2 DATEN-INFORMATION-WISSEN. Marcel Götze

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1 GRUNDKURS INFORMATIK 2 DATEN-INFORMATION-WISSEN Marcel Götze

2 Überblick 1. Informatik Grundlagen: Informationsdarstellung, Information und Daten, Algorithmen, Problemlösung. 2. Web 2.0, Semantic Web 3. Wissensmanagement 1. Methoden des Wissensmanagements 2. Software 4. Wissensrepräsentation 1. XML, HTML, Ontologien, Topic Maps, Knowledge Maps 5. Datenbanken 6. Content- und Lernmanagement

3 Informationen und Daten 3 Informationstechnologie hat zentral zu tun mit systematischer Verarbeitung von Informationen Um Informationen verarbeiten 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 Informationen und Daten 4 Information: Gehalt einer Nachricht, ht die aus Zeichen eines Kodes zusammengesetzt ist. Duden Fremdwörterbuch Information: Information ist ein Unterschied, der einen Unterschied macht. Gregory Bateson Daten werden zu Informationen durch Interpretation durch den Menschen Daten können (entsprechend aufbereitet) maschinell verarbeitet werden Datenverarbeitung beinhaltet: Umformen (Rechnen, Zählen, Übersetzen,...) Transportieren Speichern Ein-/Ausgabe

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

6 Bits 6 kleinste mögliche Informationseinheit Wortschöpfung aus binary und digit zwei Zustände ja / nein wahr / falsch 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 Bytes 7 komplexe Informationen werden durch Folgen 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 Kodierung 8 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 Darstellung: Zahlen 9 Zahlen werden nicht als Texte (aus den Zeichen ihrer Ziffern) dargestellt sondern: Kodierung der Zahlenwerte in Bitfolgen im folgenden: Zahlensysteme Zahlendarstellung im Binärsystem

10 Zahlensysteme 10 Was macht ein Zahlensystem 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 Positions- oder Stellenwertsysteme 12 heute gebräuchlichste Art der Zahlensysteme kompakte Darstellung beliebig großer Zahlen mit wenigen Symbolen (Ziffern oder Zahlzeichen) Anzahl der Symbole: Basis des Zahlensystems Beispiele: Binärsystem: stem {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 > 0, 1, 2,, 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 Dezimalsystem 14 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 Dual- oder Binärsystem 15 Basis für Computer Basis: 2 Ziffern: {0,1} Beispiel: = 1* * * * * = 1*16 + 0*8 + 0*4 + 1*2 + 1*1 = = 19

16 Konvertierung zw. Zahlensystemen 16 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

17 Natürliche Zahlen binär 17 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

18 Hexadezimalsystem 21 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

19 Umwandlung Dezimal Hexadezimal : 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

20 Farbangabe Hexadezimal Rot Grün Blau Hexadezimal Dezimal

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

22 ASCII-Code Code 27 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 )

23 28 Quelle: Wikipedia

24 ISO

25 UNICODE 30 internationaler Standard Ziel: für jedes sinntragende Zeichen bzw. Textelement aller bekannten Schriftkulturen und Zeichensysteme einen digitalen i Code festlegen bis zu 32 Bit pro Zeichen könnte über vier Milliarden verschiedene Zeichen unterscheiden Einschränkung auf etwa 1 Million erlaubte Code-Werte

26 31

27 Beispiel-Anwendung Unicode: OpenOffice 32

28 Darstellung: Bilder 34 Bilder müssen vor einer Kodierung umgewandelt werden Rasterung und Quantisierung Rasterung: unterteilen des Bildes horizontal und vertikal in einzelne Bildpunkte (Pixel) Quantisierung: Runden der Helligkeits- oder Farbwerte und Abbildung auf eine endliche Menge diskreter Werte Bei Farbbildern zunächst Zerlegung in Farbkanäle (rot, grün, blau) und eigenständige Behandlung dieser Farbkanäle bei der Quantisierung Kodierung der durch Digitalisierung erhaltenen Zahlenwerte und Speicherung in geeigneten Datenformaten dabei oft Kompression

29 35 Rasterung mit verschiedenen Auflösungen Bild wird in Pixel zerlegt jedes Pixel beschreibt jedes Pixel beschreibt eine Helligkeit an einer Stelle des Bildes

30 36 Quantisierung: an Pixelmittelpunkten wird die Helligkeit gemessen und auf die erlaubten Werte gerundet je mehr Werte erlaubt sind, desto besser kann das Bild dargestellt werden

31 37 Anzahl Farben heutzutage üblicherweise: drei Farben (RGB) -> 3Byte pro Pixel: 256*256*256= mögliche Farben Dateigröße ohne Kompression: Beispiel: Canon 450D mit 12 Mill. Pixel Pixel * 3 Byte=36Mbyte pro Bild Dateiformate: JPEG, JPEG2000, GIF, PNG

32 Darstellung: Töne Töne sind analog Digitalisierung Messung zu bestimmten (diskreten) Zeitpunkten Sampling Qualität ist abhängig von Samplingrate (Messungen pro Sekunde) CD-Qualität: Hz Samplingtiefe (Genauigkeit der Messung): 8 bit: 256 Stufen, 16 bit = Stufen Quelle:

33 39 Qualität und Dateigröße: CD: 44.1KHz x 16 Bit x 2 alter PC: 22KHz x 8 Bit x 1 ISDN: 8KHz x 8 Bit x 1 = 176Kbyte/s = 22Kbyte/s = 8Kbyte/s Rd Reduzierung notwendig: Kompression MP3: 1:10 bis 1:20 MIDI enthalten nur Noten und Informationen über das Instrument Soundkarte spielt das Instrument

34 Darstellung: Töne - MP eigentlich MPEG-1 Audiolayer 3 verlustbehaftetes Kompressionsverfahren ab 1987 von Karlheinz Brandenburg (Frauenhofer Erlangen) entwickelt Ausnutzung psychoakustischer Effekte bei der Wahrnehmung bspw.: Mensch kann zwei Töne erst ab einer gewissen Mindestfrequenz voneinander unterscheiden laute Töne unterdrücken leise Töne nur Signalteile abspeichern, die das menschl. Gehör wahrnehmen kann

35 Von Information zu Wissen Information: Gehalt einer Nachricht, die aus Zeichen eines Kodes zusammengesetzt ist. Duden Fremdwörterbuch Information: Information ist ein Unterschied, der einen Unterschied macht. Gregory Bateson Informationen sind Daten, die in einen Bedeutungsund Problemkontext gestellt sind. (Wiater, 2007)

36 Wissen Damit aus Informationen Wissen entsteht, muss der Mensch sie in seinen Erfahrungskontext, seine Denk-, Gefühls-, Handlungs- und Wollensstruktur aufnehmen. Wissen ist das Ergebnis eines Verstehensprozesses, der sich durch die Einordnung von Informationen in einen Kontext auf Basis individueller Erfahrungen vollzieht. Wissen umfasst die Fähigkeit zum sozialen Handeln und die Möglichkeit, etwas in Gang zu setzen. (aus Wiater, 2007) Werner Wiater: Das Wissen und die Wissensgesellschaft, VS Verlag für Sozialwissenschaften, 2007

37

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

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