Informationstechnik

Wichtige Begriffe der Informationstechnik:

„Informatik: dieser Begriff umfasst grob gesagt, alles was mit dem Computer zu tun hat. Er wurde bereits 1957 von dem deutschen Nachrichtentechniker Steinbuch geprägt und ist keineswegs allgemein gebräuchlich; in den USA und England spricht man beispielsweise nicht etwa von informatics, sondern von Computer Sciences oder Information Sciences.

Nachricht: sie ist eine Folge von Zeichen mit dem Ziel der Kommunikation; inhaltlich besteht sie aus der Information, also was die Nachricht aussagen soll bzw. ihr Neuigkeitswert, physikalisch besteht sie aus dem Signal, also wie die Nachricht z.B. codiert ist.

Analogtechnik: analoge Signale werden physikalisch kontinuierlich dargestellt. Den Zeitverlauf von elektrischen Signalen kann man sich beispielsweise im sogenannten Oszillloskop zeitkontinuierlich ansehen. Die meisten Signale der Natur (Schallwellen und elektromagnetische Wellen oder stetige Bewegungen) sind analoger Art. Die darstellbare analoge Genauigkeit ist oft begrenzt, aber robust und visuell einprägsam.

Die Zeigeruhr stellt analog dar, oft verzichtet man sogar ganz auf die Ziffern. In der Medientechnik beruhte die Schallplatte oder das Tonbandgerät (Kassette) auf analoger Technik.

Digitaltechnik: das Gegenstück zur Analogtechnik, also sprunghaft, in diskreten Werten dargestellt. Digitale Signale bilden die Grundlage für die Kommunikation mit dem Computer, sie sind gut zu speichern, störsicher und ihre Genauigkeit kann sehr hoch getrieben werden. In der Medientechnik werden Signale meist digitalisiert, d.h. von analog auf digital umgesetzt. Alle derzeitigen Geräte der Ton- und Bild-Aufnahme, -Wiedergabe und -Speicherung arbeiten digital (z.B. CD, DVD, BlueRay). Verfallen Sie aber nicht in das Dogma „analog ist out - digital ist in, für immer", denn z.B. die optische Signalverarbeitung (Holografie), die vielleicht einmal kommen wird, ist im Prinzip analoger Natur!

Binär: allgemein eine Darstellung durch zwei Zustände, meist formal durch die Signale 0 und 1 gekennzeichnet, als Menge geschrieben. Aber auch die Benutzung von 0V und 5V wäre beispielsweise eine binäre Darstellung. Es ist verblüffend, dass die gesamte Computertechnik trotz all ihrer Komplexität ausschliesslich auf der Verwendung solcher einfachen Binärsignale beruht! Die Masseinheit der binären Zustände wird bit genannt (binary digit). Die Mehrzahl der bit heisst auch bit, nicht bits.

Unär: als Gegenstück zu binär könnte man sich auch einwertige Symbole vorstellen, z.B. Striche auf einer Strichliste. Aber dann würde sozusagen die 0 als zeitlicher Abstand zwischen den Strichen fehlen, also für die meisten verwertbaren Signale brauchen wir mindestens eine Zweiwertigkeit.

Boolesche Algebra: der englische Mathematiker Boole stellte 1848 ein auf Mengenoperationen (Durchschnitt, Vereinigung) beruhendes System auf, das über 100 Jahre später (1956) von dem Informationswissenschaftler Shannon als sehr geeignet zur Berechnung von seriellen und parallelen Relaisschaltungen "wiederentdeckt" wurde. Die Boolesche Algebra wird daher auch Schaltalgebra genannt. (Dies ist ein wunderbares Beispiel für den hohen Zeitwert mathematischer Prinzipien!). Die Boolesche Algebra beruht auf binären Symbolen (1 = wahr, 0 = falsch).

