryptographie, Digitaltechnik und auch in vielen weiteren Gebieten der Informatik benötigt. Weiterhin werden die Teilnehmerinnen und Teilnehmer befähigt, einfache mathematische Fragestellungen selbständig zu bearbeiten.
Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer eignen sich Grundkenntnisse der Mathematik, insbesondere der linearen Algebra, an. Sie können die Methoden selbständig auf kleinere, mathematische Aufgabenstellungen anwenden. Der Schwerpunkt der linearen Algebra liegt dabei auf anwendungsorientierten Aspekten, wie sie in der Computergraphik und bei 3D Simulationen eingesetzt werden.
Die behandelten Themen umfassen: Indirekter Beweis, Lösungsmengen, Zweistellige Relationen, Ordnungsrelationen, Äquivalenzrelationen, Modulo-Rechnen, Euklidscher Algorithmus, Funktionen, Operationen, Gruppen, Ringe, Körper, Polynomringe, Endliche Körper, Horner-Schema, Interpolationspolynome, Vollständige Induktion, Kombinatorik, Vektorräume, Basis, Dimension, Lineare Gleichungssysteme, Rang, Gauß-Jordan-Algorithmus, Determinanten, Matrizen, Lineare Abbildungen, Invertieren von Matrizen, Rotationsmatrizen, Translationen, Skalierungen, Spiegelungen, Skalarprodukt, Norm, Vektorprodukt, Orthogonale Matrizen, Eigenwerte, Eigenvektoren, homogene Koordinaten.
- Tafelmitschrift
- Skript
- Übungsaufgaben in der Vorlesung und im Intranet
- Peter Stingl: Mathematik für Fachhochschulen, Hanser Verlag, 8. Auflage, 2009, ISBN-10: 3-446-42065-7
- Weitere kommentierte Literaturhinweise befinden sich im letzten Teil des Skriptes.
Die Lehrveranstaltung wird als Vorlesung durchgeführt. Begleitend werden Übungsblätter selbständig bearbeitet. Ferner sollte der Stoff der Vorlesung selbständig nachgearbeitet werden. Es werden Tutorien zur weiteren Unterstützung der Teilnehmer angeboten. In den Tutorien wird insbesondere eine Unterstützung beim Bearbeiten der Übungsaufgaben angeboten.
Das Labor vertieft die Kenntnisse der zugehörigen Vorlesung, vermittelt Grundkenntnisse im Umgang mit Computer-Algebra-Systemen und zeigt das selbständige Lösen mathematischer Aufgabenstellung mit Rechnerunterstützung.
Mit Hilfe des Computer-Algebra-System Maple werden verschiedene, angewandte, mathematische Fragestellungen aus den Bereichen Geometrie, Kurven, Interpolation und Gleichungssysteme gelöst. Einen weiteren Schwerpunkt bilden die durch Matrizen darstellbaren Abbildungen und homogene Koordinaten, wie sie für die Computergrafik grundlegend sind.
- Eine Kurzeinführung in Maple wird zur Verfügung gestellt.
Betreute Laborübungen und eigenständiges Arbeiten.
Im Rahmen der Veranstaltungen werden drei Übungsblätter bearbeitet, die in der Lehrveranstaltung verteilt werden. Die Blätter können auch im Intranet abgerufen werden.
Das Erlernen einer Fremdsprache ist integraler Bestandteil der im Studiengang vermittelten Schlüsselqualifikation. Studierende erlernen, wie technische Zusammenhänge in einer Fremdsprache ausgedrückt werden und wie sie sich mit Kollegen aus anderen Sprachräumen über fachliche Probleme austauschen. Sie wenden das erworbene Wissen anhand verschiedener simulierter Situationen an.
Nach einem Einstufungstest können Studierende ihre Englischkenntnisse auf drei Niveaustufen vertiefen. Das Eingangsniveau setzt die Kompetenzstufe A2 (Basic User) im sechsstufigen Gemeinsamen Europäischen Referenzrahmen voraus. Die ersten zwei Niveaustufen (Englisch für Fortgeschrittene 1 und 2) beschäftigen sich neben einer Wiederholung der Grammatik vorwiegend mit Themen aus der berufsorientierten Allgemeinsprache und der Landeskunde, z. B. Bewerbungsschreiben, Beschreibung von Produkten und Dienstleistungen, Geschäftstelefonate, Ablauf von formellen und informellen Besprechungen, Präsentationen usw. Das damit erreichte Niveau entspricht einer Punktzahl im TOEFL von 173 (computer-based) bzw. der Kompetenzstufe B2 (Independent User) des Europäischen Referenzrahmens. Auf der anschließenden Niveaustufe werden fachsprachliche Kenntnisse (Englisch für Wirtschaft und Technik) erworben: In Business English liegt das Hauptgewicht auf gesprochener Sprache und Arbeit in kleinen Gruppen. Am Anfang des Semesters gründet jede Gruppe ein eigenes Unternehmen, das sich dann im Laufe des Semesters dynamisch weiterentwickelt. Parallel dazu werden systematisch Wortschatz und sprachliche Formulierungen zu solchen Themen wie Firmenstrukturen, Meetings, Verhandlungen, Marketing, Produktion und Verkauf, Finanzen, Erfassen von Berichten sowie Präsentationen kennengelernt, damit die Teilnehmer die sprachlichen Mittel beherrschen, jeden Schritt der Simulation auf Englisch zu bewältigen. Zu den Höhepunkten des Kurses gehören eine simulierte Messe, ein Einstellungsverfahren und die Gruppenpräsentation. In Technical English werden ein technischer Grundwortschatz und typische Ausdrucksformen technischer Kommunikation erworben und praktisch angewandt.
- Lehrbuch (je nach Kursstufe)
- PowerPoint-Folien
- Tafelmitschrift
- Übungsblätter
- Video/DVD
- Internetrecherchen
Vorlesungsteilnahme, Kurzvorträge fachlichen Inhalts sowie die Moderation der anschließenden Diskussion, Erstellung von Zusammenfassungen gehörter Fachvorträge und Gruppenarbeiten.
Die Studenten lernen viele der in der Informatik immer wiederkehrenden Algorithmen und Datenstrukturen kennen. Weiterhin können sie abschätzen, in welcher Situation bestimmte komplexe Datentypen eingesetzt werden, wie diese funktionieren und welchen Laufzeitaufwand sie besitzen. Sie werden befähigt die Korrektheit von Algorithmen zu beweisen. In der Übung wenden Sie Ihre erlangten Kenntnisse anhand verschiedener Aufgaben an.
Die Vorlesung gliedert sich in mehrere Teile, die inhaltlich aufeinander aufbauen:
- Im ersten Teil erwerben die Studenten Grundlagen, um Probleme genau zu definieren, Algorithmen für ein Problem in Pseudocode zu verstehen und zu formulieren, den Resourcenverbrauch eines Algorithmus abzuschätzen und die Korrektheit eines Algorithmus zu beweisen.
- Darauf aufbauend erlernen die Studenten Such- und Sortierverfahren, wenden die im ersten Teil erworbenen Fähigkeiten darauf an und werden befähigt für ein Problem ein geeignetes Verfahren auszuwählen. Sie lernen die untere Schranke dieser Problem kennen und zu beweisen.
- Im dritten Teil eignen sie sich detaillierte Kenntnisse über den Aufbau und Implementierung von Operation elementarer Datenstrukturen, wie Warteschlangen, Listen und Binärbäume an. Die Studenten lernen typische Anwendungsbeispiele für diese Datenstrukturen kennen.
- Der vierte Teil der Vorlesung konzentriert sich auf weiterführende Datenstrukturen und die zugehörigen Algorithmen, wie Hashtabellen und binäre Suchbäume. Sie lernen, wie Suchbäume balanciert werden können.
- Im abschließende fünften Teil beschäftigt sich die Vorlesung mit den Grundlagen von Graphen. Die Studenten lernen unterschiedliche Repräsentationen von Graphen, wie Adjazenzmatrix und Adjazenlisten, kennen und einzusetzen. Sie erlernen Basisalgorithmen, wie Kürzeste-Pfad-Suche, Union-Find und die Berechnung minimaler Spannbäume.
- Vorlesungsfolien
- Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein: Introduction to Algorithms. Third Edition. MIT Press.
- Robert Sedgewick: Algorithms in Java. Addison Wesley. Third Edition.
Zusätzliche wöchentliche Übungsaufgaben für die Vor- und Nacharbeit der Vorlesungsinhalte und zur Prüfungsvorbereitung.
Einfache Aufgaben in der Vorlesung.
Die Vorlesung vermittelt die Grenzen der Berechnungskraft heutiger Computer, die selbst bei potentiell unendlich viel vorhandenem Speicherplatz auftreten. Themen sind vor allem die Berechen- und Unentscheidbarkeit diverser Probleme. Ebenso wird eine Einführung in die Theorie hartnäckiger Probleme gegeben.
Den Studierenden werden dazu die folgenden Gebiete der theoretischen Informatik vermittelt: elementare Berechnungsmodelle wie Turingmaschinen und WHILE-Programme, die Church-Turing-These, Unentscheidbarkeit sowie eine Einführung in die Komplexitätstheorie. Die P=NP Frage sowie die Ausnutzung hartnäckiger Probleme für sogenannte Zero-Knowledge-Beweise werden ebenfalls besprochen.
Mit dieser Lehrveranstaltung erhalten die Studierenden eine Vorstellung von prinzipiell schwer oder sogar vollständig unlösbaren Aufgabenstellungen. Sie verstehen, dass folglich Kompromisse bei der Qualität der gewünschten Ergebnisse oder der Laufzeit eingegangen werden müssen.
- Tafelanschrieb
- Skript
- Zu allen Übungsaufgaben werden Musterlösungen angeboten.
- D. W. Hoffmann: Theoretische Informatik, 3. Auflage. Hanser, 2015.
- M. Sipser: Introduction to the Theory of Computation, 3rd edition. Cengage Learning, Inc., 2012.
Die Lehrveranstaltung findet als reine Vorlesung statt. Zahlreiche Übungsaufgaben vertiefen die vermittelten Gebiete und werden in evtl. zusätzlich angebotenen Tutorien diskutiert.
Prof. Dr. Christian Pape
Die Studierenden vertiefen das in der Vorlesung erworbene Wissen, indem sie ausgewählte Algorithmen in Java implementieren und testen. Dazu verwenden sie jeweils Standard-Entwicklungsumgebungen.
Die zu implementierenden Algorithmen und Datenstrukturen werden in einer abschliessenden Aufgabe kulminiert eingesetzt.
- Übungsaufgaben
- Quelltext mit vorgegebenen Rahmen und ausführlicher Dokumentation für die Aufgaben.
Die Studierenden bekommen einen Einblick in die Programmiersprachen C/C++. Die Studierenden sind in der Lage verschiedene Sprachmerkmale (imperativ, objekt-orientiert, funktional) einzuordnen und je nach Anwendungsfall geeignet einzusetzen. Moderne Speicherveraltungsthemen wie "copy/move semantics" werden betrachtet. Anhand einer Reihe von Übungsaufgaben wird das erlernte Wissen praktisch erprobt. Neuere Programmiersprachen wie Go und Rust werden betrachtet.
Gegenstand der Vorlesung ist die Einführung in die Programmiersprachen C/C++. Folgende Themen werden betrachtet.
- Systemnahe Programmierung in C mit Hilfe von Bitoperationen und Speichermanipulation via Zeigern.
- Manuelle Speicherverwaltung in C
- Objekt-orientierte Programmierung in C++ mit Vergleich zu Java.
- Komplexere Programmieraufgabe unter Ausnutzung der STL.
- Projektbeschreibung mit genauer Anleitung
- Skript zu C/C++ und der benötigten API
- zusätzliche Übungsaufgaben mit Musterlösungen
- Ulrich Breymann, C++ - Einführung und professionelle Programmierung, Hanser-Verlag
Dipl. Inf. (FH) Oktavian Gniot
Diese Übung ergänzt die Vorlesung und ermöglicht den Studierenden, das theoretisch erlangte Wissen in kleinen Aufgaben zu C und C++ anzuwenden.
- Übungsaufgaben auf der Lehrplattform Ilias
Die Studierenden erwerben Wissen über Techniken und Konzepte verteilter Systeme am Beispiel von Web Anwendungen. Insbesondere erlangen sie Fähigkeiten, die allgemeine Architektur des Internets und des Web zu erklären, Anforderungen einer Web-Anwendung zu analysieren, eine interaktive Web-Anwendung mit HTML, CSS und clientseitigem JavaScript zu erstellen, Sicherheitsprobleme in einer Web-Anwendung zu identifizieren und serverseitigen Code für Anwendungsdienste mit Authentifizierung, Cookies und Sessions zu entwickeln.
Die Vorlesung bietet eine praktische Einführung in die Konzepte und Paradigmen verteilter Systeme am Beispiel von Web Technologien und der Anwendungsentwicklung im Web. Dies beinhaltet zunächst eine Vorstellung des World Wide Web mit Basisprotokollen wie HTTP und weiteren Standards im Kontext des Internets. Es folgt eine Einführung in den Entwurf und die Konstruktion von Web Anwendungen. Dazu gehört zum einen die Frontend-Entwicklung mit HTML5, CSS3 und clientseitigem JavaScript und zum anderen die Backend-Entwicklung mit serverseitigem JavaScript auf der Node.js Plattform. Zur Interaktion zwischen Frontend und Backend werden moderne REST/HTTP und AJAX Techniken behandelt. Zudem werden auch Mechanismen zur Personalisierung mit Cookies und Sessions sowie zur Authentifizierung von Nutzern vorgestellt. Schließlich erfolgt eine eingehende Diskussion von Sicherheitsaspekten.
In dieser Vorlesung erwerben die Studierenden praktische Fähigkeiten in der Entwicklung und Bereitstellung von Webanwendungen, die auf einem Verständnis verteilter Systeme und Webtechnologien basieren. Sie lernen den kompetenten Einsatz von HTML5, CSS3 und JavaScript für die Frontend-Entwicklung, sowie die serverseitige Entwicklung mit Node.js und verbessern so ihre Fähigkeit, dynamische Full-Stack-Webanwendungen zu erstellen. Darüber hinaus erwerben die Studierenden Kenntnisse in der Implementierung moderner REST/HTTP- und AJAX-Techniken für eine effiziente Frontend-Backend-Kommunikation sowie in der Anwendung von Cookies, Sessions und Authentifizierungsstrategien zur Personalisierung und zur Gewährleistung der Anwendungssicherheit. Diese umfassenden Fähigkeiten bereiten die Studierenden auf eine breite Palette von Aufgaben in der Webentwicklung und im Anwendungsdesign vor und rüsten sie mit den notwendigen Werkzeugen aus, um aktuelle und zukünftige Herausforderungen in diesem Bereich zu bewältigen.
- Semmy Purewal, "Learning Web App Development", O’Reilly, 1. Auflage, 2014
- David Gourley, Brian Totty, "HTTP: The Definite Guide", O’Reilly, 2002
- Mark Pilgrim, "HTML5 Up and Running", O’Reilly, 2010 (Online: http://diveintohtml5.info)
- Marijn Haverbeke, "Eloquent JavaScrip", No Starch Press, 2014 (Online: http://eloquentjavascript.net)
- Oliver Ochs, "JavaScript für Enterprise-Entwickler, Professionell programmieren im Browser und auf dem Server", dpunkt, 2012
- Peter Gasston, "The Book of CSS3 - A Developer’s Guide to the Future of Web Design", 2nd Edition, No Starch Press, 2014
- Andy Budd, Emil Björklund, "CSS Mastery", Third Edition, Apress, 2016 (Online verfügbar im Hochschulnetz)
- Ethan Brown, "Web development with Node and Express", O’Reilly, 2014
- Robert Prediger, Ralph Winzinger, "Node.js : Professionell hochperformante Software entwickeln", Hanser, 2015 (Online verfügbar im Hochschulnetz)
- Weitere Literatur wird in der Vorlesung bekanntgegeben.
Als Vorbereitung auf einzelne Vorlesungseinheiten wird das Selbststudium grundlegender Inhalte mittels der Begleitliteratur vorausgesetzt (relevante Kapitel werden in der Veranstaltung angekündigt). Weitere eigenständige Arbeitsanteile betreffen die Nachbereitung der Vorlesungsinhalte und die Klausurvorbereitung.
Im VS1-Labor erfolgt die praktische Anwendung verschiedener grundlegender Web Technologien. Die Auswahl folgt den Themen der VS1-Vorlesung. Im Labor wird in mehreren Schritten eine komplette Web Anwendung erstellt. In jedem Schritt wird jeweils ein Bereich von Web Technologien genauer betrachtet. Dadurch werden gezielt Kompetenzen bezüglich Verständnis und Anwendung von Web Technologien gefördert, u.a. in den Bereichen deklarativer Sprachen wie HTML, CSS, und JSON, der Programmierung mit JavaScript auf Client- und Serverseite sowie spezieller Technologien für Single-Page-Anwendungen und REST-Architekturen.
Durch Teilnahme an diesem Labor entwickeln Studierende ein solides Verständnis und praktische Fähigkeiten in der Anwendung grundlegender Webtechnologien zur Erstellung umfassender Webanwendungen. Sie werden geübt im Umgang mit deklarativen Sprachen wie HTML, CSS und JSON zur Strukturierung und Gestaltung von Inhalten sowie in der Implementierung von clientseitigem und serverseitigem JavaScript. Darüber hinaus verbessert das Labor ihre Fähigkeiten bei der Entwicklung von Single-Page-Anwendungen und der Nutzung von REST-Architekturen. Es stattet Studierende mit den notwendigen Werkzeugen aus, um moderne, effiziente Webanwendungen zu entwerfen und zu entwickeln, die den aktuellen technologischen Standards und den Erwartungen der Benutzer entsprechen.
- Semmy Purewal, "Learning Web App Development", O’Reilly, 1. Auflage, 2014
- David Gourley, Brian Totty, "HTTP: The Definite Guide", O’Reilly, 2002
- Mark Pilgrim, "HTML5 Up and Running", O’Reilly, 2010 (Online: http://diveintohtml5.info)
- Marijn Haverbeke, "Eloquent JavaScrip", No Starch Press, 2014 (Online: http://eloquentjavascript.net)
- Oliver Ochs, "JavaScript für Enterprise-Entwickler, Professionell programmieren im Browser und auf dem Server", dpunkt, 2012
- Peter Gasston, "The Book of CSS3 - A Developer’s Guide to the Future of Web Design", 2nd Edition, No Starch Press, 2014
- Andy Budd, Emil Björklund, "CSS Mastery", Third Edition, Apress, 2016 (Online verfügbar im Hochschulnetz)
- Ethan Brown, "Web development with Node and Express", O’Reilly, 2014
- Robert Prediger ; Ralph Winzinger, "Node.js : Professionell hochperformante Software entwickeln", Hanser, 2015 (Online verfügbar im Hochschulnetz)
- Weitere Literatur wird in der Vorlesung bekanntgegeben.
Es werden Grundkenntnisse in den Bereichen allgemeiner Programmierung sowie deklarativer Web Sprachen vorausgesetzt (letztere können durch ein begrenztes Selbststudium der Begleitliteratur erlangt werden). Die Veranstaltung beinhaltet 50 % betreute Präsenszeit (1 SWS) im LKIT Labor sowie 50% selbständige Arbeit. Der Leistungsnachweis erfolgt durch Präsentation und Verteidigung der Lösung.
Allgemein:
Die Studierenden kennen den Aufbau und die Leistungsmerkmale von Rechnerarchitekturen und -systemen und können deren Eignung zur Lösung gegebener Problemstellungen im Bereich der Informatik beurteilen.
