VI Information und ihre. Texte

Transkript

1 Einführung in die Informationstechnik VI Information und ihre Darstellung: Zahlen, Zeichen, Texte

2 2 Heute 1. Information und Daten 2. Informationsdarstellung 1. Zhl Zahlen 1. Binärsystem 2. Dezimalsystem 3. Hexadezimalsystem 4. Anwendung 2. Zeichen, Texte 1. ASCII 2. Unicode 3. Anwendung

3 3 Informationen und Dt Daten Informationstechnologie hat zentral zu tun mit systematischer Verarbeitung von Informationen UmInformationenverarbeiten zu können, müssen sie geeignet repräsentiert werden: Daten. Daten sind also eine Repräsentation von Informationen. Semantische Komponente, trägt bestimmte Bedeutung Syntaktische Komponente, per se bedeutungslos Repräsentation Informationen Daten Abstraktion Verarbeitung

4 4 Informationen und Dt Daten Information: Gehalt einer Nachricht, die aus Zeichen eines Kodes zusammengesetzt ist. Duden Fremdwörterbuch Information: Information isteinunterschied Unterschied, dereinen einen Unterschied macht. Gregory Bateson Daten werden zu Informationen durch Interpretation durch den Menschen Daten können (entsprechend aufbereitet) maschinell verarbeitet bittwerden Datenverarbeitung beinhaltet: Umformen (Rechnen, Zählen, Übersetzen,...) Transportieren Speichern Ein /Ausgabe

5 5 Informationsdarstellung t Übersicht Logische Werte (wahr/falsch) Einzelzeichen (Buchstaben, Ziffern, Steuerzeichen,...) Texte (Folgen aus Einzelzeichen) Zahlen (natürliche, ganze, reelle Zahlen) Programme (Maschinenanweisungen) Bilder Töne...

6 6 Bits kleinste mögliche ölih Informationseinheit i i Wortschöpfung aus binary und digit zwei Zustände ja / nein wahr / falsch hll/ hell dunkel Männlein / Weiblein links / rechts technisch einfache Realisierung möglich geladen / ungeladen Strom fließt / Strom fließt nicht 5V Spannung / 0V Spannung magnetisiert / nicht magnetisiert ultimativ: 1 oder 0

7 7 Bt Bytes komplexe Informationen werden durch hfolgen von Bits dargestellt Die kleinste adressierbare Speichereinheit im Rechner ist das Byte (engl.: byte; Kunstwort, ausgesprochen: Bait) Folge von acht Bits können gemeinsam in einem Rechner verarbeitet werden

8 8 Kodierung Informationen müssen in Folgen von Nullen und Einsen (Bits) umgewandelt werden allgemeiner Begriff Kodierung: Übertragung von Symbolen in einer Darstellung in eine andere Darstellung Kodierung: hier Festlegung der Abbildungsvorschrift zwischen Informationen und Bitfolgen

9 9 Darstellung: Zhl Zahlen Zahlen werden nicht als Texte (aus den Zeichen ihrer Ziffern) dargestellt sondern: Kodierung der Zahlenwerte in Bitfolgen im folgenden: Zahlensysteme Zahlendarstellung im Binärsystem

10 10 Zhl Zahlensysteme Was macht ein Zahlensystem Zhl aus? Künstlich geschaffenes System eindeutige Abbildung Objekt/Symbol Element einer Menge Symbole in Beziehung setzten Rechnen Sollte möglichst allgemein verständlich sein Konkrete Zahlzeichen Gegenstände aller Art Kerben in Knochen oder Holz Geknotete Schnüre Gesten mit Fingern, Zehen und anderen Körperteilen spezielle Schriftzeichen

11 11

12 12 Positions i oder Stellenwertsysteme heute gebräuchlichste Art der Zahlensysteme kompakte Darstellung beliebig großer Zahlen mit wenigen Symbolen (Ziffern oder Zahlzeichen) Anzahl der Symbole: Basis des Zahlensystems Beispiele: Binärsystem: {0,1} Oktalsystem: {0,1,2,3,4,5,6,7} Dezimalsystem: { } {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} Hexadezimalsystem: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}

13 13 allgemeine Darstellung: Basis des Zahlensystems: B Ziffer: a i {0, 1, 2,, B 1} Zahl: <a 0, a 1, a 2,, a n > geschrieben: a n a n 1 a 2 a 1 a 0 Wert: a 0 *B 0 + a 1 *B a n *B n = a i *B i

14 14 Dezimalsystem heute meist verwendetes System Basis: 10 Ziffern: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} Beispiel: 4361 = 4* * * *10 0 = 4* * *10 + 1*1 =

15 15 Dual oder Binärsystem Basis für Computer Basis: 2 Ziffern: {0,1} Beispiel: = 1* * * * *2 0 = 1*16 + 0*8 + 0*4 + 1*2 + 1*1 = = 19

16 16 Hexadezimalsystem in der Informatik häufig verwendet bietet kompaktere Schreibweise als Dualsystem Basis: 16 Ziffern: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F} Beispiel: E4A7 = 14* * * *16 0 = 14* * *16 + 7*1 = = 58535

