1 DATEN - INFORMATION - WISSEN. Marcel Götze

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Rolf Diefenbach
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1 GRUNDKURS INFORMATIK 1 DATEN - INFORMATION - WISSEN Marcel Götze

2 Überblick 1. Daten, Information, Wissen 2. Fortsetzung Informationsdarstellung 1. Zahlensysteme 1. Binärsystem, Hexadezimalsystem 2. Bilder 3. Audio 3. Wissen

3 Dezimalsystem 3 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 =

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

5 Konvertierung zw. Zahlensystemen 5 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

6 Natürliche Zahlen binär 6 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

7 Einheitenvorsätze für Speichergrößen 7 1 Byte: kleinste adressierbare Einheit 1 KByte: 1000 Byte 1 MByte: Byte 1 GByte: Byte 1 TByte: Byte

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

9 Hexadezimalsystem 10 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

10 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

11 Farbangabe Hexadezimal Rot Grün Blau Hexadezimal Dezimal

12 Darstellung: Einzelzeichen und Texte 15 Zeichen müssen in Bitfolgen kodiert werden benötigt wird: 26 Kleinbuchstaben 26 Großbuchstaben 10 Ziffern Sonderzeichen wie &, $, %,?,!,... insgesamt ca. 100 Zeichen 7 bit

13 ASCII-Code Code 16 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 )

14 17 Quelle: Wikipedia

15 ISO

16 UNICODE 19 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

17 20

18 Beispiel-Anwendung Unicode: OpenOffice 21

19 Darstellung: Bilder 23 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

20 24 Rasterung mit verschiedenen Auflösungen Bild wird in Pixel zerlegt jedes Pixel beschreibt jedes Pixel beschreibt eine Helligkeit an einer Stelle des Bildes

21 25 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

22 Was ist ein Pixel? 26 pictureelement -unteilbare ilb Einheit eines Rasterbildes Gitterförmig angeordnet in Zeilen und Spalten Alle Pixel sind gleich große quadratische Bereiche. Pixel bedecken ein Bild vollständig (keine Lücken) und überlappen nicht.

23 Pixel und Farbe 27 Farbtiefe (Anzahl der Farben) wird durch Graphikspeicher bestimmt erster Ansatz: jedes Pixel wird durch ein Bit repräsentiert Pixel ist entweder da oder nicht zweifarbige Darstellung z.b. schwarz/weiß Raster

24 Pixel und Farbe zweiter Ansatz: Erhöhung des Speichers pro Pixel jedes Pixel wird durch 1 Byte repräsentiert 2 8 =256 mögliche Farbwerte 28

25 Pixel und Farbe 29 ditt dritter Ansatz: True Color Trennung in Rot, Grün, Blau Farbkanal Verwendung von 1 Byte pro Farbe 256 mögliche Farbabstufungen 256x256x256= Farbwerte modere Scanner arbeiten mit 48Bit Farbtiefe = 2 Byte pro Farbkanal 2 16 =65536 Abstufungen je Kanal x x = Farben

26 Pixelgraphiken: Vor- und Nachteile 30 Vorteile: Einfache Speicherung (einfache Anordnung der Elemente) Viele Verarbeitungsmöglichkeiten (Bildverarbeitung) Nachteile: Diskretisierung einer geometrischen Beschreibung erforderlich Probleme beim Vergrößern, Rotieren, allgemein Transformieren (Aliasing) Hoher Speicherplatzbedarf

27 31 Speicherung von Rasterbildern 31 Problem Speicherbedarf: geg.: heute übliche Bildschirmgröße 1680x1050 Pixel pro Pixel 3 Byte für Farbinformation 1680x1050x3 Byte = Byte geg. Digitalkamera: i 12.8 MegaPixel: Canon 5D x3 Byte= 38,4 MByte Vergleich: CD max. 800MB 20 Bilder geg. Scanner mit 4800x9600 Punkten pro Zoll (dpi), 2Byte pro Farbkanal: 4800x9600x6= Byte pro Quadratzoll (2.54cm x 2.54cm) Dateiformate: JPEG, JPEG2000, GIF, PNG

28 32 Vektorgraphiken 32 aus graphischen h Primitiven i i zusammengesetzt Beispiel: Linie, Rechteck, Kreis, Punkt, Ellipse, Kurve lassen sich beliebig ohne Qualitätsverlust transformieren Eigenschaften von graphischen Primitiven bleiben bei Transformation erhalten Erfordern meist weniger Speicherplatz Parameter: je nach graphischem Primitiv: Position: i x, y Größe: Breite, Höhe, Radius, Start- & Endposition Farbe: RBG, Farbangabe im Klartext Ausgabegeräte rasterorientiert erfordert Rasterisierung von Vektorgraphiken

29 33 Vektorgraphik Beispiel 33 mögliche Beschreibung rect(0, 0, 400, 600); circle(100, 100, 50); rect(100, 100, 100, 200); line(20, 20, 200, 60); nicht berücksichtigt: Füllfarbe und Linienfarbe, Linienbreite

30 34 Schriftzeichen 34 Windows: True Type Fonts Schriftzeichen sind Vektorgraphiken Outline Schriften: Form wird durch Kurven beschrieben Werden je nach Schriftgröße verlustfrei skaliert Text nicht als Bitmap (Rasterbild) erzeugen Text aus Scannerbild ist nicht veränderbar

31 35 Vergleich Vektor/Raster Skalierung 35 Raster Vektor

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 37 Qualität und Dateigröße: CD: 44.1KHz x 16 Bit x 2Kanäle alter PC: 22KHz x 8 Bit x 1Kanal ISDN: 8KHz x 8 Bit x 1Kanal Rd Reduzierung notwendig: Kompression MP3: 1:10 bis 1:20 MIDI = 176KByte/s = 22KByte/s = 8KByte/s 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 Daten: eine geregelte Folge von Zeichen (Wiater, 2007) Bspw.: 34qm, 34% Abiturientinnen, 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

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

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