Im Modul "Technische Informatik 2" werden Rechnerarchitekturen und -strukturen behandelt, die Konzepte mit Hilfe von Assemblerprogrammierung erläutert und im "Digitallabor" zur Vertiefung und Festigung des Verständnisses in sechs Versuchen eingeübt. Dies dient dem Verständnis und der Kenntnis klassischer Rechnerarchitekturen und vor allem deren Grenzen und Defiziten hinsichtlich Rechenleistung und Speicherorganisation.
Zusammenhänge/Abgrenzung zu anderen Modulen:
Zusammenhänge bestehen zum Software-Projekt (INFB2217, INFBINFB2227), in dem Grundkenntnisse der Programmiersprache C vermittelt werden.
Grundkenntnisse der Digitaltechnik werden bereits durch das Modul Technischen Informatik 1 (INFB1217, INFB1227) abgedeckt und bei entsprechenden Themenblöcken (Computerarithmetik, Peripherieschnittstellen) weiterreichend vermittelt.
Im Rahmen der als Wahlfach angebotenen Seminarveranstaltung "Parallel Computing" werden Konzepte und Möglichkeiten zur Lösung der oben genannten Grenzen und Defiziten klassischer rechnerarchitekturen hinsichtlich Rechenleistung und Speicherorganisation gezeigt und durch Seminarprojekte umgesetzt.
Fachliche, methodische, fachübergreifende Kompetenzen, Schlüsselqualifikationen:
Nach Abschluss des Moduls
- können die Studierenden Eingebettete Systeme unter Verwendung einer Entwicklungsumgebung hardwarenahe programmieren und testen.
- können die Studierenden die Umsetzbarkeit einer Anforderung (Spezifikation) auf einem Eingebetteten System abschätzen, in geeignete Untersysteme (Blöcke, Subroutinen, Module) aufteilen und durch hardwarenahe Programmierung in Assembler und C als Gesamtsystemlösung umsetzen.
- können die Studierenden im Team Problemlösungen erstellen, implementieren und testen.
Studien- und Prüfungsleistungen
Die theoretischen Kenntnisse der Studierenden werden anhand einer schriftlichen Klausur (Dauer 90 min) bewertet.
Die praktischen Fähigkeiten im Umgang mit dem Entwicklungssystem und die Ergebnisse der Laborversuche werden durch Kolloquien zu jedem Laborversuch bewertet.
Medienformen
- Tafelanschrieb
- Hand-Outs (Powerpoint-Folien als PDF-Dokumente)
- Mikrocontroller-System (Hardware) und Entwicklungsumgebung
- Sammlung von Übungsaufgaben und Klausuren
- Laboranleitungen, Befehlssatz- und Datenblätter
Vorlesung Technische Informatik 2:
- Einführung – Konzepte eingebetteter Systeme
- Mikroprozessor-Befehlssätze
- Mikroprozessor-Architekturen
- Programmerstellung in Assembler
- Mikroprozessor-Organisation und -Implementierung
- Architekturelle Unterstützung für Hochsprachen
- Programmerstellung in C
- Speicherhierarchie, Cache-Architekturen
- Tafelanschrieb
- Hand-Outs (Powerpoint-Folien als PDF-Dokumente)
- Mikrocontroller-System (Hardware) und Entwicklungsumgebung
- Sammlung von Übungsaufgaben und Klausuren
- Laboranleitungen, Befehlssatz- und Datenblätter
- Spezifische Literatur in Hand-Out
- Furber, Steve: ARM-Rechnerarchitekturen für System-on-Chip-Design, Mitp-Verlag, 2002
- Furber, Steve: ARM System-on-Chip Architecture, Addison Wesley, 2. Edition, 2000
Vorlesungsteilnahme, Vor- und Nachbereitung anhand der Vorlesungsfolien und des Vorlesungsprotokolls, Eigenständige Bearbeitung von Laboraufgaben.
Die in der Vorlesung "Technische Informatik 2" behandelten Konzepte werden im "Digitallabor" begleitend mit Hilfe von Hardware mit passender Rechnerarchitektur und -struktur eingeübt. Dies dient zur Konkretisierung und Vertiefung des Stoffes sowie zur persönlichen Erfolgskontrolle. Die Studierenden verstehen dadurch die verschiedenen grundlegenden arithmetischen Operationen und die damit verbundene Zahlendarstellung in verschiedenen Zahlensystemen.
Die Teilnehmenden beherrschen den Umgang mit einem Mikrocontroller-Entwicklungssystem und verstehen den Aufbau und die Bedienung typischer Peripherieschaltungen.
Das Digitallabor umfasst Versuche zu:
- Computerarithmetik
- Modulare Programmierung, Verwendung des Stapelspeichers
- Parallele Ein-/Ausgabe über Peripherieschnittstellen
- Serielle Datenübertragung (RS232)
- Hardwarenahe C-Programmierung
- Laboranleitungen
- Datenblätter
- Tutorials
- Mikrocontroller-System (Hardware) und Entwicklungsumgebung
Praktische Gruppenarbeit im Labor, Durchführung der gestellten Aufgaben mit Nachweis der Funktionsfähigkeit und Beantworten von Fragen. Selbständige Arbeit zur Vorbereitung der Versuche.
Im Modul Mathematik 2 werden Grundlagen der Statistik und der Analysis vermittelt und vertieft. Eine wichtige Kompetenz hierbei ist sicheres symbolisches Rechnen und Begreifen der Mathematik als formale und eindeutige Sprache. Die Fähigkeit zur Übertragung der mathematischen Formulierungen auf informatische Anwendungen wird erlernt. Studierende erwerben und vertiefen den Umgang mit elementaren Beweistechniken, wie z.B. die der vollständigen Induktion, des direkten oder auch des Widerspruchsbeweises.
Elementare Funktionen, Folgen und Reihen, Grenzwerte und Stetigkeit, Differential- und Integralrechnung in einer und in mehreren Veränderlichen.
- Tafelanschrieb
- Vorlesungsmanuskript (Folien)
- Übungsblätter werden ausgeteilt bzw. auf den Webseiten der Dozenten zur Verfügung gestellt.
- Teschl G. und Teschl S. Mathematik für Informatiker. Band 1 und Band 2. Springer Verlag. Zum Beispiel 3. Auflage 2010.
Vorlesung. Bearbeitung der Übungsblätter, die in den Tutorien besprochen werden.
Die Statistik-Vorlesung vermittelt Kompetenzen im Umgang und der Analyse von emprischen Daten, sowie eine Einführung in die Wahrscheinlichkeitstheorie.
Die Studierenden lernen Daten zu analysieren und zu modellieren, indem Sie die gängigen statistischen Verfahren und Modelle beispielhaft in Aktion sehen, womit Sie dann selbst in der Lage sind statische Methoden zur Datenauswertung anzuwenden.
Die Inhalte der Vorlesung umfassen:
- Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitsrechnung
- Wahrscheinlichkeitsverteilungen
- Unabhängigkeit von Zufallsvariablen
- bedingte Wahrscheinlichkeiten
- Ausschnitte aus beschreibender und schließender Statistik.
- Tafelanschrieb
- Vorlesungsmanuskript (Folien)
- Übungsblätter werden ausgeteilt bzw. auf den Webseiten der Dozenten zur Verfügung gestellt.
- Teschl G. und Teschl S. Mathematik für Informatiker. Band 1 und Band 2. Springer Verlag. Zum Beispiel 3. Auflage 2010.
Vorlesung. Bearbeitung der Übungsblätter, die in den Tutorien besprochen werden.
Die Studierenden verstehen die Funktionsweisen und Strukturen moderner Betriebssysteme sowie ihre Einbettung in die jeweiligen Rechnerarchitekturen. Sie erlernen dieses Wissen zur Entwicklung performanter und systemnaher Software einzusetzen und entsprechende Software zu konzipieren und zu implementieren. Die komplexen Programmieraufgaben sind als Teamarbeit ausgelegt und unterstützen damit nicht nur die Verbesserung der fachlichen Kompetenz, sondern dienen gezielt der Entwicklung von Sozial- und Selbstkompetenz.
Im Rahmen der Lehrveranstaltung Betriebssysteme werden nicht nur die grundlegenden Aufgaben und Arbeitsweisen moderner Betriebssysteme vermittelt, sondern die Studierenden erlernen auch diese Techniken selbständig und strukturiert im Team zur Lösung typischer systemnaher Entwicklungsaufgaben einzusetzen. Die Vorlesung selbst gliedert sich hierzu in vier Teile:
- Grundlagen, Prozessmanagement und Scheduling
- Dateisysteme und Persistenz
- Speichervirtualisierung
- Concurrency: Prozesse und Threads
Während im ersten Teil die Verbindung zwischen Rechnerarchitektur und Betriebssystem geschaffen wird und ein prinzipielles Verständnis für die Aufgaben eines Betriebssystems entwickelt wird, stehen in den darauffolgenden Abschnitten die Vermittlung der spezifischen Probleme, das Verstehen der typischen Lösungsstrategien und das Anwenden dieser Strategien im entsprechenden Kontext im Vordergrund. Insbesondere werden folgende Punkte behandelt: Prozessorvirtualisierung, Speichervirtualisierung, Limited Direct Execution, Scheduling-Algorithmen, Free-Space Management, Segmentierung, Page Frames, Prozesse, Threads, Mutex, Semaphor, Condition Variable, Monitore und Patterns zur parallelen Programmierung. Hinzu kommen die zentralen Konzepte von Dateisystemen, deren Aufbau und Realisierung, bis zur Behandlung von Raid-Konzepten und dem Umgang mit modernen SSDs.
- Foliensammlung und Videos
- Arpaci-Dusseau, Remzi H.; Arpaci-Dusseau, Andrea C. Operating Systems: Three Easy Pieces, (V. 1.00) Arpaci-Dusseau Books, 2018
- Tanenbaum, Andrew S.; Bos, H. Modern Operating Systems (4th Edition) – Pearson, 2014
- Stallings, W. Operating Systems: Internals and Design Principles (8th Edition) – Pearson, 2014
- Aufgabensammlung zur Vorlesung sowie Sammlung alter Klausuren und deren Lösung ebenfalls im ILIAS-Sytem verfügbar.
Die in Gruppen durchzuführende Aufgabe kommt aus dem Themenkomplex Dateisysteme. Im ersten Teil wird den Studierenden vermittelt, wie sich Dateisysteme mit Hilfe von FUSE (Filesystem in User SpacE) implementieren und in das Linux-Dateisystem einhängen lassen. Dazu wird die Struktur des Dateisystems entwickelt und Dateisystem-Abbilder generiert, auf die zunächst nur lesend zugegriffen werden kann. Im zweiten Teil werden Verwaltungsroutinen für das Dateisystem entwickelt, die es ermöglichen, Dateien dynamisch anzulegen und zu löschen. Dabei muss der verfügbare Speicherplatz effizient verwaltet werden. Die durchzuführende Implementierung in C++ vertieft die Fähigkeiten im Umgang mit Systembibliotheken, dynamischen Datenstrukturen, Speicherverwaltung und Zeigern.
- Folien-Skript
- R. Arpaci-Dusseau, A. Arpaci-Dusseau, Operating Systems: Three Easy Pieces, (V. 0.90). Arpaci-Dusseau Books, 2015. http://pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSTEP/ (Kapitel 39 und 40).
- J. Pfeiffer, Writing a FUSE Filesystem: a Tutorial. https://www.cs.nmsu.edu/~pfeiffer/fuse-tutorial/ (abgerufen 12.10.2017)
- R. Stevens, S. Rago, Advanced Programming the UNIX Environment (3rd Edition). Addison Wesley, 2013. (Kapitel 3 und 4)
Seminaristischer Unterricht; betreutes Labor
Die Studierenden kennen die gängigen Modelle der Kommunikations- und Datenbanktechnik und können ihnen unbekannte, z.B. neue Systeme darin einordnen und damit bewerten. Vor- und Nachteile verschiedener Architekturen sind ihnen bekannt und werden bei der Auswahl der Architektur für eigene Produkte beachtet.
Im Datenbankbereich beherrschen sie die Grundlagen des aktuellen SQL-Standards und sind in der Lage, Datenbanksysteme auszuwählen, aufzusetzen und sicher in Betrieb zu halten. Die Studierenden sind in der Lage, gegebene Sachverhalte zu analysieren, diese Sachverhalte in ein normalisiertes Datenmodell zu transferieren, dieses Datenmodell unter SQL anzulegen und die so entstandenen SQL-Datenbanken unter objektorientierten Sprachen zu nutzen.
Im Bereich der Kommunikationsnetze lernen die Studierenden, Anwendungsszenarien und Problemsituationen zu analysieren, indem sie diese anhand des Internet-Schichtenmodells strukturieren und ihr Wissen über Protokolle, Mechanismen und Programmierung der einzelnen Schichten anwenden, um Anwendungen unter Berücksichtigung von Kommunikationsaspekten zu entwerfen.
Die Vorlesung behandelt die folgenden Themen:
- Einführung Informationssysteme
- Grundlagen von Datenbanksystemen
- Datenbankorganisation
- Datenmodelle
- Datenbankschema
- Architektur: 3-Schichten-Modell, Client-Server-Architektur
- Aktueller SQL-Standard (Abfragen, DDL, DML, insbes. auch SQL:2003 mit objektorientierten Erweiterungen, NF2, Fenster-Funktionen)
- Transaktionen
- JDBC
- ER-Modellierung
- Abbilden von Entitäten und Beziehungen auf relationale Datenmodelle
- Normalisierung
- OR-Mapping
- Skript
- Beispieldatenbanken der Vorlesung für die gängigen Datenbanksysteme
- Übungsaufgaben
- Beispielprogramme
- Sammlung alter Klausuren und deren Lösungen
- Edwin Schicker, "Datenbanken und SQL", Springer Vieweg, 2017, ISBN: 978-3834817327
- Gunter Saake, Kai-Uwe Sattler, "Datenbanken - Konzepte und Sprachen", mitp, 2013, ISBN: 978-3286694530
Seminaristischer Unterricht, Übungen teils mit direkter Erfolgskontrolle.
Was muss alles passieren, damit die Seite "www.google.com" in meinem Webbrowser angezeigt wird? Um den gewünschten Inhalt von einem Server irgendwo auf der Welt auf den eigenen Rechner zu übertragen, ist aus Sicht des Netzes ein Zusammenspiel vieler Technologien und Protokolle notwendig. Und gerade die Analyse, wenn etwas nicht funktioniert oder langsamer geht als gedacht, setzt ein fundiertes Wissen voraus. Die Vorlesung versetzt die Studierenden in die Lage, Anwendungsszenarien und Problemsituationen von Kommunikationsnetzen zu analysieren, indem sie diese anhand des Internet-Schichtenmodells strukturieren und ihr Wissen über Protokolle, Mechanismen und Programmierung der einzelnen Schichten anwenden, um Anwendungen unter Berücksichtigung von Kommunikationsaspekten entwerfen zu können.
- Powerpoint-Foliensammlung im ILIAS-System
- Kurose/Ross, "Computernetzwerke - Der Top-Down-Ansatz", Pearson, 2014
M.Sc. Amir Bukhari
Die in "Datenbanken 1" erlernten Kenntnisse werden in Gruppenarbeit vertieft und praktisch geübt. Das Zusammenspiel einer Datenbank mit einer höheren Programmiersprache (Java) wird verstanden. Der Einsatz von SQL (DCL; DML; DDL), Transaktionen und Isolationsebenen und die Vermeidung von Deadlocks wird beherrscht.
Es wird eine Datenbankanwendung für eine Lagerverwaltung entworfen und prototypisch realisiert. Dies umfasst das Aufsetzen eines DB-Schemas, den Entwurf und das Testen von SQL-Abfragen, den Einsatz von Transaktionen und Transaktionsebenen sowie die Programmierung von Abfragen und Transaktionen mit Java unter Verwendung von JDBC auf Basis von PostgreSQL oder Oracle.
Schließlich werden mehrere gegebene verbale Sachverhalte analysiert, in ein Entity-Relationship-Modell übertragen, normalisiert, in ein physikalisches Schema transferiert und zuletzt in SQL angelegt. Abschließend wird der Umgang mit dem OR-Mapper Hibernate geübt.
- Skript
- Beispieldatenbanken
- Programmierrahmen
- Edwin Schicker, "Datenbanken und SQL", Springer Vieweg, 2017, ISBN: 978-3834817327
- Gunter Saake, Kai-Uwe Sattler, "Datenbanken - Konzepte und Sprachen", mitp, 2013, ISBN: 978-3286694530
Betreutes Labor mit Abschlusspräsentation am Rechner, selbstständige Arbeit, Vor- Nachbereitung
Im Labor werden ausgewählte Inhalte der Vorlesung "Kommunikationsnetze 1" in vier praktischen Versuchen vertieft. Die Versuche werden in Gruppen von drei bis vier Studierenden durchgeführt. Behandelt werden die Themen Programmierung von Netzwerkanwendungen in Java, zuverlässige Übertragung über fehlerbehaftete Netze, Konfiguration von Netzen und Subnetzen sowie Leistungsmessung von Netzwerkanwendungen. Am Ende des Labors sind die Studierenden in der Lage, praktische Probleme aus dem Bereich der Kommunikationsnetze unter Anwendung der in der Vorlesung erlernten Methoden zu lösen, um im Berufsalltag auf den Einsatz und die Realisierung vernetzter Anwendungen vorbereitet zu sein.
- Vorlesungsfolien zur Vorlesung "Kommunikationsnetze 1"
- Kurose/Ross, "Computernetzwerke - Der Top-Down-Ansatz", Pearson, 2014
Die Studierenden lernen die Grundlagen des Maschinellen Lernens ("Machine Learning") in Theorie und Praxis kennen, indem Sie alle nötigen Schritte im Bereich des Maschinellen Lernens erlernen, um eigene Anwendungen umzusetzen zu können und die dafür benötigen Daten entsprechend zu analysieren und aufzubereiten. Das Modul lehrt zudem die nötigen Grundlagen für weiterführende Veranstaltungen im Bereich Maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz.
Die Vorlesung gibt den Studierenden eine allgemeine Einführung in das Themengebiet des Maschinellen Lernens als Teilgebiet der Künstlichen Intelligenz. Dabei wird, beginnend mit klassischen Methoden, ein Überblick über die wichtigsten Themengebiete in diesem Bereich gegeben, der mit einem kurzen Einblick in die aktuellen Entwicklungen rund um "Deep Learning" endet.
Neben den theoretischen Grundlagen wird der praktische Einsatz der gelernten Methoden mit Hilfe der Programmiersprache Python und dem Einsatz von Jupyter Notebooks gezeigt.
Die Inhalte der Vorlesung umfassen:
- Einführung und Überblick über das Themenfeld
- Einführung in die Programmiersprache Python und Jupyter Notebooks
- Lineare Regression
- Logistische Regression
- ML-Workflow
- Over- und Underfitting
- Entscheidungsbäume
- Ensemble Learning (Random Forest, Gradient Boosting)
- Unsupervised Learning
- Neuronale Netze und Deep Learning
- A. Géron, "Hands-on Machine Learning with Scikit-Learn, Keras & TensorFlow", O'Reilly Media, 2nd Edition, 2019.
- J. Frochte, "Maschinelles Lernen - Grundlagen und Algorithmen in Python", Carl Hanser Verlag, 2. Auflage, 2019.
Die in der Vorlesung "Maschinelles Lernen" erlernten Kenntnisse werden in der Übung vertieft und praktisch geübt.
