WS12/13 -- Basisinformationstechnologie I | 01: Grundlagen I

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1. Universität zu Köln. Historisch-Kulturwissenschaftliche Informationsverarbeitung Jan G. Wieners // jan.wieners@uni-koeln.de Basisinformationstechnologie I Wintersemester 2012/13 10. Oktober 2012 – Grundlagen I
2. Gebiete der Informatik  Technische Informatik  Praktische Informatik  Theoretische Informatik  Angewandte Informatik Grundlegendste Grundlagen:  Differenzierung: Daten, Informationen, Metainformationen Codierung von Information: Bits Themenüberblick „Grundlagen I“
3.  Informatik  „Information“  Informatik = Wissenschaft von der maschinellen Informationsverarbeitung  Engl.: Computer Science  Großer Problem- und Aufgabenkreis, darum Unterscheidung vier Teilbereiche der Informatik:  Technische I.  Praktische I.  Theoretische I.  Angewandte I. Informatik
4.  Konstruktion von Rechnern, Speicherchips, Prozessoren – und Peripheriegeräten (Festplatten, Druckern, Bildschirme)  Eng verbunden mit der Elektrotechnik 1. Technische Informatik Eniac, der erste rein elektronische digitale Universalrechner, 1946 der Öffentlichkeit vorgestellt.
5.  Stellt die Gerätschaften, die Hardware bereit  Dabei berücksichtigt die TI Anforderungen der Programme, die durch die Hardware ausgeführt werden sollen 1. Technische Informatik
6.  Beschäftigt sich mit den Programmen, die einen Rechner steuern: Software  Betriebssysteme  Anwendungen  Compilerbau 2. Praktische Informatik
7. #include <iostream> using namespace std; int main() { cout << "Hello World!“; } 00000000 77 90 192 0 52 0 248 0 64 0 00000010 110 4 110 164 154 6 0 64 0 0 00000020 103 11 0 0 28 0 0 0 151 0 00000030 0 0 65 1 0 0 79 1 0 0 00000040 99 1 0 0 150 1 0 0 171 1 00000050 0 0 192 1 0 0 213 1 0 0 Ein Compiler übersetzt Programme, die in einer Programmiersprache formuliert sind, in (z.B.) Maschinensprache Exkurs: Compiler C++ Maschinensprache
8.  Abstrakte mathematische und logische Grundlagen  Formale Sprachen  Automatentheorie  Berechenbarkeit, Codierungstheorie 3. Theoretische Informatik
9. 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 4. Angewandte Informatik
10. 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)?“ 4. Angewandte Informatik: HKI
11. Wie kommen wir mit Material klar, das so ausschaut? 4. Angewandte Informatik: HKI
12. Lösung I: Kontrast-/Histogrammausgleich 4. Angewandte Informatik: HKI
13. 4. Angewandte Informatik: HKI
14. 4. Angewandte Informatik: HKI
16. Boah!
17. Boah! Mein lieber Scholli!
18. Boah! Mein lieber Scholli! Schnarch!
19. Boah! Mein lieber Scholli! Schnarch! Ob‘s heute wohl noch regnen wird?
20. Boah! Mein lieber Scholli! Schnarch! Ob‘s heute wohl noch regnen wird? It‘s magic – wie macht ein Rechner das?
21. Computer verarbeiten Informationen Was ist das „Information“?  „Informationen“ […] [sind] nicht exakt definierbare abstrakte Objekte“ (Ernst, Hartmut: Grundkurs Informatik)  Problem bei dieser Definition: Wenn wir nicht wissen, was {„exakt“, „definierbare“, „abstrakte“, „Objekte“} (in einem spezifischen Kontext) bedeutet, können wir lediglich feststellen, dass es sich bei der Definition um einen wohlgeformten Satz der deutschen Sprache handelt. Der Informationsgehalt der Nachricht (der Definition) geht gegen Null. Information
23.  Der Informationsbegriff baut auf dem Begriff des Datums auf  Daten (Plural: Daten, Singular: Datum) bezeichnet die digitale Repräsentation von Information, konkret: eine Folge von digitalen Zeichen: 1001 0010 1010 0110  BARCODE Beispiel / ISBN  Information ist ein Datum bzw. sind Daten mit inhaltlicher Bedeutung. Beispielaussage: „Die Binärfolge 1001 0010 1010 0110 bedeutet <Hallo>“.  Information setzt Wissen voraus – sei es auch nur das Wissen, wie die Information zu interpretieren ist. Definition: Information vs. Daten
24. \|||/ (o o) ,~~~ooO~~(_)~~~~~~~~~~, | | | BIT rulez! | | | '~~~~~~~~~~~~~~ooO~~~‘ |__|__| || || ooO Ooo Daten = Digitale Repräsentation von Information Information = Datum / Daten mit inhaltlicher Bedeutung  Um Bedeutung angereicherte, d.h. semantisierte Daten Information? Daten? ASCII Art?