Fuzzy: fuzzy bedeutet "unscharf, verschwommen" und wird hier auch als Gegenstück zu binär aufgeführt. Denn im Gegensatz zu einer zweiwertigen Menge wird ein Intervall zwischen 0 und 1 betrachtet, mathematisch als [0,1] definiert. Eine Fuzzy-Logik kann als eine stetige, analoge Logik aufgefasst werden, die für eine Variable z.B. zu 60% wahr ist und zu 40% unwahr. Sie entspricht dem asiatischen Yin-Yang-Prinzip und wurde in den achtziger Jahren auch erstmals von japanischen Ingenieuren technisch verwertet. Heutzutage gehört die Fuzzy-Logik zur Künstlichen Intelligenz, einem Spezialgebiet der weitergeführten Informatik.

Dual: mit dem Begriff dual kennzeichnet man in der deutschen Sprache ein Zahlensystem, das auf zwei Symbolen, also auf binären Signalen beruht, die eine Stellenwertigkeit erhalten. Ein duales Zahlensystem kennt nur die zwei Ziffern 0 und 1, ist also ein sogenanntes Zweiersystem (so wie ein Dezimalsystem, d.h. ein Zehnersystem, nur die Ziffern 0 bis 9, also insgesamt zehn Ziffern kennt). Im englischen Sprachgebrauch spricht man meist nur von binary, auch wenn dual gemeint ist.

Datenkompression: Wenn man sich einmal klar macht, dass die Datenrate einer CD aussergewöhnlich hoch ist, nämlich 1.4 Megabit pro Sekunde beträgt, leuchtet es unmittelbar ein, dass eine geringere Datenrate sehr wünschenswert wäre, z.B. für eine online-Übertragung. Für Audio- sowie Bild-Informationen gibt es eine Reihe von Tricks, nämlich Codierungen, mit denen man die Datenrate wesentlich, z.B. um den Faktor 10 heruntersetzen kann, ohne dass ein Datenverlust eintritt. Das ursprüngliche Signal kann wieder regeneriert werden (verlustfreie Kompression). Wenn eine gewisse Qualitätseinbusse hingenommen werden kann, kann eine verlustbehaftete Kompression durchgeführt werden. Eine derartige Kompression ist beispielsweise das bekannte MP3-Verfahren, das sehr raffiniert die Psychoakustik des Ohres (Hörkurve) mit einbezieht.

Fourier-Transformation: Umsetzung der Signaldarstellung vom Zeitbereich in den Frequenzbereich (Spektrum) und umgekehrt. Auf diese Weise erhält man Zusatzinformationen, die man u.a. zur Datenkompression benutzen kann; das betrifft vor allem Signale der Medientechnik (Bild und Ton).

Redundanz: Pseudo-Informationen, die man eigentlich gar nicht braucht, wie etwa die immer gleich lautenden Endungen bestimmter Verben (z.B. -en) in unserer Sprache. Bei Daten kann Redundanz (d.h. einige Zusatzbit) absichtlich zur Fehlererkennung und -korrektur zugeführt werden. Bei der CD wird beispielsweise eine 3fache Redundanz eingesetzt.“ [1]

„Unterschied analog zu digital

Eine Veranschaulichung der Begriffe „analog" und „digital" finden Sie in folgendem Bild. Analog sind die Signale links oben, digital die Signale rechts unten; wie man sieht, gibt es Übergangsformen. analog - digital

Die Amplitude und der Zeitmaßstab von Signalen kann kontinuierlich oder diskret sein

Reine analoge Signale, wie oben links dargestellt, müssen zur Weiterverarbeitung für den Computer in digitale Signale umgeformt werden, wie unten rechts gezeigt. Zwischenformen zur Digitalisierung stellen die Vorgänge der Stufung (wertdiskret
- unten) sowie die Taktung (rechts) dar. Das analoge Signal eines Tonbandgerätes entspräche also der Darstellung links oben, während bei der CD sowohl eine diskrete Abtastfrequenz (44.1 kHz) wie auch eine diskrete Quantisierung (16 bit) vorliegt, was
der Darstellung rechts unten entsprechen würde.“ [1]

[1] Einführung in die Informatik, //vfhein.oncampus.de, Stand 14.01.2019 13:19