Die Studierenden lernen die theoretischen ML-Algorithmen auf konkreten Daten anzuwenden, indem Sie diese mit Hilfe der Programmiersprache Python in Programmcode übersetzten.
Dadurch lernen die Studierenden auch eigene Vorhersagemodelle anhand gegebener Daten zu trainieren und in unterschiedlichsten Anwendungen einzusetzen.
Die Programmiersprache Python wird zu Anfang des Semesters im Rahmen der Übung eingeführt wird.
- A. Géron, "Hands-on Machine Learning with Scikit-Learn, Keras & TensorFlow", O'Reilly Media, 2nd Edition, 2019.
- J. Frochte, "Maschinelles Lernen - Grundlagen und Algorithmen in Python", Carl Hanser Verlag, 2. Auflage, 2019.
Die Übung findet in zwei Gruppen statt. Gruppenanmeldung über Ilias.
Die Studierenden können effektive, effiziente und den Endbenutzer zufriedenstellende Benutzungsoberflächen erstellen. Dazu kennen Sie die Anforderungen der Software-Ergonomie und der Gebrauchstauglichkeit (Usability in Context). Einen Entwurfsprozess, der dies sicherstellt, ist ihnen bekannt, und sie haben mit diesem Prozess im Rahmen der Hausarbeit praktische Erfahrungen gewonnen. Insbesondere sind sie in der Lage, die Gebrauchstauglichhkeit eines Produktes durch Tests und Befragungstechniken zu bewerten und Folgerungen aus den gewonnenen Erkenntnissen zu ziehen und umzusetzen. Die hohe Bedeutung und die Inhalte von Style-Guides und der Typographie sind bekannt und werden beim Entwurf beachtet. Bei der Umsetzung der Entwurfsaufgaben im Team haben die Studierenden diskursive Kompetenzen erworben.
Software Ergonomie, Regeln für benutzergerechtes Design (Style-Guides, Typographie), Methodischer Entwurf von Benutzungsschnittstellen: Analyse, Design, Implementierung, Testen der Brauchbarkeit, Befragungstechniken.
- Skript
- Style-Guides
- Übungsaufgaben
- Sammlung alter Klausuren und deren Lösungen
- Markus Dahm, "Grundlagen der Mensch-Computer-Interaktion", Pearson Studium, 2005, ISBN: 3827371759
- Ivo Wessel, "GUI- Design", Hanser Fachbuch, 2002, ISBN: 3446219617
Seminaristischer Unterricht, Übungen.
Die in der Vorlesung Mensch-Maschine-Kommunikation erlernten Kenntnisse werden in Gruppenarbeit vertieft und praktisch geübt. Insbesondere der soziale Prozess des benutzerzentrierten Entwurfes sollen erfahren und dessen Probleme verstanden werden. Die Konfliktlösungskompetenz zur Lösung sich widersprechender Meinungen und Zielvorgaben wird eingeübt.
Die hohen Qualitätsanforderungen seitens der Benutzer werden anerkannt und in der praktischen Arbeit erfolgreich umgesetzt.
Es wird eine - der Praxis entstammende - Aufgabe der MMK analysiert und bis einschließlich zum Papierprototyp auch entworfen. Dieser Prototyp wird, gegebenenfalls mehrfach, einem Test der Brauchbarkeit unterworfen bis die vorgegebenen Qualitätsziele erreicht sind.
- Skript
- JoAnn T. Hackos, Janice C. Redish, "User and Task Analysis for Interface Design", John Wiley & Sons, 1998, ISBN: 0471178314
- Jeffrey Rubin, Dana Chisnell, "Handbook of Usability Testing: Howto Plan, Design, and Conduct Effective Tests", Wiley, 2008, ISBN: 0470185481
- Susan Weinschenk, Pamela Jamar, Sarah C. Yeo, "GUI Design Essentials", Verlag John Wiley & Sons, 1997, ISBN: 0471175498
Betreute Gruppenarbeit mit Präsentation und Diskussion; Test der Gebrauchstauglichkeit des Prototyps, Aufbereiten eines Testberichts mit Verbesserungsvorschlägen.
Die Teilnehmer der Übung lernen deklarative Elemente des Word Wide Webs auf Basis von XML Standards kennen.
Nach Vermittlung der XML Grundlagen, schreiben die Studierenden syntaktisch wohlgeformte und gültige XML Dokumente. Sie erzeugen eigene XML-Modelle anhand von Document Type Definitions und der W3C Schema Language.
Nachdem die Teilnehmer mit dem XPath-Standard Informationen in XML Dokumenten abfragen, eignen sie sich die Grundlagen XSLT-Programmiersprache an und wenden diese auf typische Integrationsszenarien an.
- Zusammenfassungen jedes Themas mit Literaturangaben
- Aufgaben für die seminaristische Veranstaltung
- Rechnerübungsaufgaben
Praktische Rechnerübung im Labor.
Seminaristischer Unterrichtstil im Stil eines Flipped-Classrooms.
Die Studierenden werden in die Grundbegriffe der Allgemeinen Betriebswirtschaftslehre sowie des Service Managements eingeführt. Sie lernen wirtschaftliche Abläufe und Zusammenhänge kennen. Sie sind in der Lage, die verschiedenen Bereiche der BWL und des Service Managements zu benennen und zu skizzieren.
Mithilfe verschiedener Werkzeuge und Konzepte können die Studierenden die Situation eines Unternehmens beschreiben und einordnen.
Darüber hinaus werden die Studierenden in die Lage versetzt, unterschiedliche Kennzahlen, die Aufschluss über die Leistungsfähigkeit eines Unternehmens geben, selbständig zu berechnen und zu analysieren.
Das Modul dient als Grundlage für die Fächer ERP-Systeme, Projektmanagement, Geschäftsprozessmanagement und Business Intelligence.
Die Studierenden werden in die Grundbegriffe der Allgemeinen Betriebswirtschaftslehre eingeführt. Sie lernen wirtschaftliche Abläufe und Zusammenhänge kennen und werden mit den typischen Prozessen und Anforderungen im Unternehmen bekannt gemacht. Sie sind in der Lage, die verschiedenen Bereiche der BWL zu benennen und zu skizzieren.
Mithilfe verschiedener Werkzeuge und Konzepte können die Studierenden die Situation eines Unternehmens beschreiben und einordnen.
Darüber hinaus werden die Studierenden in die Lage versetzt, unterschiedliche Kennzahlen, die Aufschluss über die Leistungsfähigkeit eines Unternehmens geben, selbständig zu berechnen und zu analysieren.
Im Rahmen der Vorlesung Betriebswirtschaftslehre werden die Bereiche Wirtschaftliches Umfeld (VWL), Unternehmensformen, Organisation, Investition und Finanzierung, Marketing sowie Rechnungswesen vertieft behandelt, damit die Studierenden einen ganzheitlichen Überblick über die Funktionsweise eines Unternehmens und die daraus resultierenden Anforderungen erhalten.
- Skript
- Fallstudien
- Übungsaufgaben
Seminaristischer Unterricht: Vorlesung 80%, Übungen 20%
Die Vorlesung behandelt die Kernprozesse des IT-Service Management sowie Methoden zur systematischen Planung, Erbringung und Unterstützung von IT-Dienstleistungen. Für jeden Prozess werden Zielsetzung, Aufgaben, Abgrenzung, Wirkungsweise und die Abhängigkeiten zu den jeweils anderen Prozessen erarbeitet. Die Studierenden erlangen damit die Kompetenz, die einschlägigen Fachbegriffe zu kennen und in in praktischen Situationen anzuwenden.
Die erforderlichen Rollen und Verantwortlichkeiten werden erlernt. Die Studierenden verstehen, wie IT-Prozesse in Referenzmodellen dargestellt werden. In der Vorlesung erfolgt eine Orientierung an der IT Infrastructure Library (ITIL), dabei handelt es sich um einen allgemein anerkannten Standard für den Aufbau und Betrieb von IT-Organisationen.
- Vorlesungsmaterial als PowerPoint-Folien
- Tafelaufschrieb bei interaktiver Erarbeitung von Kernproblemstellungen
- Zahlreiche Multiple-Choice Fragen zu jedem Prozess in ILIAS
Teilnahme am seminaristischen Unterricht.
Im Anschluss an die Veranstaltung besteht die optionale Möglichkeit zur Teilnahme an der herstellerunabhängigen, international anerkannten Zertifizierung "Foundation Certificate in IT Service Management". Die Zertifizierung erfolgt in Kooperation mit der itSMF Deutschland eV,
Die Studierenden erlernen wichtige berufsbezogene Fähigkeiten, die auch für das Praxissemester relevant sind. Sie erkennen, wie mit dem Vorgehensmodell Scrum Projekte gesteuert und Ergebnisse präsentiert werden. Außerdem erlernen die Studierenden Techniken zur professionellen Erstellung von wissenschaftlichen Dokumenten. Dazu nutzen sie gängige Softwareprodukte wie MS Office, erstellen geeignete Berechnungen, werten diese effizient aus und visualisieren die Ergebnisse in ansprechender Form. Nach Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, in Scrum-Teams mitzuarbeiten, Daten gezielt aufzubereiten und moderne Präsentationstechniken anzuwenden.
B.Sc. Veit Richter
Der Prozess wissenschaftlichen Schreibens wird in seiner Gesamtheit vorgestellt. Dazu werden einzelne Phasen schrittweise beleuchtet sowie Richtlinien zu einer gelingenden Umsetzung erarbeitet. Zudem wird das im wissenschaftlichen Umfeld verbreitete Textsatzsystem LaTeX eingeführt. Die Studierenden erstellen dabei Dokumente u.A. unter Beachtung einer korrekten Zitierweise.
Der zweite Veranstaltungsblock führt in das Vorgehensmodell Scrum ein. Hierzu werden zahlreiche praxisnahe Beispiele untersucht.
Nach dem Besuch der Veranstaltung sind Studierende in der Lage, Arbeiten nach gängigen wissenschaftlichen Standards zu verfassen.
Hinweis: Alternativ dürfen internationale und geflüchtete Studierende den zweiten Block durch das Seminar "Beruflich erfolgreich in der neuen Heimat - Einstieg in Praktikum und Beruf in Deutschland" im Studium Generale ersetzen.
- PowerPoint-Foliensatz
- begleitendes Skript zum Nachschlagen
- Übungsaufgaben.
Prof. Dr. Heiko Körner
This course aims to systematically reflect the internship done by each student and especially to advise them with their written assignments to be submitted. To this end, we will discuss the entire process of scientific writing, address each particular step in more detail, and deduce general guidelines towards a smooth implementation into practice. Furthermore, this course provides a thorough introduction to the use of LaTeX, a typesetting system widespread throughout the scientific community.
- Slides provided by lecturer, individual notes taken by students
- General literature on scientific writing (e.g., "Writing scientific English" by Tim Skerns)
- General literature / online tutorials on the LaTeX typesetting system
Students are expected to attend this course regularly and to actively take part in discussions and practical lab exercises. To pass this course, they must further submit their written assignment by the end of the course (meeting the demands specified by the lecturer in the first session).
Die Praxistätigkeit dient der Vertiefung der während des Studiums erworbenen Kenntnisse und Fähigkeiten durch qualifizierte Mitarbeit in einem größeren Projekt. Neben der Verbesserung der fachlichen Kompetenz steht vor allen die Entwicklung der Sozial- und Selbstkompetenz im Fokus. Als Teammitglied muss sich der Studierende im realen Projekt behaupten, sich in neue Aufgabengebiete einarbeiten und mit neuen Werkzeugen zurechtkommen. Er lernt sich weiterzuentwickeln und seine tatsächlichen Fähigkeiten einzuschätzen. Die Praxistätigkeit kann in einer Firma, in einer Forschungseinrichtung oder einer Behörde durchgeführt werden.
Gegenstand des Praxissemesters ist die qualifizierte Mitarbeit in typischen, dem Berufsbild eines Informatikers entsprechenden, Projekten. Hierbei werden aktuelle, in der Industrie zum Einsatz kommende Technologien im täglichen Arbeitsalltag erfahren und erlernt und durch die Erstellung eines begleitenden Berichts sowohl theoretisch als auch beschreibend aufgearbeitet. Seitens der Hochschule wird jedem Studierenden ein Mentor zugeordnet, der ihn betreut und gegenüber der Praxisstelle als erster Ansprechpartner fungiert. Ihm obliegt die Überwachung der Ausbildungsqualität.
Das Material hängt von der Aufgabenstellung ab und wird von dem betreuenden Betrieb zur Verfügung gestellt.
Mitarbeit in einem größeren Projekt
Die Studierenden erlernen das produktive und selbständige Mitarbeiten in großen Software-Projekten. Dies umfasst sowohl das Zerlegen anfallender Aufgaben als auch die Bestimmung und Bewertung geeigneter Architekturen. Dabei werden sie befähigt, die nötigen Schritte im Kontext einer gestellten Aufgabe selbständig zu erfassen, zu strukturieren und mittels des Einsatzes geeigneter Werkzeuge und Methoden formal zu beschreiben.
In diesem Kontext erlangen die Studierenden auch die Fähigkeit, Ziele und Probleme verteilter Software-Systeme zu erkennen und einzuordnen. Sie können die allgemeinen Konzepte für Architekturen, Prozesse, Kommunikation, Benennung, Koordination, Replikation, Fehlertoleranz und Sicherheit erklären und sie zur Konstruktion verteilter Software Dienste und Anwendungen anwenden.
Aufbauend auf den Erfahrungen, die die Studierenden während ihrer Praxistätigkeit gesammelt haben, werden im Rahmen der Lehrveranstaltung "Softwareengineering" Techniken und Methoden zur strukturierten Softwareentwicklung im Großen erarbeitet. Neben der Wiederholung und Verfestigung bereits gelernter elementarer Begriffe wie: Objekt, Klasse, Assoziation, Methode, Vererbung oder Polymorphie, liegt der Schwerpunkt im Bereich des Softwareentwicklungsprozesses. Die Studierenden erkennen dabei, gestützt auf ihre Erfahrungen aus der Praxistätigkeit, welche Herausforderung eine moderne, agile Softwareentwicklung an einen strukturierten und organisierten Entwicklungsprozess stellt. Aufbauend auf etablierten Prozessmodellen, wie dem Unified Software Development Process (Jacobson, Booch, Rumbaugh), wird in Verbindung mit Scrum und UML als Beschreibungssprache den Studierenden ein Framework an die Hand gegeben, um diese Herausforderung zu meistern. Sie erlernen dabei selbstständig in einem agilen Umfeld zu agieren und Entwicklungsentscheidungen zu treffen und mithilfe der UML zu dokumentieren.
Im zugehörigen Labor, in dessen Verlauf die erste Iteration einer Softwareentwicklung an einem konkreten Beispielprojekt durchgeführt wird - beginnend mit dem Erfassen der Anforderung über die Erstellung eines Analyse- und Designmodells bis zur Implementierung in Java - erfahren die Studierenden nicht nur was sich hinter Begriffen wie use-case-driven, architekturorientiert, iterativ, inkrementell, komponentenbasiert verbirgt, vielmehr erleben sie es und werden damit befähigt in einem agilen Entwicklungsteam mitzuarbeiten.
- Foliensammlung und Videos
- Arlow, J.; Neustadt, I.: UML 2 and the Unified Process: Practical Object-Oriented Analysis and Design, 2. ed. - Addison-Wesley Professional, 2005.
- Shimp, D. and Rawsthorne, D. Exploring Scrum: The Fundamentals – CreateSpace, 2011.
- Jacobson, I.; Booch, G. and Rumbaugh, J.: The unified software development process - Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1999.
- Kim, G.; Humble, J.; Debois, P. und Willis, J.: Das DevOps-Handbuch: Teams, Tools und Infrastrukturen erfolgreich umgestalten - Heidelberg: O'Reilly; Heidelberg: dpunkt.verlag, 2017.
- Larman, C.: Applying UML and Patterns: An Introduction to Object-Oriented Analysis and Design and Iterative Development, 3. ed. - Upper Saddle River, NJ : Prentice Hall, 2004.
- Larman, C. und Vodde, B.: Large-Scale Scrum: Scrum erfolgreich skalieren mit LeSS - Heidelberg: dpunkt.verlag, 2017.
- Oestereich, B.: Developing Software with UML: Object-Oriented Analysis and Design in Practice 2. ed. - Addison-Wesley Professional, 2003.
- Oestereich, B.: Analyse und Design mit UML 2.1: Objektorientierte Softwareentwicklung, 8. ed. - München; Wien : Oldenbourg, 2006
- OMG Object Management Group. Unified Modeling Language (OMG UML) Version 2.5.1 – OMG, 2017.
- Seidl, M.; Scholz, M. and Huemer, C.: UML @ Classroom: An Introduction to Object-Oriented Modeling, Springer, 2015.
- Schwaber, K. and Sutherland, J. The Scrum Guide: The Definitive Guide to Scrum – Scrumguides.org, 2020.
- Sommerville, I.: Software Engineering, 10. Auflage - Pearson, 2018.
- Wintersteiger, A.: Scrum: Schnelleinstieg, 4. Auflage - Frankfurt am Main: entwickler.press, 2018.
Seminaristischer Unterricht; Übungsblätter
Die Vorlesung vermittelt sowohl grundlegende als auch erweiterte Prinzipien verteilter Systeme und veranschaulichen diese in praktischer Form anhand konkreter Paradigmen und Technologien. Das Spektrum behandelter Prinzipien umfasst grundlegende Aspekte der Zielsetzungen und Klassen verteilter Systeme sowie deren Architekturen, Prozesse, Kommunikation und Namenssysteme. Erweiterte Prinzipien beinhalten Koordination, Konsistenz und Replikation, Fehlertoleranz sowie Sicherheit. Die behandelten Prinzipien werden anhand verschiedener Paradigmen exemplarisch vertieft. Dabei werden beispielhafte Umsetzungen einzelner Prinzipien vorgestellt. Zudem erfolgt eine Einführung in die Entwicklung entsprechender Systeme anhand konkreter Technologien.
Nach Abschluss der Vorlesung werden die Studierenden ein umfassendes Verständnis der Prinzipien verteilter Systeme erlangen, die von ihren grundlegenden Zielen und Architekturen bis zu fortgeschrittenen Konzepten wie Koordination, Konsistenz, Replikation, Fehlertoleranz und Sicherheit reichen. Sie erhalten Einblicke in die praktische Anwendung dieser Prinzipien durch die Untersuchung spezifischer Paradigmen und Technologien und verbessern so ihre Fähigkeit, verteilte Systeme zu analysieren und zu entwerfen. Darüber hinaus wird die Einführung in die Entwicklung dieser Systeme unter Verwendung konkreter Softwaretechnologien die Studierenden mit den praktischen Fähigkeiten ausstatten, die für die Implementierung robuster, effizienter und sicherer verteilter Systeme in verschiedenen Computerumgebungen erforderlich sind.
- Andrew S. Tannenbaum, Marten van Steen, "Verteilte Systeme, Prinzipien und Paradigmen", 2. aktualisierte Auflage, Pearson Studium, 2008, ISBN 978-3-8273-7293-2
- George Coulouris, Jean Dollimore, Tim Kindberg, Gordon Blair, "Distributed Systems, Concepts and Design", Fifth Edition, Addison-Wesley, 2012, ISBN 978-0-13-214301-1
- Weitere Literatur wird in der Vorlesung bekanntgegeben.
Eigenständige Arbeitsanteile betreffen Vor- und Nacharbeit der Vorlesungsinhalte, Laborarbeit und Klausurvorbereitung.
