BIT I WiSe 2014 | Basisinformationstechnologie I - 01: Grundlagen I

1. Basisinformationstechnologie I
Universität zu Köln. Historisch-Kulturwissenschaftliche Informationsverarbeitung
Jan G. Wieners // jan.wieners@uni-koeln.de
Wintersemester 2014/15
15. Oktober 2014 – Grundlagen I: Codierung

2. Inhalte der heutigen Sitzung
 Grundbegriffe
 Symbole
 Daten
 Informationen
 Codierung
 Fachdisziplinen der Informatik
 Binärcode

3. Informatik
Informationsverarbeitung
Information?

5. Hal
lo

6. ?

7. 
?

8. An
ODER Aus

9. ???hallo
???
An
ODER
Aus

10. Codierung?
Definition (sehr grob) „Code“: System zur Übermittlung
von Information
 Wie lässt sich mit zwei Symbolen (an ODER aus) die
Nachricht hallo codieren?

11. Buchstabe EinfachCode
A .
B ..
C ...
D ....
E .... .
F .... ..
G .... ...
H .... ....
I .... .... .
J .... .... ..
K .... .... ...
L .... .... ....
/ /
Z .... .... .... .... .... .... ..
.... .... .
.... .... ....
.... .... ....
.... .... ....
...

12. Buchstabe MorseCode
A .-
B -...
C -.-.
D -..
E .
F ..-.
G --.
H ....
I ..
J .---
K -.-
L .-..
O ---
Z --..
.... .- .-..
.-.. ---

13. Buchstabe MorseCode
A .-
B -...
C -.-.
D -..
E .
F ..-.
G --.
H ....
I ..
J .---
K -.-
L .-..
O ---
Z --..
.... .- .-..
.-.. ---
....
..

14. Codeeffizienz: Worin unterscheiden sich die beiden
Codes? Und warum?
Buchstabe MorseCode
A .-
B -...
C -.-.
D -..
E .
F ..-.
G --.
H ....
I ..
J .---
K -.-
L .-..
O ---
Z --..
.... .- .-..
.-.. ---
....
Buchstabe EinfachCode ..
A .
B ..
C ...
D ....
E .... .
F .... ..
G .... ...
H .... ....
I .... .... .
J .... .... ..
K .... .... ...
L .... .... ....
/ /
Z .... .... .... .... .... .... ..
Buchstabe MorseCode
A .-
B -...
C -.-.
D -..
E .
F ..-.
G --.
H ....
I ..
J .---
K -.-
L .-..
O ---
Z --..

15. Buchstabe MorseCode
A .-
B -...
C -.-.
D -..
E .
F ..-.
G --.
H ....
I ..
J .---
K -.-
L .-..
O ---
Z --..
Symbole, Zeichen, Semiotik
.... .- .-..
.-.. ---
....
..
Semiotik  Wissenschaft von den Zeichen
Vgl. De Saussure, Peirce, Eco, etc.
Grundlegende Begriffe:
 Signifikat (Bezeichnetes)
 Signifikant (Bezeichnendes)
Symbolvorrat
 „EinfachCode“: Symbol .
 „MorseCode“: Symbol . und Symbol –
Formalisiert
 Alphabet = Endliche, nichtleere Menge von Zeichen (auch: Buchstaben
oder Symbole)
 V oder Σ (Sigma) als Abkürzung für Alphabete:
 Σ퐸푖푛푓푎푐ℎ퐶표푑푒 = .
 Σ푀표푟푠푒퐶표푑푒 = . , −

16. Beziehung Signifikat   Signifikant
Buchstabe MorseCode
A .-
B -...
C -.-.
D -..
E .
F ..-.
G --.
H ....
I ..
J .---
K -.-
L .-..
O ---
Z --..
.... .- .-..
.-.. ---
....
..
Nach Peirce, Charles S.(Favre-Bulle 2001):
 Index: Verweist auf einen Gegenstand
 Ikon: Häufig bildhafte Entsprechung des Signifikanten
mit dem bezeichneten Gegenstand
 Symbol: Beziehung eines Symbols zum Signifikat wird
durch Regeln festgelegt, die nicht notwendigerweise
anschaulich sind (rot = Liebe, etc.)