25.  Repräsentation: Die Bedeutung, d.h. der Informationsgehalt von Daten ergibt sich erst aus der Kenntnis der benutzten Repräsentation.  Repräsentation == äußere Form der Darstellung (von Information) Repräsentation Information Daten Repräsentation Abstraktion
26. Abstraktion: Der Prozess der Interpretation von Daten wird als Abstraktion bezeichnet. Abstraktion Information Daten Repräsentation Abstraktion
27.  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) Information / Daten: Aphex Twin
28. Information / Daten: Aphex Twin 5:23+
30.  Daten = Die digitale Repräsentation von Information  Repräsentation = Äußere Form der Darstellung von Information  Information = Semantisierte Daten / Daten mit inhaltlicher Bedeutung  Abstraktion = Prozess der Interpretation von Daten  Informationsgewinnung  Wissen = „Werden Informationen mit anderen Informationen vernetzt und zur Lösung von Problemen eingesetzt, dann werden sie als Wissen bezeichnet.“ (Heyer, Quasthoff, Wittig: Text Mining. 2008)   Wissen ist Information in Aktion Definitionen auf einen Blick I
31.  Information wird übermittelt durch Kommunikation  Beispiel: Basales Sender-Empfänger Modell  Eine Nachricht ist eine Zeichenfolge, die Information vermittelt, z.B. ISBN-Nummer oder Bitfolge  Ein Signal ist die physikalische Darstellung von Nachrichten oder Daten  Kommunikation bedient sich immer einer Sprache  Die Information wird in einer Sprache kodiert. Definitionen auf einen Blick II Sender Empfänger Nachricht (codiert)
32. Jede Sprache besitzt (hallo theoretische Informatik!):  Ein Alphabet (d.h. den endlichen Vorrat an Zeichen, derer sich die Sprache bedient) Beispiel: „a“, „e“, „i“, „o“, „u“  Eine Grammatik, d.h. Regeln, wie Zeichenketten, Wörter, Aussagen zu formen sind  Regelsystem einer Sprache  Eine Syntax, die festlegt, welche Ausdrücke zur Sprache gehören.  Eine Semantik, die festlegt, was die Ausdrücke bedeuten Definitionen auf einen Blick III
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34.  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 Bits, das Alphabet des Computers
35.  Binärer Code: 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  Sonstiges  Morsealphabet  Barfuß / Lackschuh Bits: Codierung
36. Angenommen, wir wollen mehr als nur zwei Antwortmöglichkeiten formulieren?  Beispiel Windrose: Wir definieren 0 als Nord und 1 als Süd.  Frage: Wie zusätzlich Osten und Westen definieren?  Antwort: Um weiteres Bit erweitern: 0 0 = Nord 0 1 = Ost 1 0 = Süd 1 1 = West Bits: Bitfolgen
37.  Wie weitere Himmelsrichtungen ausdrücken?  Durch ein weiteres Bit: Acht Möglichkeiten 0 0 0 = Nord 0 0 1 = NordOst 0 1 0 = Ost 0 1 1 = SüdOst 1 0 0 = Süd 1 0 1 = SüdWest 1 1 0 = West 1 1 1 = NordWest Bits: Bitfolgen II
38. Codieren Sie die folgende Aussage unter Verwendung des Binärcodes: „In einem Loch im Boden, da lebte ein Hobbit“ Übung (kleine)
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40.  Welche Regel lässt sich aus dem Verhältnis Anzahl der Bits zur Anzahl der darstellbaren Antwortmöglichkeiten ableiten?  Wie viele Antwortmöglichkeiten lassen sich mit 4 Bit, wie viele Antwortmöglichkeiten mit 8 Bit darstellen?  Ihre Aufgabe besteht darin, die Großbuchstaben des lateinischen Alphabets (ohne Umlaute) im Binärcode abzubilden: 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  Wie viele Bit benötigen Sie zur Codierung, d.h. um jeden Buchstaben abbilden zu können? Achtung: Sie brauchen die einzelnen Buchstaben nicht binär zu codieren! Bei der Aufgabenstellung geht es einzig um die Überlegung, wie viele Wahlmöglichkeiten mit wie vielen Bits codiert werden können.  Ergänzen Sie das Alphabet um die Kleinbuchstaben des lateinischen Alphabets (ohne Umlaute): Wie viele Bit benötigen Sie, um Klein- und Großbuchstaben von aA-zZ zu codieren, also aAbBcCdDeEfFgGhHiIjJkKlLmMnNoOpPqQrRsStTuUvVwWxXy YzZ Hausaufgaben