Im Rahmen des Labors wird ein kompletter iterativer Software-Entwicklungsschritt im Team durchgeführt. Beginnend mit dem Erfassen der Anforderung über die Erstellung eines Analyse- und Designmodells bis zur Implementierung in Java, erfahren die Studierenden nicht nur, was sich hinter Begriffen wie use-case-driven, architekturorientiert, iterativ, inkrementell, komponentenbasiert verbirgt, vielmehr erleben sie es an einem konkreten Beispielprojekt. Sie werden damit befähigt in einem agilen Entwicklungsteam mitzuarbeiten, selbstständig Entwurfsentscheidungen zu treffen und diese gemäß den vorhandenen Vorgaben umzusetzen.
- Foliensammlung und Videos
- Aufgabenbeschreibung
- Vorlagen
- Arlow, J.; Neustadt, I.: UML 2 and the Unified Process: Practical Object-Oriented Analysis and Design, 2. ed. - Addison-Wesley Professional, 2005.
- Shimp, D. and Rawsthorne, D. Exploring Scrum: The Fundamentals – CreateSpace, 2011.
- Jacobson, I.; Booch, G. and Rumbaugh, J.: The unified software development process - Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1999.
- Kim, G.; Humble, J.; Debois, P. und Willis, J.: Das DevOps-Handbuch: Teams, Tools und Infrastrukturen erfolgreich umgestalten - Heidelberg: O'Reilly; Heidelberg: dpunkt.verlag, 2017.
- Larman, C.: Applying UML and Patterns: An Introduction to Object-Oriented Analysis and Design and Iterative Development, 3. ed. - Upper Saddle River, NJ : Prentice Hall, 2004.
- Larman, C. und Vodde, B.: Large-Scale Scrum: Scrum erfolgreich skalieren mit LeSS - Heidelberg: dpunkt.verlag, 2017.
- Oestereich, B.: Developing Software with UML: Object-Oriented Analysis and Design in Practice 2. ed. - Addison-Wesley Professional, 2003.
- Oestereich, B.: Analyse und Design mit UML 2.1: Objektorientierte Softwareentwicklung, 8. ed. - München; Wien : Oldenbourg, 2006
- OMG Object Management Group. Unified Modeling Language (OMG UML) Version 2.5.1 – OMG, 2017.
- Schwaber, K. and Sutherland, J. The Scrum Guide: The Definitive Guide to Scrum – Scrum.org, 2011.
- Sommerville, I.: Software Engineering, 9. Auflage - Pearson Studium, 2012.
- Wintersteiger, A.: Scrum: Schnelleinstieg, 4. Auflage - Frankfurt am Main: entwickler.press, 2018.
Betreutes Labor, Gruppenarbeit
Das Labor vermittelt praktische Einblicke in die Funktionsweise und Konstruktion verteilter Informationssysteme. Dabei werden aktuelle Paradigmen aufgegriffen und fundamentale Prinzipien im Kontext exemplarischer Realisierungen untersucht. Die Aufgabenstellungen orientieren sich an den Inhalten der Vorlesung, greift aber auch aktuelle Themenstellungen industrieller Forschung und Entwicklung auf. Die praktische Umsetzung erfolgt unter Verwendung moderner industrierelevanter Plattformen und Frameworks.
In diesem Labor sammeln die Studierenden praktische Erfahrungen in der Entwicklung und dem Betrieb von verteilten Informationssystemen, indem sie grundlegende Prinzipien und aktuelle Paradigmen auf reale Szenarien anwenden. Sie lernen den effektiven Einsatz moderner, industrierelevanter Plattformen und Frameworks und verbessern so ihre Fähigkeit, komplexe Systeme zu implementieren und zu verwalten. Diese praktische Anwendung, die sich auf die neuesten industriellen Forschungs- und Entwicklungsthemen stützt, bereitet die Studierenden auf die beruflichen Herausforderungen vor und stattet sie mit Fähigkeiten zum Aufbau und zur Optimierung von verteilten Informationssystemen aus.
- Andrew S. Tannenbaum, Marten van Steen, "Verteilte Systeme, Prinzipien und Paradigmen", 2. aktualisierte Auflage, Pearson Studium, 2008, ISBN 978-3-8273-7293-2
- George Coulouris, Jean Dollimore, Tim Kindberg, Gordon Blair, "Distributed Systems, Concepts and Design", Fifth Edition, Addison-Wesley, 2012, ISBN 978-0-13-214301-1
- Weitere Literatur wird in der Vorlesung bekanntgegeben.
Es werden Grundkenntnisse in den Bereichen Programmierung, Betriebssysteme und Datenbanken vorausgesetzt. Die Veranstaltung beinhaltet 50 % betreute Präsenszeit (1 SWS) im LKIT Labor sowie 50% selbständige Arbeit. Der Leistungsnachweis erfolgt durch Präsentation und Verteidigung der Lösung.
Studierenden wird fortgeschrittenes Wissen über die Funktionsweise von Rechnernetzen und Datenbanksystemen vermittelt. Sie lernen die systematische Vorgehensweise zur Planung und Realisierung von komplexen Informationssystemen und Kommunikationsstrukturen insbesondere für verteilte Systeme. Neben der Betrachtung des Aufbaus und der Funktionsweise moderner Datenbanksysteme werden grundsätzliche Probleme bei der Kommunikation über paketbasierte Netze identifiziert, allgemeine Lösungsansätze für diese Probleme vorgestellt und deren Einsatz anhand von aktuellen Netzprotokollen, -komponenten und -diensten veranschaulicht.
Im Fokus der Vorlesung stehen Aufbau und Funktionsweise moderner relationaler und nicht-relationaler Datenbanksysteme sowie das Transaktionsmanagement:
Teil I behandelt insbesondere relationale Datenbankmanagementsysteme (RDBMS): Grundlagen, Architektur, Komponenten, interne Datenorganisation, Verarbeitung von SQL-Anfragen, Erzeugung optimierter Ausführungspläne, Besonderheiten der Pufferverwaltung, Einsatz von Indexstrukturen, Performanz.
Teil II ist dem Transaktionsmanagements in Datenbanksystemen gewidmet: Definitionen, wesentliche Komponenten in gängigen DBMS, Zustandsdiagramm, ACID-Kriterien, Isolation und Fehlerphänomene, Synchronisationsverfahren (2PL, S2PL, SS2PL, Snapshot Isolation), Serialisierbarkeit, Umsetzung in SQL, Grundlagen Logging und Recovery.
Teil III betrachtet Mechanismen und Datenstrukturen in verteilten relationalen und nicht-relationalen Datenbanksystemen: Aufbau von Multi-RDBMS, Fragmentierung von Datenbanktabellen, Stufen der Datentransparenz und Auswirkungen auf Anwendungen, Techniken der verteilten Verbundberechnung, verteilte ACID-Transaktionen, Einordung nicht-relationaler (NoSQL-) Datenmanagementsysteme, Techniken der Datenpartitionierung, Replikation, BASE, Map-Reduce, Consistent Hashing.
Powerpoint-Folien, Tafelmitschrift, Übungsblätter, empfohlene Lehrbücher:
- Edlich, Friedland, Hampe, Brauer, Brückner: "NoSQL - Einstieg in die Welt Nichtrelationaler Web 2.0 Datenbanken"
- Kemper, Eickler: "Datenbanksysteme - Eine Einführung"
- Saake et al.: "Datenbanken, Implementierungstechniken", 3. Auflage
- Silberschatz, Korth, Sudarshan: "Database System Concepts", 6th Edition
-
Özsu, Valduriez: "Principles of Distributed Database Systems", 3rd Edition
Seminaristischer Unterricht mit insg. drei Übungseinheiten á 90 Min.
In der Vorlesung werden anhand der Funktionalitäten der einzelnen Schichten des Internet-Protokollstapels grundlegende Probleme beim Entwurf paketbasierter Netze erarbeitet, allgemeine Lösungsbausteine für diese Probleme identifiziert und deren Anwendung an konkreten Protokollen und Systemen veranschaulicht. In der Anwendungsschicht werden die Übertragung multimedialer Inhalte (Beispiele Netflix und Skype) sowie die Grundlagen sicherer Netzwerkkommunikation (Beispiele Secure Email und TLS) behandelt. Das Kapitel zur Transportschicht behandelt zuverlässige Paketübertragung (Beispiel TCP) und fortgeschrittene Staukontrolle (Beispiele CUBIC und Google BBR). Für die Vermittlungsschicht werden fortgeschrittene Adressierungs- und Konfigurationskonzepte (Beispiel IPv6), die Verallgemeinerung der Paketweiterleitung (Beispiel Software Defined Networking mit OpenFlow) und die Absicherung der Kommunikation (Beispiel IPsec) diskutiert. Abschließend wird die Flexibilisierung der Sicherungsschicht (Beispiele VLANs, MPLS und Datacenter Networks) betrachtet. Die Vorlesung versetzt die Studierenden in die Lage, die Funktionsweise und Leistungsfähigkeit von Abläufen auf verschiedenen Ebenen des Internet-Protokollstapels zu analysieren und Lösungsansätze für neue Problemstellungen zu entwickeln, indem sie die erlernten Lösungsbausteine anwenden und neu kombinieren, um auf die Entwicklung von performanten, sicheren und robusten Netzwerkanwendungen vorbereitet zu sein.
- James Kurose, Keith Ross: Computer Networking - A Top-Down Approach, 7. Auflage, Pearson, 2017.
- Verschiedene Internet-Standards, siehe https://www.rfc-editor.org
- Vorlesungsfolien und -mitschriften
Weiter Literaturhinweise werden in der Vorlesung gegeben
Visuelle Wahrnehmungen und ihre Erzeugung durch die Mittel der modernen Computergrafik werden in grundlegenden theoretischen Details ebenso wie in der praktischen Anwendung verstanden. Die 3D-Programmierung virtueller Welten sowie der Umgang mit Farbmodellen, Texturen und grafischen Effekten werden in Theorie und Praxis beherrscht.
- Raster- und Vektorgrafik:
Speicherung, Codierung und Darstellung zwei-dimensionaler Grafiken im Computer und externen Speichermedien. Farbmodelle.
- Mathematische Grundlagen:
Koordinatensysteme, Modellierung drei-dimensionaler Objekte mit Polygonen. Dreieckszerlegung.
Anwendung linearer Algebra und Analysis um typische geometrische Probleme in der Computergrafik zu lösen
- Raytracing:
Photorealistische Erzeugung von Bildern am Beispiel von Raytracing.
Beleuchtungs- und Schattierungsmodelle.
- Transformationen
Grundlagen der Transformationen im Ortsraum, homogene Koordinaten, Modelle und ihre Projektion, Transformationspipeline
- Rasterpipeline:
Rasterung transformierter Objekte, Clipping, OpenGL
- Folien der Präsenzveranstaltung
- Steve Marschner, Peter Shirley. Fundamentals of Computer Graphics. O'Reilly Verlag.
- John Vince. Mathematics for Computer Graphics. Springer-Verlag.
- Matt Pharr, Wenzel Jakob, Greg Humphreys. Physically based Rendering. https://pbrt.org/
- Weitere vertiefende Literatur in der Veranstaltung zu einzelnen Themen.
Im Labor werden werden die in der Vorlesung vermittelten Kenntnisse der Computergrafik anhand folgender Aufgaben praktisch am Rechner vertieft:
- Eine vorhanden Arcade-Game Implementierung muss um eine eigene 2D-Sicht-Komponente ergänzt werden. Dazu kommt eine einfache 2D-API zum Einsatz.
- Ein rudimänter Raytracer auf Basis vorgegebenen Basisbibliotheken soll erstellt werden.
- Die Arcade-Game-Implementierung soll mit einer 3D-Sicht auf Basis einer API wie, z.B. OpenGL oder eigene Transformation, ergänzt werden.
- Als Implementierungssprache kommt C++ zum Einsatz.
- Material der Vorlesung
- Quelltextrahmen
Die Studierenden sind in der Lage, die im Studium erworbenen Kenntnisse selbständig auf eine abgeschlossene Aufgabenstellung anzuwenden. Sie analysieren das Problem, erstellen ein Konzept, überlegen sich eine Implementierung und setzen diese anschließend eigenständig um. Neben der rein praktischen Arbeit fertigen sie eine Dokumentation an. Die Fähigkeit zur Verteidigung der eigenen Arbeit wird über ein Kolloquium in die Praxis umgesetzt. Die Projektarbeit dient somit als ideale Vorbereitung für die spätere Abschlussarbeit, bei der sich die Studierenden ganz ähnlich mit einer neuartigen Aufgabenstellung auseinandersetzen werden.
Eine Projektarbeit ist eine selbstständige Bearbeitung eines Themas aus dem Bereich Soft- oder Hardware. Angestrebt wird die Durchführung einer praktischen Aufgabe; es sind aber auch Arbeiten aus den Bereichen Evaluation oder Literaturrecherche möglich.
Die Studierenden analysieren die Aufgabenstellung und recherchieren, mit welchen Hilfsmitteln sie die Aufgabe am besten umsetzen können. Diese verwenden sie anschließend auch entsprechend. Zur Projektarbeit ist eine umfassende Dokumentation zu erstellen, die alle Schritte der Aufgabe und Fertigstellung erfasst (z.B. die genaue Problemstellung, das Konzept, die Implementierung, eine Bedienungsanleitung und Weiteres) . Der Umfang und die genaue Ausprägung dieser Dokumentation werden nach den Erfordernissen der Arbeit festgelegt. Die Projektarbeit ist so eine Vorbereitung auf die spätere Abschlussarbeit, die die Studierenden nach ganz ähnlichen Richtlinien anfertigen werden.
- je nach Aufgabenstellung
Literaturstudium zur Vorbereitung der Arbeit. Durchführung der gestellten Projektarbeit in selbständiger, praktischer Arbeit.
Das Kolloquium bildet den Abschluss der Projektarbeit. Die Studierenden präsentieren hierbei in einem Kurzvortrag ihre Ergebnisse und stellen sich anschließend einer Diskussion. Sie weisen dadurch nach, dass sie in der Lage sind, die Problemstellung, die Durchführung der Arbeit und die gefundene Lösung in kurzer prägnanter Form zu erläutern und zu verteidigen.
- je nach Aufgabenstellung
Eigenständige Vorbereitung, Vortrag und Diskussion, mündliche Verteidigung der Arbeit, des Lösungsweges und der gefundenen Ergebnisse.
Die Studierenden lernen, auf Basis integrierter ERP-Systeme in Geschäftsprozessen zu denken. Sie erkennen die gegenseitigen Abhängigkeiten einzelner betrieblicher Funktionen und vertiefen damit ihr betriebswirtschaftliches Grundwissen um Prozesswissen (horizontale Integration). Weiter erkennen die Studierenden die Notwendigkeit einer vertikalen Integration als Voraussetzung zum Ausbau von ERP-Systemen zu Führungsinformationssystemen.
Das Erlernte wird durch Laborübungen auf Basis von SAP S/4HANA vertieft.
ERP-Grundlagen, Einführung integrierte Geschäftsprozesse, Prozessautomatisierung am Beispiel Vertriebsprozess, Einführung von Standardsoftware: Unternehmensmodellierung und Customizing, Architektur von ERP-Systemen
- Vorlesungsmaterial vollständig in PowerPoint-Folien
- Tafelaufschrieb bei interaktiver Erarbeitung von Kernproblemstellungen
- ein Hauptlehrbuch zu ERP
- ein Hauptlehrbuch zu SAP ECC 6.0
Vorlesungsteilnahme
Das Labor findet verzahnt zur Vorlesung statt und dient der Anwendung und Vertiefung des Vorlesungsstoffes.
Es werden folgende Laborübungen durchgeführt:
- SAP ERP Navigation, Fallstudie zum Kennenlernen der Benutzeroberfläche und der Bedienung des SAP-Systems
- Fallstudie zur Auftragsabwicklung (Modul SD), um die Umsetzung von Geschäftsprozessen in komplexen ERP-Systemen zu verstehen
- Customizing Fallstudie zur meldebestandorientierten Beschaffungsdisposition, um eigenständig (unter Anleitung) einen Beschaffungsprozess im System zu konfigurieren (Unternehmens- und Prozess-Customizing)
- Kurzprogrammieraufgabe in ABAP, um die Programmiersprache kennen zu lernen.
Selbstständige Bearbeitung einzeln oder als Gruppe zu maximal zweit der Fallstudien in einem SAP ERP System. Software: SAP ECC 6.04, Datenbasis: Global Bike Inc.
Alternative zum Labor: Einführung in die Programmiersprache ABAP. Siehe I W918.
- Umfangreiches Material zur Einführung ins Thema sowie zu jeder Fallstudie.
Laborteilnahme und Erstellung von Labor-Leistungsnachweisen.
Übungen und Fallstudien aus dem Curriculum Global Bike 2.1 (GBI) der SAP University Alliances Community für die ersten beiden Übungen.
Customizing und ABAP beruht auf eigenen Fallstudien.
Dieses Wahlfachmodul bietet zusammen mit den beiden anderen Wahlfachmodulen den Studierenden die Möglichkeit, entsprechend den eigenen Interessen Schwerpunkte zu setzen und ihr Wissen auf bestimmten Fachgebieten zu vertiefen. Die zum Modul gehörenden Lehrveranstaltungen werden in der Regel jedes Semester angeboten. Jeweils zu Semesterbeginn werden im Internet und am Schwarzen Brett die aktuellen Angebote bekannt gegeben.
Allgemein:
Die Studierenden kennen den Aufbau und die Leistungsmerkmale von Parallelrechnern und können deren Eignung zur Lösung gegebener Problemstellungen im Bereich der Informatik beurteilen und sowie diese Problemstellungen durch eigene Programme in C/C++ oder Python lösen. Dazu werden Konzepte und Möglichkeiten zur Lösung der Grenzen und Defiziten klassischer Rechnerarchitekturen hinsichtlich Rechenleistung und Speicherorganisation gezeigt und studentische Seminarprojekte umgesetzt. Dadurch werden Lösungen komplexer Aufgabenstellungen möglich, die beispielsweise die Bereiche "High Performance Computing" sowie "Künstliche Intelligenz" bestimmen.
Zusammenhänge/Abgrenzung zu anderen Modulen:
Aus dem Modul "Technische Informatik 2" kennen die Studierenden Rechnerarchitekturen und -strukturen, deren Konzepte mit Hilfe von Assemblerprogrammierung erläutert und im "Digitallabor" zur Vertiefung und Festigung des Verständnisses in sechs Versuchen eingeübt wurden. Dies dient dem Verständnis und der Kenntnis klassischer Rechnerarchitekturen und vor allem deren Grenzen und Defiziten hinsichtlich Rechenleistung und Speicherorganisation.
Weitere Zusammenhänge bestehen zum Software-Projekt (INFB2217, INFBINFB2227), in dem Grundkenntnisse der Programmiersprache C vermittelt werden.
Grundkenntnisse der Digitaltechnik werden bereits durch das Modul Technischen Informatik 1 (INFB1217, INFB1227) abgedeckt und bei entsprechenden Themenblöcken (Computerarithmetik, Peripherieschnittstellen) weiterreichend vermittelt.
Zusammenhänge/Abgrenzung zu anderen Modulen:
Das Modul behandelt die speziellen Anforderungen an die Programmierung von Paralellerechnern.
Zusammenhänge bestehen zum Software-Projekt (INFB2217), in dem Grundkenntnisse der Programmiersprache C sowie der Einführung in das Maschinelle Lernen (INFB3317), in der Grundkenntnisse der Programmiersprache Python vermittelt werden .
Fachliche, methodische, fachübergreifende Kompetenzen, Schlüsselqualifikationen:
Nach Abschluss des Moduls
- können die Studierenden Parallelrechner unter Verwendung einer Entwicklungsumgebung programmieren und testen.
