Informationsdarstellung

Die Darstellung von Informationen in der Informatik erfolgt durch Nullen und Einsen. Da eine Reihe von Nullen und Einsen für den Menschen nicht lesbar ist, müssen digitale Informationen andere Erscheinungsformen bzw. Darstellungsformen finden.

Beispiele

• Logische Werte / Boolsche Daten
• Alphanumerische Codes
• Text
• Zahlen und numerische Werte
• Bilder, Fotos, Grafiken
• Strichcodes
• Töne
• ausführbare Programme

In der Informatik wird jede Information, sei es ein Teil davon oder ein Wert, durch einen digitalen Code dargestellt. Logische Werte, Texte, Zahlen, Bilder und andere Daten bestehen aus einer Kombination von Nullen und Einsen. Diese binäre Codierung sorgt dafür, dass alle Daten in einer einheitlichen Form vorliegen. Man spricht hierbei auch von der formalen Gleichheit von Daten und Algorithmen. Das bedeutet, dass der Programmierer sicherstellen muss, dass der Computer die Daten korrekt interpretiert. Er muss die Bitfolge analysieren und die einzelnen Bitmuster so zuordnen, dass sie den entsprechenden Zeichen, Zahlen oder Befehlen entsprechen.

Damit der digitale Code für den Menschen sichtbar, lesbar oder hörbar ist, wird er decodiert. Dabei greift man auf festgelegte Codes, Zeichensätze, Zahlensysteme und Datenformate zurück. Das heißt, zu jedem Code (bestimmte Bitfolge) gibt es eine herleitbare oder festgelegte Zuordnung zu einem Zeichen oder einer Zeichenfolge.

• Bitfolge: 01100001 01100010 01100011 01100100
• ISO/Unicode: a b c d
• Ganze Zahl: 1.633.837.924
• Gleitkommazahl: 0.7608150709.... 2^-30
• Befehl: MUL 6447972

Logische Werte / Boolsche Daten

Boolsche Daten sind nach dem Schöpfer der Aussagenlogik George Boole (1815 - 1864) benannt. Es geht hierbei um die Wahrheitswerte "wahr" (TRUE) und "falsch" (FALSE), die man mit logischen Werten gleichsetzt.
Logische Werte haben zwei Zustände und werden auch als "1" und "0" angegeben. Da logische Werte in der Regel als ganzes Byte kodiert werden, entspricht wahr = 1111 1111 (TRUE) und falsch = 0000 0000 (FALSE).
Auf boolsche Daten lassen sich die Operationen der Aussagenlogik anwenden. Zum Beispiel die Negation (logisches NICHT), die Konjunktion (logisches UND) und die Disjunktion (logisches ODER).

Text

Der Text besteht aus einer Reihe von Buchstaben, Zahlen und Zeichen (Plain Text). Jedes Zeichen wird durch eine Bitfolge kodiert, die anstelle des Zeichens verarbeitet und gespeichert wird. Digitale Systeme können nur die Werte 0 und 1 verarbeiten. Die Zuordnung von Zeichen zu Bitfolgen erfolgt über einen alphanumerischen Code oder Zeichensatz, wie zum Beispiel ASCII, ISO 8859 und Unicode. Darüber hinaus kann ein Text mit typografischen Informationen und strukturellen Elementen angereichert sein, etwa durch Formate wie LaTeX oder HTML. Diese zusätzlichen Informationen werden in den Plain Text integriert.

• Zeichensatz / Zeichensätze

Zahlen und numerische Werte

Bei der Darstellung von Zahln gibt es zwei Möglichkeiten.

1. Darstellung der Zahlen im Zeichensatz (ASCII, ISO 8859 oder Unicode)
2. Umrechnung aus dem dualen Zahlensystem

Zahlen aus einem Zeichensatz eignen sich jedoch schlecht für arithmetische Operationen, weil hier eine dezimale 1 nicht 0000 0001 (duale Zahl), sondern 011 0001 (Zeichensatz) ist. Die Zuordnung zwischen Zahl und Bitfolge erschwert die Berechnung von Zahlen.

• Zahlensysteme
• Ganzzahlen / Ganze Zahlen
• BCD-Code - Binary Coded Decimals
• Zweierkomplementdarstellung
• Gleitkommadarstellung / Gleitkommazahlen
• Numerische Datentypen

Bilder, Fotos, Grafiken

Bilder, Fotos und Grafiken sind grafische Daten. Dabei unterscheidet man grundsätzlich zwischen Vektorgrafik und Bitmapgrafik.
Vektorgrafik stellt Linien und geometrische Formen mit unterschiedlichen Strichbreiten und Füllungen dar. Dabei bestehen die Daten aus Endpunkten und Parameterauszeichnungen. Ein großer Vorteil von Vektorgrafiken ist ihre verlustfreie Skalierbarkeit.

• EPS
• SVG

Bitmapgrafiken bestehen aus einer Folge von Rasterpunkten (Bildpunkte oder Pixel). Jeder Rasterpunkt entspricht einer Bitfolge, in der Helligkeit und Farbe codiert ist. Der Rasterpunkt wird auch als Bildpunkt oder Pixel bezeichnet.

• GIF (bis 8 Bit Farbtiefe, LZW)
• PNG (bis 48 Bit Farbtiefe, LZ77)
• TIFF
• RAW
• JPG

Die Bildauflösung (Resolution) gibt die Anzahl der Bildpunkte (Pixel) entlang der X/Y-Achse an. Zum Beispiel 1024 x 768 (Breite x Höhe) Bildpunkte oder Pixel.

