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 Darstellungsformen finden.
- Logische Werte / Boolsche Daten
- Alphanumerische Codes
- Text
- Zahlen und numerische Werte
- Bilder, Fotos, Grafiken
- Strichcodes
- Töne
- ausführbare Programme
In der Informatik hat jede Information, ein Teil einer Information oder ein Wert einen digitalen Code. Logische Werte, Texte, Zahlen, Bilder usw. bestehen aus einer Reihe von Nullen und Einsen. Durch die binäre Codierung bekommen alle Daten die gleiche Form. Man spricht auch von der formalen Gleichheit von Daten und Algorithmen.
Das hat zur Folge, dass der Programmierer dafür sorgen muss, dass der Computer die Daten richtig interpretiert. Der Programmierer muss aus der Bitfolge das Bitmuster deuten, indem er die Bitmuster einem Zeichen, einer Zahl oder einem Kommando richtig zuordnet.
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 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 werden die Operationen der Aussagenlogik angewendet. Zum Beispiel die Negation (logisches NICHT), die Konjunktion (logisches UND) und die Disjunktion (logisches ODER) angewendet.
Text
Text ist eine Folge von Buchstaben, Zahlen und Zeichen (plain text). Jedes Zeichen ist als Bitfolge kodiert, die an Stelle des Zeichens verarbeitet und gespeichert wird. Denn digitale Systeme können nur 0 und 1 verarbeiten.
Die Zuordnung eines Zeichens zu einer Bitfolge wird in einem alphanumerischen Code bzw. Zeichensatz definiert. ASCII, ISO 8859 und Unicode sind solche Zeichensätze. Speziell in Großrechnern ist Text im EBCDI-Code kodiert.
Zusätzlich kann ein Text mit typografischen Informationen und Strukturen versehen sein. Zum Beispiel mit Latex oder HTML. Diese Anreicherungen werden in den "Plain Text" eingebettet.
Zahlen und numerische Werte
Hier gibt es zwei Möglichkeiten. Zum einen die Darstellung der Zahlen im ASCII-Code (oder anderer Zeichensatz) oder gemäß dem Dual- bzw. Binärsystem. Zahlen im ASCII-Code eignen sich jedoch schlecht für arithmetische Operationen, weil hier eine dezimale 1 nicht 0000 0001, sondern 011 0001 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.
- 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 Bild 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.
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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