- können die Studierenden im Team Problemlösungen erstellen, implementieren und testen.
Vorlesung Parallele Systeme:
- Einführung in Parallelrechner am Beispiel der CUDA-Architektur
- Speicheranbindung, Speichermanagement
- Programmierung: Parallelisierung von Schleifen, Kernels
- Thread-Programmierung
- Grid-Programmierung
- 2D-Grids
- Synchronisation
- Atomare Funktionen
- Optimierungsstrategien
- Anwendungen im Bereich "Scientific Computing", z.B.:
- Differenzengleichungen,
- Lineare Algebra,
- 2D-Wärmeleitungsproblem
- Chiffrierung
- Mehrkörperproblem
- Monte-Carlo-Verfahren
Medienformen:
- Hand-Outs (Powerpoint-Folien als PDF-Dokumente)
- Lehrvideos
- Beispielprogramme
- Unterlagen zum Workshop
Spezifische Literatur in Hand-Out
Weitere Literatur:
- Cheng, John; Grossman, Max, McKercher, Ty: Professional CUDA C Programming (NVIDIA). Wrox, 2014
- Cook, Shane: CUDA Programming. A Developer's Guide to Parallel Programming. Morgan Kaufmann, 2013
- Farber, Rob: CUDA Application Design and Development, Morgan Kaufman, 2011
- Han, Jaegeun; Sharma, Bharatkumar: Learn CUDA Programming, Packt, 2019
- Kirk, David B., Hwu, Wen-mei W.: Programming Massively Parallel Processors: A Hands-on Approach (NVIDIA). Morgan Kaufmann, 2016.
- Sanders, Jason; Kandrot, Edward: CUDA by Example. An Introduction to General-Purpose GPU Programing, NVIDIA, Addison Wesley, 2012
- Storty, Duane; Yurtoglu, Mete: CUDA for Engineers. An Introduction to High-Performance Parallel Computing, Addison Wesley, 2016
- Tuomanen, Brian: Hands-On GPU Programming with Python and CUDA, Packt, 2018
- Vaidya, Bhaumik: Hands-on GPU-Accelerated Computer Vision with OpenCV and CUDA, Packt, 2018
- Wilt, Nicolas: The CUDA Handbook. A Comprehensive Guide to GPU Programming. Addyson Wesley 2013.
Die theoretischen Kenntnisse und praktischen Fähigkeiten der Studierenden werden anhand einer Projektpräsentation (Dauer 20 min mit Diskussion 10 min) bewertet.
Der IT-Grundschutz des BSI bietet eine gute Grundlage dafür, den Herausforderungen des IT-Sicherheitsmanagements auf professionelle
Weise gerecht zu werden.
Die Studierenden lernen Informationssicherheit zu strukturieren, systematisch nach Schwachstellen zu suchen, die Angemessenheit umgesetzter
Schutzmaßnahmen zu prüfen und Sicherheitskonzepte zu entwickeln und fortzuschreiben, die zu
den Geschäftsprozessen, Aufgaben und Organisationsstrukturen eines Unternehmen Institution passen und allgemein
anerkannten Standards genügen.
Vorlesungsfolien
MC/MR-Übungsfragen in ILIAS
BSI-Standards zum IT-Grundschutz
BSI IT-Grundschutz-Kompendium
ISO/IEC 27000 Normenreihe
BSI: Online-Kurs IT-Grundschutz
Thomas W. Harich: IT-Sicherheitsmanagement - Praxiswissen für IT Security Manager, mitp Verlag
Jacqueline Naumann (Autor): ISO/IEC 27001 ISO/IEC 27002 und IT-Grundschutz: Schnelleinstieg Informationssicherheit
Prof. Dr.-Ing. Astrid Laubenheimer
- Warum spielen wir?
- Spielen als Kompetenzerwerb
- gestalterische Aspekte, "Lenses" zur Beurteilung der Qualität von Spielen
- Ethik in Computerspielen, Belohnungsmechanismen und psychologische Wirkungsweisen
- Architektur von Computerspielen: Game View, Game Logik und Spielschleife
- Aufbau von Gaming Engines, Beispiele dazu. Event Management in Games. Physics Engines und ihre Programmierung. Modellierungssprachen X3D, COLLADA.
- Lehrbücher nach aktueller Vorstellung zu Veranstaltungsbeginn.
Vorlesungsteilnahme, ggf. Bonusaufgaben (Entwurf und Programmierung eigener Spiele).
Im ersten Teil der Vorlesung werden elementare Grundlagen der Bildverarbeitung von lokalen Punktoperationen bis zu Filtertechniken und geometrischen Operationen behandelt. Im zweiten Teil werden vermehrt Techniken des maschinellen Sehens, wie z.B. 3D-Techniken und die Hinführung zu Situationsbeschreibungen besprochen.
- Skripte in Folienform
- R. C. Gonzalez, R. E. Woods, "Digital Image Processing", Prentice Hall International. 2008
- Wilhelm Burger, Mark J. Burge, "Principles of Digital Image Processing: Fundamental Techniques", Springer-Verlag London, 2009
Vorlesung mit integrierten Einheiten der Gruppenarbeit.
Zunächst werden konkret vorgegebene, grundlegende Algorithmen und Verfahren der Einzelbildverarbeitung in C++ implementiert. Anschließend werden - bei freier Wahl der Werkzeuge - Applikationen der Videobildverarbeitung implementiert.
- Für das Labor stehen neben den Aufgabenbeschreibungen Frameworks und Beispielbilder zur Verfügung, die jeweils unter ILIAS abrufbar sind.
- D. L. Baggio, S. Emami, D. M. Escriva, K. Ievgen, N. Mahmood, J. Saragih, R. Shilkrot, "Mastering OpenCV with Practical Computer Vision Projects", 2012.
Für das Labor besteht zu allen Terminen Anwesenheitspflicht.
Die Vorlesung vermittelt die Grundlagen der mobilen Anwendungsentwicklung anhand der Android-Plattform. Hierfür werden verschiedene Konzepte behandelt, die für die Erstellung einer Android-App von Bedeutung sind. Dazu zählen allgemeine Elemente, wie das Android Studio, Gradle, Activity, LifeCycle und Kotlin sowie die Verwendung des neuen UI-Frameworks Compose und weitere essenzielle Komponenten wie Architektur, ViewModel, Datenbank, Netzwerk und Coroutines. Ziel der Vorlesung ist es, den Studierenden das eigenständige Entwickeln einer einfachen Android-App zu ermöglichen. Begleitend dazu wird auch der unterstützende Einsatz von KI-Assistenten wie Github Copilot beleuchtet, bspw. für die Codevervollständigung und -generierung oder das Erklären von Codeabschnitten und Logik. Darüber hinaus werden Themen wie Tools, Profiling und Testing angesprochen.
- Vorlesungsfolien
Seminaristischer Unterricht mit Übungsaufgaben und Bonusaufgabe
Dipl. Inform. (FH) Michael Fischer
Das Modewort "Cloud" vertritt eine Reihe interessanter Technologien, die aus dem Arbeiten eines Informatikers kaum noch wegzudenken sind. Diese werden umfassend gesammelt, ergründet, erklärt und verstanden. Dabei steht der Nutzen für die Studierenden im Vordergrund, egal ob sie in die Rolle des Anwenders, des Entwicklers, des Administrators oder des Entrepreneurs schlüpfen. Ziele der Veranstaltung sind das Verstehen der Hintergründe des weiten Begriffs "Cloud Computing" unter vielen Blickwinkeln: Definition, Use Cases, Technologische Grundlagen, Anbieter, APIs, Skalierung, Redundanz uvm.
- Powerpoint-Folien
- Tafelmitschrift
Vorlesung
Prof. Thomas Hinz
Die Studierenden erhalten einen Einblick in verschiedene Arten von Bewegtbild (on-/offline), deren Konzeption, Produktion und Einsatzzwecke. Anhand von Fallbeispielen werden Storyboarding, Animatics, Dramaturgie und Stilmittel veranschaulicht. Unter Anwendung unterschiedlicher Software-Applikationen werden die erworbenen Kenntnisse in praktischen Aufgaben angewandt. Die Studierenden lernen dabei die unterschiedlichen Anforderungen an die Konzeption und Produktion von animierten Adbannern bis hin zum Stop-Motion/Brickfilm kennen.
- Vorlesungsskript
- Fallbeispiele aus der Praxis
Seminaristische Vorlesung mit Übungsaufgaben
Prof. Thomas Hinz
Die Studierenden analysieren zunächst bereits bestehende, digitalisierte Geschäftsmodelle/Geschäftsprozesse in Bezug auf Relevanz, Digitalisierungsansatz, Zielgruppe, digitales Branding, Marketingkommunikation und Monetarisierungsmodell. Die Vermittlung theoretischer Grundlagen bezieht sich insbesondere auf die Themen digitale Transformation bestehender Geschäftsmodelle, deren digitales Branding und Marketingkommunikation. Der praktische Ansatz verfolgt das Ziel, ein digitales Geschäftsmodell unter Berücksichtigung kognitiver Fähigkeiten der Anwenderinnen und Anwender und verfügbarer Technologien zu konzipieren, sowie in Teilbereichen umzusetzen. Begleitend konzipieren und gestalten die Studierenden digitale Marketingtools vom digitalen Folder über Social Media Präsenzen bis zum Newsletter.
- Vorlesungsunterlagen
- Fallbeispiele aus der Praxis
In dieser Vorlesung werden die grundlegenden Methoden der Kryptographie vorgestellt. Dabei wird nach den einführenden Grundlagen der Schwerpunkt auf die Mechanismen gelegt, die typischerweise bei modernen Anwendungen zum Einsatz kommen.
Wesentliche Themen sind symmetrische Verschlüsselungsverfahren, insbesondere Blockchiffren (DES, AES), Modes of Operation (z.B. EBC, CBC), Hash-Funktionen, Message-Authentication-Codes, Public-Key-Verfahren (z.B. RSA, Diffie-Helman, ElGamal), Key-Management und elektronische Unterschriften.
Im weiteren Verlauf werden verschiedene, aktuelle Anwendungen der IT-Sicherheit, die auf dem Einsatz kryptographischer Verfahren beruhen, behandelt: E/Mail-Sicherheit (z.B. PGP, S-MIME), WWW-Sicherheit (SSL), Netzwerksicherheit (IP-SEC), Sicherheit von Web-Servern (Authentifikations-Mechanismen). Anhand dieser Beispiele werden wesentliche Grundprinzipien der IT-Sicherheit erläutert.
Ausführliche Folien werden im Intranet angeboten. Die Foliensätze der einzelnen Themen enthalten jeweils gesondert Literaturhinweise.
Einen Überblick bietet:
- Claudia Eckert: IT-Sicherheit. Konzepte - Verfahren - Protokolle, München, Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2013, 8. Auflage, ISBN 978-3-486-58270-3.
Die Lehrveranstaltung wird zu ca. 2/3 als Vorlesung durchgeführt. In der übrigen Zeit werden betreute Übungen durchgeführt, um die Techniken an praktischen Rechenbeispielen zu vertiefen.
Vermittelt werden weiterführende Kenntnisse in den Bereichen Embedded Systems und Technische Informatik. Die Studierenden kennen die elementaren Begriffe im Bereich eingebetteter Systeme und sind in der Lage, verschiedene Typen von Echtzeitsystemen voneinander zu unterscheiden. Die Studierenden haben mit dem CAN-Bus ein typisches Kommunikationsmedium und mit der CDMA-Technik eine wichtige Codierung, die z.B. bei der Satellitenkommunikation verwendet wird, kennengelernt. Die Studierenden sind in der Lage, typische Programmieraufgaben im Bereich eingebetteter Systeme in der Sprache C umzusetzen. Vorlesungsbegleitend erlernen die Studierenden den Umgang mit Software-Werkzeugen, mit denen sich die Programmlaufzeit der erstellten Software messen unf optimieren lässt.
Die Vorlesung führt in die Software-Entwicklung eingebetteter Echtzeitsysteme ein. Eingebettete Systeme im Sinne dieser Vorlesung sind alle durch Software kontrollierten Computer, die Teil eines größeren Systems sind und deren primäre Funktion nicht rechenorientiert ist. Bei Echtzeitsystemen kommen zusätzlich Aspekte der Rechtzeitigkeit hinzu, d.h., es geht um Systeme, die nicht nur eine korrekte Antwort liefern müssen, sondern die Systemantwort zusätzlich innerhalb einer vorgegebenen und garantierten Zeitspanne berechnen. Im Einzelnen werden Themen aus den folgenden Bereichen behandelt: Entwurf und Architektur von Kfz-Steuergeräten, Grundlagen der Echtzeitprogrammierung, Codierungen zur Datenübertragungen, Embedded-C.
- Powerpoint-Folien
- Tafelmitschrift
- Übungsblätter
Vorlesungsteilnahme + 50 % selbständige Arbeit
Mit Hilfe des Werkzeugs CANoe modellieren die Teilnehmer ein Steuergerät aus dem Bereich der Kraftfahrzeugelektronik. Das Projekt wird um Aufgaben aus dem Bereich der Signaldecodierung ergänzt.
- Aufgabenbeschreibung
Laborteilnahme
Autonome Systeme:
Die Studierenden wenden nebenläufige Programmiermethoden zur praktischen Umsetzung autonomer Systemen an.
Sie erlangen einen Einblick in formale Modellierungs- und Spezifikationsnotationen zur Beschreibung und Verifikation komplexer autonomer Systeme. Die Studierenden sind in der Lage, geeignete Notationen je nach Anwendungsfall einzusetzen. Anhand praktischer Beispiele erkennen sie sowohl die Möglichkeiten als auch die Grenzen formaler Methoden.
Rechnerarchitektur:
Die Studierenden beschäftigen sich mit den wichtigsten Prinzipien der Organisation und des Designs von Mikroprozessoren.
Mikroprozessoren sind die zentralen Bausteine praktisch aller derzeitigen Computersysteme, vom Smartphone bis zum Supercomputer und somit der digitalen Welt.
Schwerpunkte sind die Programmierung von 64-Bit ARMv8 Prozessoren sowie der logische Entwurf von Prozessoren mit Hilfe von Verilog sein.
Neben der Vermittlung der theoretischen Grundlagen wird hier viel Wert auf praktische Programmierübungen gelegt.
Prof. Dr. Martin Sulzmann
Wir werden uns in der Vorlesung mit den wichtigsten Prinzipien der Organisation und des Designs von Mikroprozessoren beschäftigen.
Mikroprozessoren sind die zentralen Bausteine praktisch aller derzeitigen Computersysteme, vom Smartphone bis zum Supercomputer und somit der digitalen Welt.
Schwerpunkte der Vorlesung werden die Programmierung von 64-Bit ARMv8 Prozessoren sowie der logische Entwurf von Prozessoren mit Hilfe von Verilog sein.
Neben der Vermittlung der theoretischen Grundlagen wird hier viel Wert auf praktische Programmierübungen gelegt.
Im Einzelnen werden folgende Themen behandelt:
- Computer Abstractions and Technology
- Instructions: Language of the Computer
- Arithmetic for Computers
- Performance Analysis
- Logic Design with Verilog
- The Processor
- The Memory Hierarchy
- Parallel Processors
- Computer Organization and Design : The Hardware/Software Interface , ARM Edition, D.A. Patterson, J.L. Hennessy, Elsevier Inc. 2017
Die Vorlesungen beginnen i.a. mit der Besprechung der in der vorrausgegangenen Vorlesung gestellten Übungsaufgaben. Anschliessend werden
neue Themen behandelt. Zwischenfragen und Feedback sind jederzeit erwünscht!
Studierende in diesem Kurs
- bekommen einen Einblick in Methoden zur formalen Modellierung und Verifikation autonomer/reaktiver Systeme,
- lernen Konzepte und Technologien zur Programmierung von nebenläufigen Systemen kennen.
Im Einzelnen werden folgende Themen betrachtet:
Modellierung und Verifikation
- Modellierung mit Zustandsmaschinen
- Mealy/Moore
- Kommunizierende Automaten mit Zeit
- Harel Statecharts
- Spezifikation
- Reguläre Sprachen
- Temporale Logiken (CTL)
- Modelchecking
- Testfallgenerierung mittels Modelchecking
- Run-Time Verifikation
- Abdeckungskriterien
- UPPAAL
Nebenläufigkeit und Synchronisation
- Synchronisation via gemeinsamen Speicher
- Programmieren mit Threads und Locks
- Lock-freie Algorithmen
- Software Transactional Memory
- Nachrichten-basierte Synchronisation
- Prozesskalküle (CSP, Join)
- Programmiersprachen Haskell, Go
- Foliensammlung
- Tafelmitschrift
- Ausgearbeitete Beispiele und Übungen
- Bryan O'Sullivan, "Real World Haskell"
- Don Stewart, John Goerzen, "Real-Time Systems and Programming Languages (Fourth Edition)", Ada 2005
- Alan Burns ,Andy Wellings, "Real-Time Java and C/Real-Time POSIX"
- Christel Baier, Joost-Pieter Katoen, "Principles of Model Checking"
- Bruce Powel Douglass, "Real-Time UML: Developing Efficient Objects for Embedded Systems (2nd Edition)"
Seminaristischer Unterricht mit theoretischen und praktischen Übungen.
Die Studierenden verfassen unter Anleitung eines betreuenden Dozenten zu einem aktuellen Informatik-bezogenen Thema eine schriftliche Ausarbeitung und präsentieren die Ergebnisse im Rahmen eines Vortrages mit anschließender Diskussion. Die Ziele dieses Moduls sind neben der eigenständigen Lösung einer fachlichen Problemstellung auch die Fähigkeit zu Vermarktung der Leistung der Studierenden.
Die Teilnehmenden des Seminars erstellen unter Anleitung eines betreuenden Dozenten zu einem Thema eine schriftliche Ausarbeitung in Hausarbeit. Die Seminarthemen sind in Themengruppen klassifiziert und orientieren sich in der Regel an aktuellen Informatik-Problemen. Neben der fachlichen Problemstellung steht in dieser Lehrveranstaltung auch die Selbstdarstellung des Studierenden im Vordergrund.
- je nach Themenstellung
Besprechungen mit dem betreuenden Dozenten; ev. experimentelle Untersuchungen; Literatur-Aufarbeitung; Berichterstellung; Teilnahme an den Seminarvorträgen der Kommilitonen; Diskussion der Präsentationen der Kommilitonen.
Die Studierenden erstellen auf der Basis der schriftlichen Ausarbeitung des Seminars Präsentationsunterlagen (Folien, Videosequenzen, programmierte Beispiele). Sie präsentieren individuell ihre Ausarbeitungen im Rahmen eines Vortrages mit anschließender Diskussion. Neben der fachlichen Problemstellung steht in dieser Lehrveranstaltung auch die eigene Vermarktung der Studierenden im Vordergrund. Bei der Bewertung der studentischen Leistung wird auf folgende Kriterien geachtet: Einhaltung zeitlicher Vorgaben beim Vortrag; didaktisch geschickte Präsentation; Diskussionsfestigkeit.
- je nach Themenstellung
Diskussion mit dem betreuenden Dozenten; Ausarbeitung der Präsentation; Diskussion im Anschluss an den Vortrag.
Schlüsselkompetenzen steigern die allgemeine Arbeitsmarktfähigkeit von Absolventen. Dazu trainieren Studierende in Bezug auf die zunehmende Globalisierung ihrer Arbeit die Kommunikation mit und das Verhalten gegenüber Menschen aus anderen Kulturkreisen. Weiterhin erlangen Studierende die Fähigkeit, mit juristischem Grundwissen Verträge zu gestalten. Sie sind außerdem in der Lage, die Ergebnisse ihrer eigenen Arbeit in Form eines Fachvortrags optimal zu präsentieren.