17 17 Konvertierung zw. Zhl Zahlensystemen Umwandlung von Dezimalzahlen in ein System zur Basis B Dezimalzahl solange durch Basis B dividieren, bis das Ergebnis Null ist. Reste in umgekehrter Folge gesuchte Darstellung. 157 : 2 = 78 Rest 1 78 : 2 = 39 Rest 0 39 : 2 = 19 Rest 1 19 : 2 = 9 Rest 1 9 : 2 = 4 Rest 1 4 : 2 = 2 Rest 0 2 : 2 = 1 Rest 0 1 : 2 = 0 Rest dezimal dual

18 18 Natürliche Zahlen binär Bitfolgen zur Darstellung größerer Zahlen 1 Bit: 0 und 1 2 Bit: 0 bis 3 3 Bit: 0 bis 7 4 Bit: 0 bis 15 8 Bit: 0 bis Bit: 0 bis Bit: 0 bis n Bit: 0 bis 2 n 1 Darstellung der natürlichen (positiven!) Zahlen

19 19 Einheitenvorsätze it für Speichergrößen 1 Byte: kleinste adressierbare Einheit 1 KByte: 1000 Byte 1 MByte: Byte 1 GByte: Byte 1 TByte: Byte

20 20 Vergleich gängiger Speichermedien Hauptspeicher (RAM): 2 4GByte SD Speicherkarten: Speicherkarten: 4 8GByte USB Stick: 1 16GByte, üblich: 4, 8GByte CD: MByte DVD: 47GByte 4,7 Festplatte: 1 2TByte Eine Seite Text: ca. 4 KByte

21 21 Einschub: Dt Datenkompression Daten enthalten oft Redundanz Zeichen kommen mehrfach vor Grundsätzliche Unterscheidung Verlustbehaftet Verlustfrei Oftmals notwendig: mehrere Dateien zu einem Archiv packen auch ohne Kompression bekannte Arten: ZIP, RAR, BZIP, GZIP, (ARJ), ACE

22 22 Päckchen packen: ZIP Kontainerformat für die Aufnahme verschiedener Dateiarten Komprimiert oder unkomprimiert Auch gesamte Dateibäume sind möglich Dateien können einzeln komprimiert werden Einzelnes Hinzufügen oder Löschen ist möglich

23 23 Kompressionsarten: Ideen Prinzip 1: Erstellen einer Liste mit Mustern, die im Text vorkommen Kodieren der Muster als Indizes der Liste Beispiel: Byte Komprimiert: 1, 1, 2, Byte

24 24 Kompressionsarten: Ideen Prinzip 2: sich wiederholende Zeichen(Bytes) werden nicht gespeichert Ein Zeichen + Anzahl Beispiel: Byte Komprimiert: Byte Bt

25 26 Hexadezimalsystem in der Informatik häufig verwendet bietet kompaktere Schreibweise als Dualsystem Basis: 16 Ziffern: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F} Beispiel: E4A7 = 14* * * *16 0 = 14* * *16 + 7*1 = = 58535

26 27 Umwandlung Dezimal Hexadezimal 8242 : 16 = 515 Rest dezimal 515 : 16 = 32 Rest 3 32 : 16 = 2 Rest 0 2 : 16 = 0 Rest hex Umwandlung Hexadezimal Dezimal 2* * * *16 0 = 8242

27 Farbangabe b Hexadezimal Rot Grün Blau Hexadezimal Dezimal

28 31 Darstellung: Einzelzeichen i und Texte Zeichen müssen in Bitfolgen kodiert werden benötigt wird: 26 Kleinbuchstaben 26 Großbuchstaben 10 Ziffern Sonderzeichen wie &, $, %,?,!,... insgesamt ca. 100 Zeichen 7 bit

29 32 ASCII CodeC American Standard Code for Information Interchange 1963 durch die American Standards Association festgelegt Standardisierter Einzelzeichencode mit 7 bit enthält auch spezielle Steuerzeichen bis heute der einzige Code, den alle Computer verstehen Erweiterungen auf 8 bit vorhanden, um z.b. regionale Sonderzeichen zu kodieren (Beispiel: ISO )

30 Quelle: Wikipedia 33

31 ISO

32 35 UNICODE internationaler Standard Ziel: für jedes sinntragende Zeichen bzw. Textelement aller bk bekannten Shifkl Schriftkulturen und Zeichensysteme ih einen digitalen Code festlegen biszu 32Bitpro Zeichen könnte über vier Milliarden verschiedene Zeichen unterscheiden Einschränkung auf etwa 1 Million erlaubte Code Werte

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34 37 Beispiel Anwendung i Unicode: OpenOfficeOffi

35 39 Zusammenfassung 5.6. Informationen vs. Daten Kodierung in Bitfolgen unterschiedliche Verfahren je nach zu kodierender Information rechnerinterne Darstellung als Bitfolge für den Menschen unverständlich Ziffernfolge? Text? Programm? Bild? Mein Lieblingslied? Fazit: Egal welche Information dargestellt wird, es sind nur Zahlen Alle Zahlen sind Folgen von Bits