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Basisinformationstechnologie I WiSem 2015 / 2016 | 01_Grundlagen I

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Basisinformationstechnologie I WiSem 2015 / 2016 | 01_Grundlagen I

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Basisinformationstechnologie I WiSem 2015 / 2016 | 01_Grundlagen I

  1. 1. Universität zu Köln. Historisch-Kulturwissenschaftliche Informationsverarbeitung Dr. Jan G. Wieners // jan.wieners@uni-koeln.de Basisinformationstechnologie I Wintersemester 2015/16 19. Oktober 2015 – Grundlagen I: Codierung
  2. 2.  Grundbegriffe  Symbole  Daten  Informationen  Codierung  Fachdisziplinen der Informatik  Binärcode Inhalte der heutigen Sitzung
  3. 3. Informatik Informationsverarbeitung Information?
  4. 4. Hal lo
  5. 5. ?
  6. 6.  ?
  7. 7. An ODER Aus
  8. 8. ???hallo ??? An ODER Aus
  9. 9. Codierung? Definition (sehr grob) „Code“: System zur Übermittlung von Information  Wie lässt sich mit zwei Symbolen (an ODER aus) die Nachricht hallo codieren?
  10. 10. Buchstabe EinfachCode A . B .. C ... D .... E .... . F .... .. G .... ... H .... .... I .... .... . J .... .... .. K .... .... ... L .... .... .... / / Z .... .... .... .... .... .... .. .... .... . .... .... .... .... .... .... .... .... .... ...
  11. 11. Buchstabe MorseCode A .- B -... C -.-. D -.. E . F ..-. G --. H .... I .. J .--- K -.- L .-.. O --- Z --.. .... .- .-.. .-.. ---
  12. 12. Buchstabe MorseCode A .- B -... C -.-. D -.. E . F ..-. G --. H .... I .. J .--- K -.- L .-.. O --- Z --.. .... .- .-.. .-.. --- .... ..
  13. 13. 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 --.. Codeeffizienz: Worin unterscheiden sich die beiden Codes? Und warum?
  14. 14. Buchstabe MorseCode A .- B -... C -.-. D -.. E . F ..-. G --. H .... I .. J .--- K -.- L .-.. O --- Z --.. .... .- .-.. .-.. --- .... .. 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:  Σ 𝐸𝑖𝑛𝑓𝑎𝑐ℎ𝐶𝑜𝑑𝑒 = .  Σ 𝑀𝑜𝑟𝑠𝑒𝐶𝑜𝑑𝑒 = . , − Symbole, Zeichen, Semiotik
  15. 15. 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.) Beziehung Signifikat   Signifikant
  16. 16. .... .- .-.. .-.. --- .... .. ? Wie (und wo) wird aus der Folge von Symbolen Information?
  17. 17. .... .- .-.. .-.. --- .... .. Kommunikation Nachricht (codiert) Sender Empfänger „Informationsaustausch“ Kanal / Medium (Licht, Rauchzeichen, Kabel, etc.) Interpretation Decodierung
  18. 18. Aktion Wissen Information Daten Zeichen Pragmatik Semantik Syntax
  19. 19. Aktion Wissen Information Daten Zeichen .... .- .-.. .-.. --- Buchstabe MorseCode A .- B -... C -.-. Hallo, kommst Du raus? Da draußen sind meine Freunde. heute ist Halloween, an Halloween ist‘s sinnvoll, sich zu verkleiden. Süßes oder Saures! Ich verkleide mich als Zombieeichhörnchen und mache mit meinen Freunden die Gegend unsicher.
  20. 20.  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) Symbole, Daten, Informationen – Ein weiteres Beispiel
  21. 21. 5:23+
  22. 22. Codes und Kombinationen
  23. 23. Binärbaum = Jeder Knoten verfügt über max. zwei Kindknoten Wurzelknoten Kanten Kindknoten Blattknoten
  24. 24. Der Morsecode ist ein Binärcode, d.h. es stehen zwei Symbole zur Verfügung: . und – Ein Symbol: Zwei Symbole in Folge: Binärcode (Morsecode) . E - T .. I .- A -. N -- M
  25. 25. Der Morsecode ist ein Binärcode, d.h. es stehen zwei Symbole zur Verfügung: . und – Ein Symbol: Zwei Symbole in Folge: Binärcode (Morsecode) . E - T .. I .- A -. N -- M Anzahl Punkte und Striche Anzahl Codes 1 2 2 4 3 8 4 16
  26. 26. Der Morsecode ist ein Binärcode, d.h. es stehen zwei Symbole zur Verfügung: . und – Ein Symbol: Zwei Symbole in Folge: Binärcode (Morsecode) . E - T .. I .- A -. N -- M Anzahl Punkte und Striche Anzahl Codes 1 2 2 2x2 3 2x2x2 4 2x2x2x2
  27. 27. Der Morsecode ist ein Binärcode, d.h. es stehen zwei Symbole zur Verfügung: . und – Ein Symbol: Zwei Symbole in Folge: Binärcode (Morsecode) . E - T .. I .- A -. N -- M Anzahl Punkte und Striche Anzahl Codes 1 21 2 22 3 23 4 24
  28. 28. 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? Übungsaufgabe 1
  29. 29. ...ist ja ganz nett, aber was hat das mit Rechnern / Computern zu tun?
  30. 30. 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
  31. 31.  Beschäftigt sich mit den Programmen, die einen Rechner steuern: Software  Betriebssysteme  Anwendungen  Compilerbau 2. Praktische Informatik
  32. 32.  Abstrakte mathematische und logische Grundlagen  Formale Sprachen  Automatentheorie  Berechenbarkeit, Codierungstheorie 3. Theoretische Informatik
  33. 33. 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
  34. 34. 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)?“  https://github.com/janwieners/TED 4. Angewandte Informatik: HKI
  35. 35. Lösung I: Kontrast-/Histogrammausgleich 4. Angewandte Informatik: HKI
  36. 36. Deskew / „Geraderücken“
  37. 37. Boah!
  38. 38. Boah! Mein lieber Scholli!
  39. 39. Boah! Mein lieber Scholli! ÜBELST!
  40. 40. Boah! Mein lieber Scholli! ÜBELST! „It‘s magic“ – wie macht ein Rechner das?
  41. 41. Binärcode
  42. 42. Transistor = Elektronisches Bauelement zum Schalten (im Nanosekundenbereich) und Verstärken elektrischer Signale (i.e. 0V / 5V)
  43. 43.  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 (HDD) Binärcode
  44. 44.  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
  45. 45. Übungsaufgabe 2: Wie lassen sich die vier Himmelsrichtungen Nord, Ost, Süd und West unter Verwendung des Binärcodes (0 und 1) codieren?
  46. 46. Übungsaufgabe 3: Wie lassen sich zusätzlich die vier Himmelsrichtungen NordOst, SO, SW und NW unter Verwendung des Binärcodes (0 und 1) codieren?
  47. 47. Übung 4: Codieren Sie die folgende Aussage unter Verwendung des Binärcodes: In einem Loch im Boden, da lebte ein Hobbit
  48. 48. /
  49. 49.  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... Hausaufgaben
  50. 50. /
  51. 51.  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 Bildnachweise

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