Die Teilnehmer lernen die interkulturelle Kompetenz als strategischen Wettbewerbsfaktor zu begreifen und ihr eigenes Handeln kulturadäquat zu gestalten:
- Zentrale Aspekte der interkulturellen Kommunikation (z. B. kulturell bestimmte Normen, Verhaltensweisen, Werte, verbale und nonverbale Kommunikation) mit besonderer Betonung auf Unterschiede zwischen sachorientierten Kulturen wie Deutschland und beziehungsorientierten Kulturen wie China und Indien
- Einfluss verschiedener Kulturstandards auf internationale Geschäftsbeziehungen (z. B. Geschäftsanbahnung, Verhandlungen, Mitarbeiterführung, Entscheidungsfindung, Konfliktlösung usw.)
- Empirische Untersuchungen (z. B. Geert Hofstede, Fons, Trompenaars usw.)
- Fallstudien aus verschiedenen Kulturräumen (z.B. Deutschland, Frankreich, USA, Japan, China, Indien usw.).
- PowerPoint-Folien
- Übungsblätter
- weiterführende Informationen auf der Webseite für diese Lehrveranstaltung
Vorlesungsteilnahme und praktische Übungen
Die Studierenden lernen in der Vorlesung, sich in Rede und Diskussion frei von störenden Hemmungen und weitgehend unabhängig von einem Text sicher, treffend und erfolgreich zu äußern. Sie sind danach in der Lage, in einem Beruf zu bestehen und am politischen, sozialen, wirtschaftlichen und kulturellen Leben tätigen Anteil nehmen zu können.
- PowerPoint-Folien zum Referat, zu Übungen und zu Vortragsformen
Praktische Arbeit (Referate), Übungen, Vorlesungsteilnahme, selbständige Arbeit
Die Studierenden lernen rechtliche Grundlagen kennen, die sie in die Lage versetzen, Verträge abfassen und beurteilen zu können.
- Einführung in das Recht
- Das Bürgerliches Gesetzbuch (BGB)
- Das gerichtliche Verfahren
- Arbeitsrecht (Arbeitsverträge, Kündigung, Fristen)
- PowerPoint-Folien zum Referat
Dieses Wahlfachmodul bietet zusammen mit den beiden anderen Wahlfachmodulen den Studierenden die Möglichkeit, entsprechend den eigenen Interessen Schwerpunkte zu setzen und ihr Wissen auf bestimmten Fachgebieten zu vertiefen. Die zum Modul gehörenden Lehrveranstaltungen werden in der Regel jedes Semester angeboten. Jeweils zu Semesterbeginn werden im Internet und am Schwarzen Brett die aktuellen Angebote bekannt gegeben.
Die Lehrveranstaltung vermittelt die Grundlagen der Digitalen Signalverarbeitung in Audiosystemen, die künstlerische und kommerzielle Anwendungen finden.
Dazu werden im ersten Teil Kenntnisse und Fähigkeiten zum Verständnis der grundlegenden Konzepte wie
- periodische Abtastung von Signalen
- Rekonstruktion abgetasteter Signale und Aliasing
- nichtrekursive und rekursive Systeme
- grundlegende nichtrekursive Filteralgorithmen
vermittelt.
Im zweiten Teil werden die Grundlagen zu
- rekursiven Filter
- Spektralanalyse durch Diskrete und Schnelle Fouriertransformation (DFT, FFT)
- Adaptiven Filter zur Unterdrückung von Störgeräuschen sowie
- digitalen Audioeffekte wie
- Kompressor/Limiter
- Ring- und Phasenmodulation (Chorus, Flanger)
diskutiert und mit durchgängiger Methodik zur Entwicklung und Implementierung durch die Programmiersprache C/C++ echtzeitfähig umgesetzt.
Dies dient der Kenntnis klassicher Algorithmen der Digitalen Signalverarbeitung und Vertiefung dieser Kenntnisse durch programmtechnische Umsetzung. Diese Algorithmen finden neben klassischer Signalverarbeitung Verwendung in der Vorverarbeitung von Trainings- und Inferenzmustern für "Künstliche Intelligenz", "Maschinelles Lernen" sowie "Neuronale Netze".
Weitere Themenvorschläge wie beispielsweise und Aspekte Neuronaler Netze und Künstlicher Intelligenz zur Geräuschunterdrückung durch CUDA C/C++ im Offline-Betrieb auf einem GPU-Server werden im Seminar vorgestellt.
Lernergebnisse / Kompetenzen:
Das Internet der Dinge vernetzt intelligente Dinge die über Sensoren verfügen und erzeugt große Datenmengen. Die Studierenden lernen wo das Internet der Dinge zur Anwendung kommt und welche Fragestellungen gelöst werden können. Wir betrachten zum Beispiel die Bereiche Industrie 4.0 (Predictive Maintenance, Predictive Quality), Smart Homes, Wearables, Verkehr und Landwirtschaft. Neben den Anwendungsgebieten betrachten wir auch passende Datenanalyseverfahren und Algorithmen für ausgewählte Problemstellungen.
Inhalt:
1. Motivation und Einführung
2. IoT Anwendungen
3. IoT Daten (z.B. Sensordaten )
4. Datenanalyseverfahren und Algorithmen für IoT Daten
5. Algorithmen & Datenanalyse Projekt mit konkreter Fragestellung und Daten
Lehr- und Medienform:
Vorlesung, Projekt/Labor, Gruppenarbeit
Voraussetzung: Grundlagen zu Data Science / Maschinellem Lernen. Bitte in Ilias unter Fakultätsangelegenheiten/Austauschbereich/Wahlpflichtfächer SS2024 https://ilias.h-ka.de/ilias.php?ref_id=853682&cmdClass=ilrepositorygui&cmdNode=y8&baseClass=ilRepositoryGUI anmelden
M.Sc. Daniel Weisser
Die HKA-APP soll umfassende Funktionen für Studierende aller Fakultäten der HKA bereitstellen:
- https://www.h-ka.de/hka-app/
- https://www.youtube.com/watch?v=OcyRZrwXzVM
Hierzu gehören vorrangig Funktionen aus den sogen. Online-Services auf Basis des LSF-Servers (Veranstaltungen/Stundenplan, Einrichtungen, Personen, Studentisches Leben), des QIS-Servers (Notenansicht) und anderer Server (Mensa, KIT, KVV, …). Weitere Formate und Funktionen sind möglich:
- Erstellung bzw. Weiterentwicklung für Android, iOS, Windows, Web und unseren Broker/Server sowie die neue Ersti-Hilfe
- Bereitstellung in Google Play, Apple App Store, Microsoft Windows Store und als Web-App
- Marketing auf verschiedenen Kanälen (WebSite, FaceBook, Instagram, HKA Site, Werbemittel, …)
- Benutzersupport
- Kommunikation an der Hochschule (Campustag).
http://www.hka-app.de
https://www.facebook.com/hkaapp
https://www.instagram.com/hka_app/
Start-up Veranstaltung, Bildung von Gruppen, Projektplan, Projektmeetings, Entwicklung, Begleitung in allen Projektphasen
Grafisch-geometrische Algorithmen lösen Probleme, die auf geometrische Objekte wie Punkte, Linien, Flächen und Körpern im zwei- oder mehrdimensionalen Raum basieren (Algorithmische Geometrie, computational geometry). Diese Algorithmen und ihre zugrundeliegenden Datenstrukturen werden unter anderen in den Bereichen der Computergrafik, Robotik und Geoinformationssysteme angewendet.
Studenten lernen typische Algorithmen aus der Algorithmischen Geometrie, deren Enturfsprinzipien und Anwendungsbereiche kennen.
Sie werden befähigt die Algorithmen hinsichtlich ihrer Korrektheit, des Resourcenverbrauchs und Robustheit zu untersuchen und zu vergleichen.
Unter anderem werden folgenden Probleme exemplarisch behandelt:
Berechnung konvexer Hüllen, Schnitt- und Abstandsprobleme, Triangulierung von Polygonen, Geometrische Datenstrukturen wie kd-Bäume.
Mark de Berg, Otfried Cheong, Marc van Kreveld, Mark Overmars: "Computational Geometry: Algorithms and Applications", 2008, 3. Auflage, Springer-Verlag
Franco P. Preparata, Michael Shamos: "Computational Geometry: An Introduction", 1985, Springer-Verlag
Spezielle weiterführende Literatur wird in der Vorlesung bekannt gegeben.
RA Josua Neudeck
In der Vorlesung werden Rechtsfragen im Informationstechnologie- und Medienrecht behandelt, die den Studierenden im beruflichen Alltag begegnen. Die Studierenden lernen z.B. die Grundlagen beim Umgang mit urheberrechtlich geschützten Werken, Daten, Marken, Designs oder Persönlichkeitsrechten sowie bei der rechtssicheren Ausgestaltung von Internetseiten, Webshops und Apps kennen.
- Grundzüge des Urheberrechts und der relevanten gewerblichen Schutzrechte
- (IT-)Vertragsrecht
- KI und Datenschutz
- Vertragsschluss im Internet
- Allgemeine rechtliche Anforderungen an Webseiten
- Internet- und E-Mail-Marketing
- Rechtsbeziehungen bei Apps
- Rechtliche Besonderheiten bei Social Media
- PowerPoint-Folien zum Referat
- Herzog, Recht für Designer, 2. Auflage 2022
RA Josua Neudeck (https://www.vogel-partner.eu/team/josua-neudeck/)
RA Jeremias Held (https://www.vogel-partner.eu/team/jeremias-held/)
Das Modul "Augmented & Virtual Reality" behandelt verschiedene Aspekte dieser aufstrebenden Technologien. Der theoretische Teil der Vorlesungen vermittelt ein grundlegendes Verständnis des Mediums, einschließlich Dimensionen der Realität, menschlicher Aspekte, Tracking, Interaktion & Interface, Bewegung, Stereoskopie und Content Creation.
Das Modul kombiniert theoretische Vorlesungen mit praktischen Übungen, um den Studierenden ein umfassendes Verständnis und praktische Fähigkeiten im Umgang mit Augmented & Virtual Reality zu vermitteln. Es werden Lehrmethoden wie Vorlesungen, Diskussionen, praktische Übungen, Projektarbeit und Kooperationen mit externen Institutionen verwendet. Zur Umsetzung der praktischen Übungen kommen verschiedene Technologien und Tools wie 360° Film-Erstellung, 3D-Modellierung, Licht & Texturierung, Unity-Entwicklungsumgebung, VR-Umsetzung mit HTC Vive oder Meta Quest und AR-Umsetzung mit Smartphones, jeweils mit Unity, zum Einsatz.
Das Modul zielt darauf ab, den Studierenden ein fundiertes Verständnis von Augmented & Virtual Reality zu vermitteln und sie mit praktischen Fähigkeiten auszustatten, um eigene Inhalte in diesen Technologien zu erstellen. Durch die theoretischen Kenntnisse und praktischen Erfahrungen sollen die Studierenden in die Lage versetzt werden, innovative und immersive AR- und VR-Anwendungen zu konzipieren, zu entwickeln und zu evaluieren. Am Ende des Moduls sollen die Studierenden in der Lage sein, eigenständig komplexe AR- und VR-Inhalte zu erstellen und zu präsentieren, um die Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologien in verschiedenen Bereichen zu demonstrieren.
- Matthias Wölfel, Immersive Virtuelle Realität: Grundlagen, Technologien, Anwendungen, Springer Vieweg Berlin, Heidelberg, Link: https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-662-66908-2
- Folien zur Vorlesung
- Jason Jerald, The VR Book: Human-Centered Design for Virtual Reality, Morgan & Claypool Publishers-ACM, 2015
- Joseph LaViola, Doug Bowman, Ernst Kruijff, Ivan Poupyrev & Ryan P. McMahan, 3D User Interfaces: Theory and Practice, Pearson Education, 2017
- Holger Tauer, Stereo-3D, Schiele & Schoen, 2010
Die Vorlesung findet teilweise in immersiver virtueller Realität statt. Es werden dafür VR-Brillen an die Studierenden ausgeteilt.
Dipl. Inform. (FH) Georg Magschok
Technische und topologische Mechanismen zur Netzwerksicherung, Angriffsmuster und Abwehrstrategien, Grundlagen, Ausprägungen und Abwehr von malicious Software, Analyse und Beurteilung von Sicherheit und sicherheitstechnischen Vorgängen. Am Ende der Vorlesungsveranstaltung werden praktische Fallbeispiele geübt, die einen Eindruck von der Anwendung der Vorlesungsinhalte bieten.
- Powerpoint-Folien
Vorlesung mit gewünschten Zwischenfragen; praktische Übungen im Netzwerklabor unter Anleitung der Dozenten
Einsatzbereiche von Industrie- und Servicerobotern, Kinematiktypen, Koordinatentransformationen, kinematische Modellierung von Manipulatoren, Bahnplanung, Sensorik, Steuerungsarchitektur (Hardware und Software), Programmiermethoden, Programmiersprachen
- Skript
Seminaristischer Unterricht
Zunächst erhalten die Studierenden einen Überblick über den internationalen Consultingmarkt und lernen die methodische Grundlagen dieser Branche sowie die Arbeitsschwerpunkte des IT-Consultings kennen. Es wird auf verschiedene Ansätze der Strategieberatung, Prozessberatung und IT-Systemberatung mit den jeweiligen Beratungswerkzeugen und -methoden eingegangen.
- Vorlesungsmaterial vollständig in Powerpoint-Folien
- Tafelaufschrieb bei interaktiver Erarbeitung von Kernproblemstellungen
- Vorgaben zu Case Study Material
Teilnahme Vorlesung, Bearbeiten von Case Studie in der Gruppe zur Anwendung und Vertiefung verschiedener Beratungsansätze
Es werden wichtige Frameworks für die "klassische" Anwendungsentwicklung mit Python vorgestellt (WAS):
- FastAPI: Ein modernes Micro-Framework mit 72.800 Stars bei GitHub, um REST- und GraphQL-Schnittstellen zu entwickeln.
- Flask: Ein populäres Micro-Framework mit 66.900 Stars bei GitHub, um REST- und GraphQL-Schnittstellen zu entwickeln.
- Django: Ein populäres Web-Framework mit 75.000 Stars bei GitHub.
In einem fließenden Übergang zwischen Vorlesungen und Übungen wird für jedes Framework ein durchgängiges Beispiel bereitgestellt (WOMIT), und zwar von der Schnittstelle (REST, GraphQL) bis zur Datenbank (PostgreSQL, MySQL, SQLite). Das objektrelationale Mapping wird durch SQLAlchemy umgesetzt. Weiterhin wird jedes Beispielprojekt als Docker-Image gebaut und mit Docker Compose als Container zum Laufen gebracht. Die Beispiele werden gemeinsam auf den studentischen Notebooks mit VS Code installiert und erläutert.
Bei diesen angeleiteten Übungen mit fertigen und lauffähigen Anwendungen werden die Studierenden auch mit der notwendigen Infrastruktur für Python vertraut gemacht. Dazu gehört z.B.:
- eine virtuelle Umgebung mit venv
- ein Package Manager durch pip zzgl. pyproject.toml
- ASGI (Asynchronous Server Gateway Interface) durch wahlweise uvicorn, hypercorn und daphne
- Asynchrone Integrationstests mit pytest und requests
- Codeanalyse durch mypy, pyright, pylint, flake8 und SonarQube sowie refurb
- Security-Analyse durch bandit und safety
- Codeformatierung durch black
- Generierung der API-Dokumentation mit mkdocs mit Material Design zzgl. PlantUML für UML- und ER-Diagramme
- Lasttests mit locust
Dadurch erwerben die Studierenden die Kompetenz, um die Vor- und Nachteile von etablierten Python-Frameworks gegenüber Frameworks mit z.B. Java oder JavaScript abzuwägen (WOZU).
- FastAPI https://fastapi.tiangolo.com
- Flask https://flask.palletsprojects.com
- SQLAlchemy https://www.sqlalchemy.org
- Strawberry https://strawberry.rocks
- Pydantic https://github.com/pydantic/pydantic
- Marshmallow https://marshmallow.readthedocs.io
Das Wahlpflichtfach findet 14-tägig freitags im 3. und 4. Block statt; Beginn ist in der 2. Vorlesungswoche. Es wird vorerst nur im Sommersemester angeboten.
Die Vorlesung führt in verschiedene Konzepte und Bereiche des Sounddesign ein. Neben technischen Grundlagen zu:
- Raumklang und Wellen
- Aufnahmetechnik, Speicherung und Verarbeitung
- Klangsynthese
werden auch kreative Einsatzgebiete von Sounddesign wie:
- Audiobearbeitung
- Musik- und Audioproduktion
- Musiktheorie
- Einsatz und Wirkung von Sound in Anwendungen oder Filmen
angeschnitten. Es wird gezeigt, wie professionelle Klanglandschaften und Stimmungen gestaltet werden können, um gewünschte Wirkungen zu erzielen.
Die Vorlesung wird von Übungsaufgaben begleitet, in denen das Wissen praktisch angewandt wird. Die Inhalte der Aufgaben reichen von der Bearbeitung von Audiospuren, über Klangsynthese und Vertonung von Film-Szenen bis hin zur Entwicklung von Sound-Brands.
- Vorlesungsskript
- Fallbeispiele aus der Praxis
Seminaristische Vorlesung mit Übungsaufgaben
Im Rahmen der Vorlesung werden zunächst die Begrifflichkeiten des Geschäftsprozessmanagements geklärt, bevor dann unterschiedliche Konzepte zur Geschäftsprozessaufnahme und -modellierung dargestellt und untersucht werden. Hierbei wird auch auf die Unterstützung durch geeignete Vorgehensmodelle und Software-Tools eingegangen. Auch neuere Konzepte, wie etwa das Process Mining, werden hier behandelt. Mithilfe entsprechender Tools werden Geschäftsprozesse aufgenommen und anschließend im Rahmen einer Fallstudie simuliert. Abschließend werden Aspekte der Qualitätssicherung von Prozessen, der Bewertung der Leistungsfähigkeit von Prozessen sowie der Prozesskostenrechnung behandelt. Die Studiernden sollen dabei in die Lage versetzt werden, eigenständig die Prozesse im Unternehmensumfeld bearbeiten zu können (Erfassung, Modellierung, Analyse).
Im Überblick:
- Der Prozessbegriff und Prozessarten
- Vorgehensmodelle im Prozessmanagement
- Prozessanalyse (Aufnahme von Prozessen)
- Prozessmodellierung (Veränderung von Prozessen)
- Werkzeuge der Prozessmodellierung
- Prozesssimulation
- Process Mining
- Kennzahlen zur Bewertung von Geschäftsprozessen
- Skript
- Übungsaufgaben
- Fallstudien (im ILIAS-System der Hochschule Karlsruhe)
- Zugang zu verschiedenen Werkzeugen
Seminaristischer Unterricht: Vorlesung, Fallstudien, Übungen
Die Vorlesung gibt einen Überblick über die Forschung und Entwicklung von Serious Games, ihren verschiedenen Einsatzgebieten in den Bereichen Lernen, Kommunikation und Engineering. Es werden Konzeption, Design, Produktionsprozesse und Wirkungsweisen von Serious Games anhand veröffentlichter Produktionen detailliert präsentiert. Nach dieser grundlegenden Wissensvermittlung über Serious Games erarbeiten die Studierenden dann ein Konzept für das "ultimative Serious Game": Die echte Welt retten.