18. Wie (und wo) wird aus der Folge von Symbolen
Information?
.... .- .-..
.-.. ---
....
..
?

19. .... .- .-..
.-.. ---
....
..
Kommunikation
Empfänger
Interpretation
Decodierung
Nachricht (codiert)
Sender
„Informationsaustausch“
Kanal / Medium (Licht, Rauchzeichen, Kabel, etc.)

20. Aktion
Wissen
Information
Daten
Zeichen
Pragmatik
Semantik
Syntax

21. Aktion
Wissen
Information
Daten
Zeichen
Süßes oder
Saures!
Ich verkleide mich als
Zombieeichhörnchen und mache
mit meinen Freunden die
Da draußen sind
meine Freunde.
Gegend unsicher.
heute ist
Halloween, an
Halloween ist‘s
sinnvoll, sich zu
Hallo,
kommst Du
verkleiden.
raus?
.... .-
.-.. .-..
---
Buchstabe MorseCode
A .-
B -...
C -.-.

22. Symbole, Daten, Informationen – Ein weiteres Beispiel
 Aphex Twin:
(Windowlicker)
 Datenebene: Datei im mp3 Format, Bitstrom (z.B.
0001 1010 0110 1110)
 Visualisierung über Spektrogramm (visualisiert die
Zusammensetzung eines Signals aus einzelnen
Frequenzen im zeitlichen Verlauf)

23. 5:23+

25. Codes und Kombinationen

28. Binärbaum = Jeder Knoten verfügt über max. zwei Kindknoten
Wurzelknoten
Kanten
Kindknoten
Blattknoten

29. Binärcode (Morsecode)
Der Morsecode ist ein Binärcode, d.h. es stehen
zwei Symbole zur Verfügung: . und –
Ein Symbol:
. E
- T
Zwei Symbole in Folge:
.. I
.- A
-. N
-- M

30. Binärcode (Morsecode)
Der Morsecode ist ein Binärcode, d.h. es stehen
zwei Symbole zur Verfügung: . und –
Ein Symbol:
. E
- T
Zwei Symbole in Folge:
.. I
.- A
-. N
-- M
Anzahl Punkte und Striche Anzahl Codes
1 2
2 4
3 8
4 16

31. Binärcode (Morsecode)
Der Morsecode ist ein Binärcode, d.h. es stehen
zwei Symbole zur Verfügung: . und –
Ein Symbol:
. E
- T
Zwei Symbole in Folge:
.. I
.- A
-. N
-- M
Anzahl Punkte und Striche Anzahl Codes
1 2
2 2x2
3 2x2x2
4 2x2x2x2

32. Binärcode (Morsecode)
Der Morsecode ist ein Binärcode, d.h. es stehen
zwei Symbole zur Verfügung: . und –
Ein Symbol:
. E
- T
Zwei Symbole in Folge:
.. I
.- A
-. N
-- M
Anzahl Punkte und Striche Anzahl Codes
1 21
2 22
3 23
4 24

33. Übungsaufgabe 1
1. Wie viele Symbole in Folge werden für einen
Morsecode benötigt, der 7 Zeichen codieren
soll?
2. Wie viele Symbole in Folge werden für einen
Morsecode benötigt, der 129 Zeichen codieren
soll?
3. Wie viele Codierungsmöglichkeiten resultieren
aus einer Anzahl von 28 Morsesymbolen in
Folge?

34. ...ist ja ganz nett, aber was
hat das mit Rechnern /
Computern zu tun?

36. 1. Technische Informatik
 Konstruktion von Rechnern, Speicherchips, Prozessoren
– und Peripheriegeräten (Festplatten, Druckern,
Bildschirme)
 Eng verbunden mit der Elektrotechnik
 Stellt die Gerätschaften, die Hardware bereit
 Dabei berücksichtigt die TI Anforderungen der
Programme, die durch die Hardware ausgeführt werden
sollen

37. 2. Praktische Informatik
 Beschäftigt sich mit den Programmen, die einen
Rechner steuern: Software
 Betriebssysteme
 Anwendungen
 Compilerbau

38. 3. Theoretische Informatik
 Abstrakte mathematische und logische
Grundlagen
 Formale Sprachen
 Automatentheorie
 Berechenbarkeit, Codierungstheorie