Die Farbtiefe (Color Resolution) gibt die Anzahl der Farben oder Helligkeitswerte an, mit denen ein Bildpunkt eingefärbt werden kann. Wenn ein Bildpunkt 256 unterschiedliche Farben haben kann, dann spricht man von einer Farbtiefe von 8 Bit. Die Echtfarbendarstellung (True Color) wie wir sie empfinden entspricht einer Farbtiefe von 24 Bit bzw. 32 Bit (mit Alpha-Kanal).

Die Bildauflösung (Dichte) gibt die Anzahl der Bildpunkte pro Längeneinheit an. Die Längeneinheit ist Zoll bzw. Inch (1 Zoll/Inch sind 2,54 cm). Die Angabe erfolgt in dots per inch (dpi).
Typische Wert für die Bildschirm-Darstellung sind 72 bzw. 96 dpi und für die Ausgabe auf einem Drucker 300 bzw. 600 dpi.

Ausführbare Programme

Binärcodierte Programme kann man als Text oder als funktionalen Code verstehen, der aus Befehlen und Adressen besteht. Der Mensch bekommt zur einfacheren Lesbarkeit den Text dargestellt und der Prozessor die binärcodierten Maschinenbefehle. Ein Compiler übersetzt die Text-Kommandos einer Programmiersprache in Maschinenbefehle. Jeder Maschinenbefehl hat eine bestimmte Bit- oder Bytefolge, ähnlich wie Zeichen in einem Zeichensatz. Die entsprechende Bitfolge wird vom Prozessor verarbeitet. Dabei produziert das Programme neue Daten.

Algorithmus

Ein Algorithmus ist eine Art Vorschrift, die Schritt für Schritt exakt vorgegeben ist und einmal oder auch mehrfach nacheinander abgearbeitet werden muss, um am Ende das gewünschte Ergebnis zu erhalten.

Datentypen: Daten organisieren und verwalten

Datentypen sind Festlegungen, wie Informationen in Form von Bitfolgen zu interpretieren sind. Elementare Datentypen sind Bit, Byte, Zahlen, Zeichen, Wort und Satz (String). Weitere speziell strukturierte Datentypen:

• Mengen, Arrays
• Listen, Matrizen
• Tabellen, Relationen
• Bäume, Grafen
• Objekte, Klassen, Methoden
• Dateien, Verzeichnisse, Dateisysteme
• Programme

Dateien

Eine Datei ist eine beliebig lange Folge von Bytes, die in einem bestimmten Zusammenhang stehen. Wobei der Dateiinhalt immer interpretationswürdig ist. Dateien enthalten Programme, Text, Musik, Grafik oder beliebig andere Daten. In der Regel weisen Dateien eine formale Struktur auf. So ist es möglich, Dateien maschinell zu verarbeiten. Das bedeutet, Informationen und Daten auf einem Datenträger abzulegen, wieder einzulesen und zu verarbeiten.
Man könnte eine Datei auch als einen festgelegten Container bezeichnen, in dem Informationen und Daten strukturiert abgelegt sind.
Mit einem Programm (Software) werden Dateien erstellt und Daten darin gespeichert, um sie später wieder aufzurufen und zu verarbeiten.
Die Dateigröße gibt die Anzahl der enthaltenen Bytes an und wird deshalb in Byte, kByte, MByte, GByte oder TByte angegeben.

Verzeichnisse und Ordner

Um eine gewisse Struktur und Ordnung zu schaffen, sind Dateien in Verzeichnissen und Ordner abgelegt. Wobei ein Verzeichnis nichts weiter ist, als eine Datei in der drin steht, welche Dateien diesem Verzeichnis zugeordnet sind. Ein Verzeichnis ist also nichts weiter als eine übergeordnete Struktur, obwohl die Dateien auf dem Datenträger immer noch unstrukturiert abgelegt sind. Verzeichnisse machen es insbesondere dem Menschen einfacher große Mengen von verschiedenen Informationen zu strukturieren, um sie später wiederzufinden.

Dateisysteme (File System)

Eine Dateisystem ist eine Abstraktionsschicht, in der neben den eigentlichen Daten auch Metadaten, wie der Dateibesitzer, die Dateiberechtigungen, die Zugriffszeiten und andere Informationen gespeichert sind.
Um die Aufgabe der Dateiverwaltung kümmert sich das Betriebssystem. Zusätzlich ist das Betriebssystem für die Verwaltung der Datenträger und Speichermedien zuständig, die unterschiedliche Dateisysteme haben können. Auf den Datenträgern werden Dateien abgelegt. Das Dateisystem ordnet die Dateien in Ordner bzw. Verzeichnisse und nach Dateinamen. Es verwaltet eine Liste, in der vermerkt ist, wo auf dem Datenträger welche Datei liegt.

Jedes Betriebssystem bringt eigene Dateisysteme mit. Deshalb soll die folgende Liste nur eine Auswahl der wichtigsten und gebräuchlichsten Dateisysteme sein.

• Apple: HFS, HFS+, HFSX
• Linux: ext, ext2, ext3, ext4, ReiserFS, btrfs
• Microsoft: FAT12, FAT16, FAT32, exFAT, NTFS, ReFS
• Sun: ZFS
• CD-ROM/DVD: ISO9660, Joliet, UDF
• Netzwerk: AFP, NFS, SMB

Weitere verwandte Themen:

• Informatik
• Informationen und Daten
• Zeichensatz / Zeichensätze
• Zahlensysteme
• Grundlagen Computertechnik

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