Lernziele der Theorie:
- Learning Game Design Methodologie für Serious Games unter Einbeziehung von recherchierten Real-Daten
- Entwicklungs-Geschichte von Serious Games an der Schnittstelle von Wissenschafts-Simulation und Entertainment Games.
- Grundlagen in System Dynamics, systemischem Denken und Modellbildung
Lernziele der praktischen Aufgaben:
- Recherche für das Thema des zu konzipierenden Serious Games.
- Anwenden der Learning Game Design Methodologie anhand einer gemeinsamen Serious Game Konzeption.
- Salen, Katie, Zimmerman Eric, Rules of Play - Game Design Fundamentals, The MIT Press 2003
- Salen, Katie, Zimmermann Eric, The Game Design Reader - A Rules of Play Anthology, The MIT Press 2006
- Schell, Jesse, The Art of Game Design - A book of lenses, second edition, CRC Press, Tayler & Francis Group 2015
- McGonigal, Jane, Besser als die Wirklichkeit!: Warum wir von Computerspielen profitieren und wie sie die Welt verändern, Heyne Verlag 2011
- Prensky, Marc, Don’t bother me mom, I’m learning! : how computer and video games are preparing your kid for a 21st century success and how you can help!, Paragon House, 2006
- Gee, James Paul, Good video games and good learning: collected essays on video games, learning and literacy, Peter Lang Publishin
Der Leistungsnachweis dieser Vorlesung wird die Abgabe eines Spielkonzepts für das "ultimative Serious Game" sein, das - in Einzel- oder Gruppenarbeit - mit der vermittelten Learning Game Design - Methodologie vermittelt wurde. Das Spielübersichts-Diagramm dieses Spielkonzepts wird als dynamisches System-Design mit einer visuellen Programmiersprache umgesetzt.
This course covers the following areas.
1. Embedded software engineering
2. Programming language design and analysis.
We will use the Go programming language to cover various aspects of programming language design and analysis.
- Introduction to Go, a C style language with garbage collection.
- Type inference
- Method overloading
- Go interfaces
- Connection to other overloading approaches
- Syntax analysis
- Program analysis
- Concurrency
- Multi-threading
- Message-passing
- Shared memory and data races
- lectures notes and slides
- exercies
- online references
Prerequisistes:
Softwareprojekt + Autonome Systeme
Wie funktioniert eigentlich ein mobiles Kommunikationssystem, z.B. ein Handy- oder WLAN-Netz? Diese Frage, die sich sicher viele schon einmal gestellt haben, lässt sich durch das Studium von Standarddokumenten mehr oder weniger umfassend beantworten. Allerdings hat die Antwort nur eine sehr geringe "Halbwertszeit": So wie es z.B. in den letzten 25 Jahren mit GSM, UMTS, LTE und 5G vier Generationen von Mobilfunknetzen gegeben hat, wird es im Laufe des Berufslebens der heutigen Studierendengeneration noch unzählige weitere Netzgenerationen geben. Die Vorlesung beantwortet daher vielmehr die Fragen: Welches sind die grundlegenden Probleme, die Mobilfunknetze auch in Jahrzehnten noch lösen müssen? Was sind allgemeingültige Lösungsansätze? Und wie werden diese Ansätze in heutigen Mobilfunksystemen umgesetzt? Untersucht werden die drahtlose Signalübertragung, der Zugriff auf ein gemeinsam genutztes Funkmedium und der Umgang mit Mobilität. Als Beispielsysteme werden WLAN, Bluetooth, Mobilfunknetze von GSM über UMTS mit HSDPA bis hin zu LTE und 5G betrachtet. Am Ende der Lehrveranstaltung sind die Studierenden in der Lage, Lösungsansätze für grundlegende Probleme heutiger und zukünftiger Mobilfunknetze zu verstehen, anzuwenden und zu analysieren. Dazu verwenden sie die in der Vorlesung behandelten Lösungsbausteine, deren Einsatzmöglichkeiten und Eigenschaften sie exemplarisch an aktuellen Mobilfunknetzen kennengelernt haben. Dadurch werden die Studierenden in die Lage versetzt, während ihres gesamten Berufslebens den Entwicklungen im Bereich der Mobilfunknetze zu folgen.
- Jochen Schiller, Mobilkommunikation. Pearson Studium, 2003.
- Martin Sauter, Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme, 8. Auflage, 2022 (als E-Book über die KIT-Bibliothek verfügbar)
- Vorlesungsvideos, -folien und -mitschriften
Weitere Literaturhinweise werden in der Vorlesung gegeben.
Die Studierenden verfügen über umfassende theoretische und praktische Kenntnisse in der Konzeption, Gestaltung und Präsentation von interaktiven Projekten. Sie simulieren anhand von Webseitenprojekten oder Applikationen für mobile Endgeräte den Arbeitsalltag der Kreativabteilungen von Multimedia-Agenturen.
Sie lernen an Beispielen, wie Gestaltungsaufträge in der Praxis umgesetzt werden. Dazu gehören Arbeitsschritte wie Kundenbriefing, Brainstorming, Designkonzept, Moodboard, Entwurfsgestaltung, Prototypenbau und Präsentation der Projekte.
- Vorlesungsunterlagen
- Fallbeispiele aus der Praxis
Seminaristische Vorlesung mit Übungsaufgaben.
Die Teilnehmer werden in die Lage versetzt, sich in einem Rechenzentrumsbetrieb mit internen und externen Schnittstellen zurechtzufinden und ihren persönlichen Beitrag gemäß ihren Fähigkeiten in einer solchen Organisation einzubringen.
- Mitschrift
- Vertiefung im eLearning-System
Unterricht; Übungen im eLearning-System
This course introduces the principles, theories and concepts of statistics and data modelling.
Students will learn
- how to construct and interpret graphical presentations of data,
- conduct appropriate statistical tests, use the appropriate techniques in data modelling,
- interpret the results generated,
- apply these statistics and data modelling techniques in practical projects, and
- develop real world analytics solutions using Spark Machine Learning and Scala.
Die Studierenden erlernen auf praktische Art und Weise das Architekturprinzip der Microservices, die sich neben herkömmlichen, schwerfälligen Applikationsservern etabliert haben (WAS).
Anhand eines durchgängigen Beispiels werden Microservices mit folgender Plattform entwickelt (WOMIT):
- Kubernetes (einschl. Helm) und Docker-Images für Virtualisierung, Orchestrierung, Service-Registry, usw. Dazu werden die Produkte Docker Desktop Community und Lens als Administrationswerkzeug verwendet.
- Spring Boot als Framework, um Microservices mit REST und auch GraphQL als Schnittstelle zu implementieren.
- Spring Data JPA, um mit Hibernate und dem Standard Jakarta Persistence auf relationale Datenbanksysteme zuzugreifen.
- PostgreSQL, MySQL und Oracle 23c Free werden als relationale Datenbanksysteme mit den Administrationswerkzeugen pgadmin, phpMyAdmin und SQL Developer verwendet und allesamt in Kubernetes installiert und betrieben.
- IntelliJ IDEA Ultimate wird als IDE eingesetzt. Für IntelliJ IDEA Ultimate - und sonstige Produkte von JetBrains - können Studierende der HKA auf Initiative des Dozenten seit 2014 eine kostenlose Lizenz erhalten, die für 1 Jahr gültig ist.
- Gradle mit Cloud Native Buildpacks wird als Buildsystem benutzt.
Dadurch erwerben die Studierenden die Kompetenz, um die Vor- und Nachteile von Microservices gegenüber monolithischen Architekturen abzuwägen (WOZU).
"Spring Framework Documentation", https://docs.spring.io/spring/docs/current/spring-framework-reference
"Spring Boot Reference Guide", https://docs.spring.io/spring-boot/docs/current/reference/htmlsingle
"Spring GraphQL Reference", https://docs.spring.io/spring-graphql/docs/1.0.0-M2/reference/html
"Spring Data JPA", https://docs.spring.io/spring-data/jpa/docs/current/reference
Docker, https://www.docker.com/why-docker
Kubernetes, https://kubernetes.io/docs
Neben Java als Plattform für Frameworks, wie z.B. Spring, hat sich JavaScript etabliert und wird von renommierten Unternehmen, wie z.B. PayPal, Netflix und Facebook nicht nur auf der Clientseite, sondern auch auf der Serverseite erfolgreich eingesetzt. Dazu hat auch Express beigetragen, das jedoch seit 2016 fast nicht mehr weiterentwickelt wird. Außerdem ist JavaScript als nahezu typfreie Programmiersprache anfällig für Laufzeitfehler. Seit TypeScript und VS Code jeweils von Microsoft veröffentlicht wurden, hat sich das grundlegend geändert. Bis auf wenige Ausnahmen sind alle großen und etablierten JavaScript-Frameworks und -Bibliotheken mittlerweile in TypeScript implementiert. Vereinfachend gesagt: TypeScript ist ein "typsicheres JavaScript", in dem auch künftige JavaScript-Features mitunter 2 Jahre vorher verfügbar sind.
Die Veranstaltung gliedert sich deshalb in einen Server- und einen Client-Teil (WAS):
- Nest als modernes Framework für Serveranwendungen, das in TypeScript implementiert ist und in vielfacher Weise dem Spring Framework für die Java-Plattform ähnelt.
- Angular (von Google) und React (von Meta) als führende Frameworks bzw. Bibliotheken für Webapps.
Mit einem lauffähigen Beispiel werden für Nest folgende Features erläutert (WOMIT):
- REST- und GraphQL-Schnittstelle
- Zugriff auf relationale DB-Systeme durch TypeORM als OR-Mapper
- Authentifizierung und Token-basierte Autorisierung
An weiteren lauffähigen Beispielen werden Angular und React erläutert und ihre Unterschiede herausgearbeitet (WOMIT):
- Angular als Framework mit objektorientierten UI-Komponenten und objektorientierter Programmierung in TypeScript
- React als leichtgewichtige Bibliothek mit funktionalen UI-Komponenten und funktionaler Programmierung sowie zusätzlichen Bibliotheken z.B. für Routing, Formulare oder den Zugriff auf Backend-Systeme
Dadurch erwerben die Studierenden die Kompetenz, um einerseits den Einsatz von einem JavaScript-basierten Framework für die Serverentwicklung abzuwägen und andererseits zu entscheiden, ob für die Client-Entwicklung ein Framework wie Angular oder eine leichtgewichtige Bibliothek wie React angemessen ist (WOZU).
- TypeScript https://www.typescriptlang.org
- Nest https://nestjs.com
- GraphQL https://graphql.org
- TypeORM https://typeorm.io
- Keycloak https://www.keycloak.org
- Angular https://angular.dev
- React https://reactjs.org
Das Wahlpflichtfach wird nur im Wintersemester angeboten.
Aufbau von Anwendungen mit mikrotechnologischem Schwerpunkt. Beispiele sind autonome Kleinstluftschiffe, selbstüberwachte erste Hilfe Kästen, energieautarke Türschilder, Komponenten des „High Speed Karlsruhe“ Rennwagens wenn der Student in diesem Projekt mitarbeitet (https://www.highspeed-karlsruhe.de/).
Dieses Wahlfachmodul bietet zusammen mit den beiden anderen Wahlfachmodulen den Studierenden die Möglichkeit, entsprechend den eigenen Interessen Schwerpunkte zu setzen und ihr Wissen auf bestimmten Fachgebieten zu vertiefen. Die zum Modul gehörenden Lehrveranstaltungen werden in der Regel jedes Semester angeboten. Jeweils zu Semesterbeginn werden im Internet und am Schwarzen Brett die aktuellen Angebote bekannt gegeben.
Dieser Kurs bietet den Studierenden einen umfassenden Einblick in die Konzeption, Planung und Implementierung von Unternehmensnetzwerken. Grundlegende Fähigkeiten wie die Konfiguration von VLANs oder Routing auf Layer-3-fähigen Switches werden ebenso vermittelt wie die Herausforderungen eines 24/7-Betriebs. Ein weiterer Schwerpunkt ist der praktische Einsatz von Firewalls und das Clustern von Server-Systemen. Die praxisorientierte Ausbildung stärkt nicht nur das Verständnis für Netzwerkkonzepte, sondern vermittelt auch wesentliche Fähigkeiten für die Herausforderungen im Netzwerk- und Systembetrieb.
Aufgrund der praktischen Übungen wird der Kurs als Blockveranstaltung durchgeführt.
Vorlesungsunterlagen KN1+2
Es wird KN1 vorausgesetzt, KN2 empfohlen.
Seminaristische Vorlesung mit Übungsaufgaben
In dieser Veranstaltung erhalten Sie einen Einblick in die vielseitige Welt des Game Designs. Dabei werden Sie sich mit grundlegenden Fragen auseinandersetzen, wie zum Beispiel der Definition eines Spiels, den konstituierenden Elementen eines Spiels und was Spaß eigentlich ausmacht. Ziel der Veranstaltung ist es, Ihnen grundlegende Werkzeuge an die Hand zu geben, die Ihnen dabei helfen Spiele zu analysieren und zu entwerfen.
- Jesse Schell, "The Art of Game Design: A book of lenses", CRC Press. 1st edition, 2008.
- Ernest Adams, Joris Dormans, "Game Mechanics: Advanced Game Design", New Riders Publishing, 1st edition, 2012.
- Raph Koster, "Theory of Fun for Game Design", O'Reilly Media, 2nd edition, 2013.
Die Vorlesung führt praxisnah in das Gebiet der Software-Qualitätssicherung ein. Jedes Semester wird ein spezielles Kapitel aus dem Bereich der Software-Qualitätssicherung gewählt und von den Studierenden in einer Reihe von Kurzpräsentationen vorgestellt und diskutiert.
Hoffmann, "Software-Qualität", Springer-Verlag, 2013
Vorlesung, Kurzpräsentationen
Die Studierenden werden zunächst mit den Grundbegriffen des Projektmanagements vertraut gemacht. Hier stehen die Begriffe "Projekt", "Projektmanagement" und das so genannte magische Projektmanagement-Dreieck im Vordergrund. Nach der Vorstellung Vorgehensmodelle wird ein Phasenmodell für die Abwicklung eines Projektes entwickelt, welches mit der Projektdefinition beginnt und über die Schritte Projektplanung und Projektrealisierung schließlich im Projektabschluss mündet.
Für jede Phase werden entsprechende Werkzeuge vorgestellt, welche die Studierenden im Rahmen von Übungen und einer abschließenden Gruppenarbeit anwenden müssen.
- Skript
- E-Learning Modul (für die Vorbereitung der Blockveranstaltung)
- Übungsaufgaben
- Szenarien für Gruppenarbeit
Blockveranstaltung mit Übungen: Vorlesung 50%, Übungen 10%, Gruppenarbeit 40%
Die Studierenden
- verstehen die rechtlichen und ethischen Probleme im Zusammenhang mit Ethical Hacking.
- lernen, wie man sich ein eigenes Pentest-Labor mit Kali Linux und VirtualBox aufsetzt.
- können Sicherheitslücken in Webanwendungen und Servern identifizieren und ausnutzen.
- sind in der Lage einfache Skripte zum Identifizieren und Ausnutzen von Schwachstellen zu entwickeln.
- lernen, wie man mit KI Cyberangriffe durchführen kann.
- lernen, wie man die gefundenen Sicherheitslücken zu einem Pentest-Bericht zusammenfasst.
Inhalt:
- Rechtliche und ethische Grundlagen des Ethical Hackings
- Cyber Kill Chain
- Pentesting-Werkzeuge, u. a. Hashcat, Hydra, Gobuster und Nmap
- Reverse-Shells
- Sicheres Speichern und Knacken von Passwörtern
- XSS, SQL-Injections, Buffer-Overflows
- OWASP Top 10
- Social Engineering
- Metasploit
- Die Rolle von KI in der Cybersicherheit
- Pentest-Reports
Florian Dalwigk, "Ethical Hacking - Das große Buch zum Hacking mit Python" (wird als Skript gestellt)
Voraussetzungen: Grundkenntnisse in der Programmierung (vorzugsweise Python), Grundkenntnisse in der Netzwerktechnik
Diese Veranstaltung ist ein Platzhalter für eine externe, benotete Veranstaltung einer anderen Fakultät oder Hochschule. Sie müssen sich das externe Fach vor dessen Besuch genehmigen lassen.
In dieser Veranstaltung erlernen Studierende die Kommunikation mit einem nicht-fachlichen Publikum, indem Sie mit Schülerinnen und Schülern Experimente durchführen bzw. diese demonstrieren. Die Experimente müssen für Schülerinnen und Schüler geeignet sein, weswegen zur Durchführung in der Regel keine besonderen Fachkenntnisse aus dem Studium benötigt werden. So können die Teilnehmenden sich in dieser Veranstaltung vollständig auf die Vermittlung konzentrieren und müssen sich nicht zusätzlich in neue Fachinhalte einarbeiten. Zusätzlich lernen die Studierenden durch den Kontakt mit den Schülerinnen und Schülern die Bedeutung ihres Studienfachs und der Tätigkeit in ihrem späteren Beruf im gesellschaftlichen Kontext zu reflektieren, indem Sie
- ihre eigene Motivation für ein technisches Studium beschreiben und mit den Motivationen Anderer vergleichen, sowie
- mögliche praktische Tätigkeiten im Berufsfeld skizzieren.
Dies ist nicht nur für das Ziel der Tätigkeit mit den Schülerinnen und Schülern (Begeisterung für Technik wecken) unerlässlich, sondern ermöglicht den Studierenden auch eine stärkere Identifikation mit ihrem eigenen Studienfach.
Die Studierenden können komplexe fachliche Inhalte (hier: Experimente) einem nicht-fachlichen Publikum (hier: Schülerinnen und Schüler) adressatengerecht vermitteln, indem Sie
- den Wissensstand, die Interessen und Bedarfe der Zielgruppe erfassen,
- die relevanten fachlichen Zusammenhänge auswählen und in einer angemessenen Sprache darstellen,
- ihren eigenen Bezug zu Thema und Fach anderen möglichen Bezügen gegenüberstellen,
- eine Präsentation unter Berücksichtigung der oben genannten Aspekte konzipieren, insbesondere zeitlich planen und geeignete Methoden zur Präsentation auswählen,
- die Präsentation vor Publikum ansprechend durchführen
- dabei interaktive Elemente anleiten,
- das Verhalten des Publikums analysieren und darauf basierend die Präsentation ggf. zu modifizieren,
um im späteren Beruf die eigenen Kenntnisse Vorgesetzten und Fachfremden überzeugend kommunizieren zu können.
Inhalte
Im ersten Teil des Semesters leitet das Seminar die Teilnehmenden an, eigene Versuche auszuarbeiten. Themen hierbei sind: - Ziele von Kommunikation (hier: Schüler für Technik begeistern) - Erfassung des Wissensstands der Zielgruppe - (Didaktische) Reduktion des Inhalts/Stoffs - Präsentationsmethoden (z.B. Touch-Turn-Talk) - Methoden zur Arbeit mit Gruppen (z.B. Murmelgruppen) - Zeitplanung (z.B. Erstellen eines Planungsrasters) - Umgang mit unerwarteten/schwierigen Situationen Die selbst ausgearbeiteten Versuche sowie die Erfahrungen aus der Arbeit mit den Schülerinnen und Schülern werden in der Veranstaltung reflektiert und zur weiteren Arbeit an den oben genannten Themen genutzt.