39. 4. Angewandte Informatik
Einsatz von Rechnern im Alltag
 Desktopanwendungen z.B. Textverarbeitungs- und
Tabellenkalkulationsprogramme
Stark vernetzt mit anderen Disziplinen, erschließt
neue Einsatz- und Aufgabengebiete für Informatik,
profitiert von Arbeit auf Gebieten der
 Technischen (leistungsfähigere Hardware) Informatik
 der Praktischen I. (neue Software)
 der Theoretischen Informatik

40. 4. Angewandte Informatik: HKI
Problemstellungen der HKI
Beispielfragestellung:
 Gegeben ist ein umfangreicher
Materialbestand von digitalisierten
Inkunabeln („Wiegendrucke“,
Mitte bis Ende 15. Jahrhundert)
http://inkunabeln.ub.uni-koeln.de/
 „Lässt sich OCR auf besonders alten
Drucken umsetzen?“
 „Welche Gegebenheiten gilt es,
zu beachten (Buchschmuck,
Zustand des Quellenmaterials)?“

41. Wie kommen wir mit Material klar, das so ausschaut?

42. 4. Angewandte Informatik: HKI
Lösung I: Kontrast-/Histogrammausgleich

43. Deskew / „Geraderücken“

45. Boah!

46. Mein lieber
Scholli!
Boah!

47. Mein lieber
Scholli!
Boah!
„It‘s magic“ – wie macht
ein Rechner das?

48. Binärcode

50. Transistor = Elektronisches Bauelement
zum Schalten (im Nanosekundenbereich)
und Verstärken elektrischer Signale (i.e. 0V
/ 5V)

51. Binärcode
 Binärcode: 0 oder 1
 Konkret (Elektrotechnik):
 Elektrische Ladungen:
0 = ungeladen, 1 = geladen (Beispiel: Kondensator)
 Elektrische Spannungen:
0 = 0 Volt, 1 = 5 Volt
 Magnetisierungen:
0 = unmagnetisiert
1 = magnetisiert
Beispiel: Festplatte

52. Bits, das Alphabet des Computers
 Bit (singular: Bit, Plural: Bit, Bits)
 Kleinstmögliche Einheit der Information
 Informationsmenge in einer Antwort auf eine
Frage, die zwei Möglichkeiten zulässt:
 Ja / Nein
 Wahr / Falsch
 Schwarz / Weiß
 Hell / Dunkel
 Links / Rechts

53. Übungsaufgabe 2: Wie lassen sich die vier
Himmelsrichtungen Nord, Ost, Süd und West unter
Verwendung des Binärcodes (0 und 1) codieren?

54. Übungsaufgabe 3: Wie lassen sich zusätzlich die vier
Himmelsrichtungen NordOst, SO, SW und NW unter
Verwendung des Binärcodes (0 und 1) codieren?

55. Übung 4: Codieren Sie die folgende Aussage unter Verwendung des
Binärcodes: In einem Loch im Boden, da lebte ein Hobbit

56. /

57. Hausaufgaben
 Aufgabe 1: Wie viele Bit benötigen Sie zur Codierung der
Großbuchstaben des lateinischen Alphabets (ohne Umlaute) im
Binärcode?
(A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z)
 Aufgabe 2: Codieren Sie die ersten sieben Großbuchstaben des
Alphabets (also die Buchstaben A bis G) als Binärfolge.
 Aufgabe 3: Informieren Sie sich bitte unter
http://de.wikipedia.org/wiki/American_Standard_Code_for_Information_
Interchange über den „ASCII Code“. Fassen Sie bitte kurz (~ ½ Din-A4
Seite) zusammen:
 Was ist der ASCII Code? Wie funktioniert der ASCII Code?
 Welche Zeichen sind im ASCII Code repräsentiert? In diesem Zusammenhang:
Was ist ein „Steuerzeichen“?
 Worin könnte ein Problem des ASCII Codes bestehen? Tipp: Sie befinden sich im
Urlaub in Griechenland und möchten ihren/ihrem/ihrer Liebsten eine Email
senden...

58. /

59. Bildnachweise
 http://www.hdwallpapers.in/download/halloween_scary
_house-1280x800.jpg
 http://en.wikipedia.org/wiki/File:International_Morse_C
ode.svg
 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Morse-code-tree.
svg
 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ASRock_P4i65
G_motherboard_layout.jpg
 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transistors-white.
jpg
 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kompass_de.s
vg
 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Europ%C3%A
4ischer_Ziesel_aus_Erdloch_guckend.jpg