Prüfungsleistungen
Im ersten Drittel des Semesters bereiten die Studierenden, begleitet durch ein Seminar, die Präsentation eines ca. 10-minütigen Experiments vor. Dieses Experiment präsentieren sie anschließend vor den anderen Studierenden, die die Rolle von Schülern einnehmen. Diese Präsentation prüft als mündliche Prüfung vor allem Teilkompetenzen 2. und 4. bis 6. Anschließend erstellen die Studierenden in Kleingruppen, begleitet durch das Seminar, den Ablaufplan für eine Lehreinheit. Diese kann zum Großteil aus den Experimenten der beteiligten Studierenden bestehen. Diese Lehreinheit führen die Studierenden mehrfach mit Schülerinnen und Schülern durch. Die Durchführung dieser Lehreinheit dient der weiteren Übung bzw. Vertiefung und wird nicht bewertet. Bis zum Ende des Semesters erstellen die Studierenden eine Versuchsbeschreibung, z.B. für das von ihnen in der mündlichen Prüfung präsentierte Experiment. Unter Einbeziehung ihrer Erfahrungen aus der Praxis mit den Schülerinnen und Schülern reflektieren sie hierbei ihre ursprüngliche Präsentation. Diese Versuchsbeschreibung und Reflexion dient als schriftliche Prüfung Teilkompetenzen 1. bis 4. und 7.
- Didaktische Reduktion, Martin Lehner, UTB, 2012
- Die wissenschaftliche Präsentation, Henning Lobin, UTB, 2012
- Didaktisch und Praktisch: Ideen und Methoden für die Hochschullehre, Claudia Walter und Franz Waldherr, Schäffer-Poeschel, 2014
- Theo Gray's Mad Science: Experiments You Can Do at Home - But Probably Shouldn't, Theodore Gray, Black Dog & Leventhal, 2011
Die Kommunikation mit Fachfremden wird in dieser Veranstaltung mit Schülerinnen und Schülern geübt, daher müssen die Teilnehmenden bereit sein mit Schülerinnen und Schülern zu Arbeiten.
Diese Veranstaltung ist ein Platzhalter für eine externe, unbenotete Veranstaltung einer anderen Fakultät oder Hochschule. Sie müssen sich das externe Fach vor dessen Besuch genehmigen lassen.
Alle Dozenten
Im Rahmen dieser Lehrveranstaltung sammeln die Studierenden eigenständige Erfahrung im Bereich Lehre und/oder Organisation. Das Ziel ist eine Förderung der Toleranz sowie der Verantwortungskompetenz und -bereitschaft. Auch Autonomie und Selbstkompetenz werden verbessert. Die Aufgaben werden von verschiedenen Dozenten ausgeschrieben und können einerseits tutorielle oder auch organisatorische Tätigkeiten umfassen. Ein Tutor erlernt in Absprache mit einem Dozenten, wie für eine Lehrveranstaltung Übungsaufgaben vorbereitet und Teilnehmer betreut werden, wie neue Übungsaufgaben erstellt, Hausaufgaben und Tests vorkorrigiert werden. Als organisatorische Aufgaben kommen verschiedene Events in Frage. Beispielsweise die Organisation einer mehrtägigen Exkursion oder die Organisation einer Firmenkontaktmesse/eines Praxisforums. Der Dozent vergibt eine Note, in die Anzahl, Erfolgsquote und Qualität der durchgeführten Tutorien eingeht oder er beurteilt die Organisationsqualität.
- Dieses wird von dem jeweiligen Dozenten gemäß der Aufgabenstellung bereitgestellt.
Mögliche Aufgaben:
- Vorbereitung des Tutoriums
- Coaching der Übungsgruppe
- Organisation und Mailing des Events; Mitarbeit bei der Durchführung des Events
Diese Vorlesung vermittelt die Grundlagen des "Reinforcement Learning", welches einen wichtigen Teilbereich des Maschinellen Lernens darstellt. Das Ziel beim Reinforcement Learning besteht darin in verschiedenen Situationen jeweils die optimale Aktion zu wählen, so dass das Verhalten eines Agenten optimal gesteuert werden kann. Bekannte Beispiele des Reinforcement Learning sind zum Beispiel:
- Das Lernen von Atari-Spielen;
- Alpha-Go - der Algorithmus, der als erstes den Weltmeister beim Go spielen geschlagen hat;
- Das Lösen eines Zauberwürfels mit Hilfe eines Roboterarms.
Im Rahmen der Vorlesung wird zuerst die Grundidee des Reinforcement Learning vermittelt und das unterliegende formale Framework eingeführt. Beginnend mit einfachen Ansätzen werden zunehmend fortgeschrittenere Methoden beleuchtet, bis hin zum Training eines Agenten welcher automatisch lernt Atari-Spiele zu spielen.
Ziel ist es, die Studierenden in die Lage zu versetzten eigene RL-Algorithmen für Problemstellungen in der beruflichen Praxis zu formulieren.
Die Vorlesung enthält einen Praxisanteil, bei dem mit Hilfe von Python und PyTorch die vorgestellten Ansätze nachimplementiert werden.
Vorkenntnisse in Python sind daher zwingend notwendig.
- Sutton and Barto, "Reinforcement Learning: An Introduction", The MIT Press, 2nd edition, 2018.
Diese Veranstaltung findet als Blockvorlesung statt und ist auf max. 20 Teilnehmer beschränkt.
Details zur Anmeldung finden sich im entsprechenden Ilias-Eintrag unter
"Lehrinhalte Dozenten Informatik" -> "Lehrinhalte von Prof. Dr. Patrick Baier" -> " Vorlesung Reinforcement Learning"
Dieser Veranstaltung ermöglicht es Studierenden, für an der Hochschule Karlsruhe oder während des Studiums geleistete soziale Arbeiten ECTS-Punkte zu erlangen. Die Tätigkeit muss eng mit einer Professorin oder einem Professor der Fakultät abgestimmt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Unterstützung der O-Phase oder auch die Betreuung sehbehinderter Studierender handeln. Im Fall der O-Phase werden Sie in der Regel an zwei Semestern mitarbeiten müssen, um die erforderliche Mindeststundenzahl zu erreichen.
Bei Interesse können Sie zusätzlich das "Certificate of International and Intercultural Competence (CIIC)" erhalten. Es bescheinigt die während des Studiums erworbenen interkulturellen Kompetenzen und Fremdsprachenkenntnisse, weist studienbezogene Auslandserfahrungen nach und führt auf, in welchem Rahmen sich die Teilnehmenden interkulturell engagiert haben. Um das CIIC zu erwerben, müssen Sie drei von vier Themenbereichen abdecken. Hauptbestandteil im Themenbereich 1 bildet das ehrenamtliche Engagement im Umfang von mindestens 50 Zeitstunden (etwa 2h/Woche in einem Semester), das in Einrichtungen oder Projekten mit einem internationalen und/oder interkulturellen Bezug absolviert werden kann. Zusätzlich zum Engagement besuchen Sie eine Einführungsveranstaltung sowie einen Reflexionsworkshop und erstellen einen Erfahrungsbericht, der zum Bestehen des Themenbereiches notwendig ist. Bei Fragen zum Zertifikat wenden Sie sich bitte an das Center of Competence: https://www.h-ka.de/ciic
Über das Center of Competence besteht auch die Möglichkeit, das "Zertifikat für Gesellschaftliches Engagement (ZGE)" zu erhalten. Es berücksichtigt eine noch größere Auswahl an Möglichkeiten, sich zu engagieren. Finden Sie Ihren passenden Bereich, egal ob es sich dabei um gesellschaftliches, soziales, kulturelles oder ökologisches Engagement handelt. Ihr gesellschaftliches Engagement sollte mindestens 100 Zeitstunden umfassen und mindestens ein Jahr lang andauern. Zusätzlich zum Engagement besuchen Sie verschiedene Seminare aus dem Studium Generale (insgesamt 8 ECTS), um Ihre praktischen Erfahrungen mit theoretischen Kenntnissen zu verknüpfen. Als Wahlpflichtfach kann dieses Zertifikat nicht anerkannt werden. Nähere Informationen finden Sie hier: https://www.h-ka.de/zge
In regelmäßigen Abständen bietet das Center of Competence Einführungsveranstaltungen und Reflexionsworkshops für HKA-Studierende an, die sich außerhalb des Studiums engagieren. So erhalten sie die Möglichkeit, sich mit anderen Teilnehmenden über ihre Erfahrungen als Ehrenamtliche auszutauschen und lernen, ihre gewonnenen Erkenntnisse zu reflektieren und einzuordnen. Die nächsten Termine entnehmen Sie der CIIC-Webseite.
Zunächst lernen die Studierenden den grundlegenden Ablauf des Echtzeitrenderings am Beispiel der Rendering-Pipeline. Anschließend werden einige Beispielprogramme Stück für Stück erarbeitet. Die Vorlesung und Programmbeispiele sind dabei stark an die Rendering-API OpenGL gekoppelt. Der Umgang mit Shadern steht hier im Vordergrund. Vorkenntnisse mit OpenGL sind nicht notwendig, jedoch sollten die Studierenden die Vorlesung Computergrafik bereits besucht haben.
Vorlesungsbegleitend wird eine eigene praktische Arbeit angefertigt, in der die Studierenden das Gelernte umsetzen dürfen.
- Joey de Vries, "Learn OpenGL - Graphics Programming" (ISBN: 9090332561)
- David Wolff, "OpenGL 4 Shading Language Cookbook", 3rd Edition (ISBN: 1789342252)
In der Vorlesung werden Performancemodelle, Designkriterien und Designfehler leistungsfähiger Software für Hochleistungsrechner, parallele Datenstrukturen, parallele Algorithmen sowie deren Limitierungen/Flaschenhälse vermittelt. Neben den Fähigkeiten, technische Merkmale zu verstehen und diese einzuschätzen, werden die etablierten Methoden zur shared-, distributed Memory und Grafikkarten-Programmierung vermittelt. Im Praxisteil werden:
- MPI (Message Passing Interface, distributed memory)
- OpenMP (shared memory)
- OpenCL (Rechnene auf Grafikprozessoren, GPUs)
- Posix Threads (shared memory)
An den folgenden wissenschaftsnahen Aufgabenstellungen vermittelt:
- Monte Carlo Verfahren zur Approximation von Pi
- N-Körper Problem (Partikelsystem)
- 2D Wärmeleitungsgleichung
- Berechnen der Mandelbrotmenge (Fraktale)
Ergänzt werden die Inhalte durch einen Gastvortrag über Hadoop und dem für die Industrie bedeutsamen Map-Reduce Algorithmus.
Für den Praxisteil ist es wesentlich, dass die Studierenden Ihre Aufgaben auf einem modernen Hochleistungsrechner berabeiten und ausführen.
- Sämtliche Quelltexte für den Praxisteil, die implementierten Lösungen, Vorlesungsfolien, Übungsaufgaben und sonstige Unterlagen werden den Studierenden online zur Verfügung gestellt.
- Über das ILIAS System werden die Studierenden auch auf besondere Ereignisse in der Supercomputer-Szene informiert, wodurch weiteres Interesse geweckt werden soll.
- Für das Selbststudium oder zur Vertiefung werden stets aktuelle Literaturhinweise und Webseiten angeboten.
Die Veranstaltung teilt sich in einen Vorlesungs- und einen Praxisteil. Durch gezielte Fragen und Übungsaufgaben in der Vorlesung wird versucht, eine möglichst interaktive Vorlesung und eine offene Atmosphäre zu schaffen. Im Praxisteil implementieren die Studierenden in maximal 2er Teams Laboraufgaben auf einem Hochleistungscluster, wodurch Sie sich gegenseitig bei der Lösung der Aufgabenstellung unterstützen können und das Konzept "Parallelität" erfassen sollen. Hilfestellung wird bei technischen Schwierigkeiten oder ungünstigen Lösungswegen durch kompetente Betreuung geboten.
Prof. Dr. rer. pol. Mathias Philipp
Einführung in die Programmiersprache ABAP mit praktischen Übungen im SAP NetWeaver Application Server ABAP. Die Studierenden sollen Sprachelemente, Workbench, Datenbank, Selektionsbilder, Funktionsbausteine und ABAP OO kennenlernen und eigenständig auf neue Fragestellungen anwenden können.
- Vorlesungsmaterial vollständig in PowerPoint-Folien
- Tafelaufschrieb bei interaktiver Erarbeitung von Kernproblemstellungen
- Übungsblätter und selbständige praktische Übungen am SAP System
Seminaristischer Unterricht mit hohem Laboranteil
Mitarbeit am Projekt "High Speed Karlsruhe" in der Fakultät MMT. Bei Interesse melden Sie sich bitte bei Herrn Stumpf: oliver.stumpf@h-ka.de
Die Studierenden
- verstehen, wie Quantencomputer funktionieren, welche Probleme sie lösen können als klassische Computer und welche nicht.
- lernen wichtige mathematische Grundlagen kennen, um Quantengatter, Quantenregister und Quantenalgorithmen zu beschreiben.
- können einfache Quantenalgorithmen unter Zuhilfenahme des Python-Moduls Qiskit von IBM programmieren.
- lernen klassische Verschlüsselungs- und Schlüsselaustauschverfahren kennen.
- können erklären, wie man mit dem Algorithmus von Shor RSA-Verschlüsselungen knacken kann.
- verstehen, wie das B84-Protokoll funktioniert und wie man es implementieren kann.
Inhalte:
- Komplexe Zahlen, Matrizen, Hilberträume, Tensorprodukte
- Qubits, Quantengatter und Quantenregister
- Quantenverschränkung, Superposition
- No Cloning Theorem, Quantenteleportation
- Quantenzufallszahlengenerator
- Grundlagen der Zahlentheorie, Primfaktorzerlegung
- One-Time-Pad
- RSA-Verfahren, Diffie-Hellmann-Schlüsselaustausch
- Shor-Algorithmus
- Quantenschlüsselaustausch (BB84-Protokoll)
- Einführung in IBM Qiskit
- Just, B. (2020). Quantencomputing kompakt: Spukhafte Fernwirkung und Teleportation endlich verständlich. Springer Vieweg.https://doi.org/10.1007/978-3-662-61889-9
- Homeister, M. (2022). Quantum Computing verstehen: Grundlagen – Anwendungen – Perspektiven (6. Aufl.). Springer Vieweg.https://doi.org/10.1007/978-3-658-36434-2
Grundkenntnisse in Linearer Algebra und Kryptographie sind hilfreich.
In der Vorlesung werden die Grundlagen digitaler/smarter Technologien vermittelt. Hierzu zählen Hardware, Software und Grundlagen verteilter Systeme und dezentraler Anwendungen. Im
Rahmen einer praktischen Arbeit entwickeln die Teilnehmenden ein smartes Produkt durch alle Ebenen der Referenzarchitektur, d.h. Hardware, Software und Anwendungslogik inkl. Business Case-Rechnung.
- Grundlegendes Verständnis smarter Technologien sowie des Referenzmodells von Internet-of-Things-Architekturen
- Verständnis der Komplexität des Zusammenspiels einzelner Komponenten
- Verständnis der Herausforderungen in verteilten, dezentralen Systemen
- Ökonomische Machbarkeitsabschätzung
- Analytische Fähigkeiten bezogen auf den Anwendungsfall
- Konzeptionsfähigkeit
- Detailtreue
- Arbeiten in interdisziplinären Gruppen
- Hybrides Arbeiten
- Team- und Kommunikationsfähigkeit
Laptop bzw. Computer (keine zwingenden Betriebssystemvoraussetzungen erforderlich). Die alleinige Nutzung von Tablets ist im Rahmen der Vorlesung nicht zielführend.
Studierende ab dem 5. Semester Bachelor oder Masterstudierende aus Ingenieurstudiengängen, Informatik, Wirtschaftsinformatik oder Betriebswirtschaft
Remote-Veranstaltung inkl. Remote-Lab der Hochschule Mannheim
Anmeldung per E-Mail an: Kevin Kastner, M.Sc.
k.kastner@hs-mannheim.de
Fakultät/Einrichtung: Kompetenzzentrum Virtual Engineering
Die Studierenden lernen die Bedeutung des Methoden-gestützten Vorgehens in der Informatik und die Grundprinzipien des informatischen Forschens kennen. Dazu suchen sie gezielt nach passender wissenschaftlicher Literatur und verstehen, wie diese zu lesen ist und wie sie für die eigene Arbeit eingesetzt werden kann (recherchieren, bewerten, zitieren). Sie sind anschließend in der Lage, eine eigene wissenschaftliche Ausarbeitung (Themenformulierung, Problemstellung, Zielsetzung, Strukturierung und Gliederung, Qualitätssicherung) sicher zu verfassen.
Studierende bearbeiten eine praxisbezogene Problemstellung selbständig unter Anwendung wissenschaftlicher und praktischer Methoden. Sie erlernen dadurch das Vorgehen beim Erstellen einer Bachelor-Thesis.
Unterlagen zum Ablauf, der Gliederung einer Ausarbeitung und zum Zitieren:
- Peter Rechenberg, Gustav Pomberger, "Informatik-Handbuch", Hanser Fachbuch, 2006, ISBN 3446218424
- Jürg Niederhauser, "Die schriftliche Arbeit - kurz gefasst", Bibliographisches Institut, Mannheim, 2006, ISBN 3411042346
Selbstständiges Erarbeiten der Methodik, des Themas, der Problemstellung, Gliederung der Ausarbeitung, Literaturverzeichnis; Besprechung bzw. Präsentation mit bzw. beim Betreuer.
Die Veranstaltung findet parallel zur Abschlussarbeit statt.
Die Studierenden sind in der Lage, in einem vorgegebenen Zeitraum eine praxisnahe Problemstellung oder eine Forschungsaufgabe selbständig mit wissenschaftlichen Methoden und Erkenntnissen des Fachs zu bearbeiten. Sie strukturieren dazu die Aufgabenstellung, prüfen die Abhängigkeiten, stellen die erforderlichen Ressourcen zusammen und bearbeiten die Aufgabe anhand eines Zeitplans. Die Ergebnisse der Arbeit können dann einem Fachpublikum präsentiert und für weiterführende Arbeiten verwendet werden.
In der Abschlussarbeit bearbeiten die Studierenden in einem vorgegebenen Zeitraum eine praxisnahe Problemstellung oder eine Forschungsaufgabe selbstständig mit wissenschaftlichen Methoden und Erkenntnissen des Fachs. Sie strukturieren dazu die Aufgabenstellung, stellen die erforderlichen Ressourcen zusammen und bearbeiten das Problem an Hand eines Zeitplans. Danach sind sie in der Lage, die Ergebnisse ihrer Arbeit zu präsentieren.
- Literatur je nach Aufgabenstellung
Die Studierenden stellen die innerhalb einer fachlichen, anwendungsbezogenen Arbeit erzielten Erkenntnisse und Ergebnisse einer fachkundigen Zuhörerschaft überzeugend dar. Sie bewerten dazu den Inhalt einer solchen Arbeit, suchen sich gezielt die wesentlichen Aspekte heraus und präsentieren diese didaktisch sinnvoll. Das Fachpublikum kann so die wichtigsten Mehrwerte der Arbeit mitnehmen und für eigene Arbeiten weiterverwenden.
A student research project is the independent processing of a topic in the field of software or hardware. The aim is to carry out a practical task; however, work in the areas of evaluation or literature research is also possible.
The students analyse the task and research which tools can be used to best implement the task. They then apply these accordingly. Comprehensive documentation must be prepared for the research project, covering all steps of the task and completion (e.g. the exact problem definition, the concept, the implementation, operating instructions and more). The scope and exact nature of this documentation is determined according to the requirements of the work. The research project is thus a preparation for the later final thesis, which the students will write according to very similar guidelines.
All work will be individual work and will include basic literature research, system analysis, coding, documentation, and oral presentation.