Kodierung

Wenn du eine Nachricht schreibst, siehst du Buchstaben auf dem Bildschirm. Der Computer darunter arbeitet aber mit Nullen und Einsen. Damit aus deinem „Hallo“ etwas wird, das gespeichert, verschickt und wieder angezeigt werden kann, braucht er feste Regeln.

Worum es bei Kodierung geht

Eine Information ist eine Bedeutung, die für jemanden nützlich ist. Zum Beispiel: „Die Ampel ist rot.“ Eine Darstellung ist die Form, in der diese Bedeutung steht. Das kann ein Wort, eine Farbe, ein Ton oder eine Folge aus Nullen und Einsen sein.

Eine Kodierung ist eine feste Zuordnung zwischen Information und Darstellung. Sie sagt also: Diese Bedeutung wird in dieser Form aufgeschrieben oder gespeichert.

Ein Code ist das Regelwerk dahinter. Er legt fest, welche Zeichen oder Werte welche Bedeutung haben.

Definition

Kodierung bedeutet in der Informatik: Eine Information wird nach festen Regeln in eine bestimmte Darstellung übertragen.

Ein Code ist die Sammlung dieser festen Regeln.

Deine Lernziele

• Du kannst erklären, was Kodierung in der Informatik bedeutet.
• Du kannst Code, Zeichen, Bit und Bitfolge unterscheiden.
• Du kannst an Beispielen zeigen, wie Zahlen und Text dargestellt werden.
• Du kannst erklären, warum beim Lesen dieselbe Regel gebraucht wird wie beim Schreiben.

Beispiel

Die Information „Stopp“ kann verschieden dargestellt werden:

• als Wort: Stopp
• als Verkehrszeichen: rotes Achteck
• als Ampelfarbe: Rot
• im Computer: eine Folge aus Nullen und Einsen

Die Bedeutung bleibt ähnlich. Die Darstellung ändert sich.

Beispiel

Ein einfacher Ampel-Code könnte so aussehen:

Rot bedeutet stehen bleiben.
Gelb bedeutet vorbereiten.
Grün bedeutet gehen oder fahren.

Ohne diese Regel wären die Farben nur Farben. Mit dem Code bekommen sie eine klare Bedeutung.

Merke

Kodierung ist wie eine Übersetzung mit festen Regeln. Wichtig ist nicht nur die Form, sondern die vereinbarte Bedeutung dahinter.

Zeichen und eindeutige Regeln

Ein Zeichen ist ein einzelner Baustein einer Darstellung. Das kann ein Buchstabe sein, eine Ziffer, ein Satzzeichen, eine Farbe oder ein Symbol.

Damit Zeichen eindeutig verstanden werden, müssen Sender und Empfänger denselben Code kennen. Der Sender gibt eine Nachricht weiter. Der Empfänger liest oder erhält sie.

Definition

Ein Zeichen ist ein einzelnes Element einer Darstellung, zum Beispiel A, 7, ? oder Rot.

Ein Sender schickt eine Nachricht. Ein Empfänger nimmt sie auf und deutet sie.

Beispiel

Deine Klasse vereinbart diesen Code:

Sonne bedeutet Hausaufgabe erledigt.
Wolke bedeutet Hausaufgabe fehlt.
Stern bedeutet besonders gut gearbeitet.

Wenn alle die Regel kennen, ist die Nachricht klar. Wenn jemand den Code nicht kennt, kann das Symbol falsch verstanden werden.

Beispiel

Stell dir vor, zwei Gruppen verwenden dieselben Zeichen anders:

Gruppe 1: 1 bedeutet Ja, 0 bedeutet Nein.
Gruppe 2: 1 bedeutet Nein, 0 bedeutet Ja.

Die Zeichen sind gleich. Die Bedeutung ist verschieden. Darum kommt es auf den Code an.

Merke

Ein Zeichen allein reicht nicht. Erst der Code sagt, was dieses Zeichen bedeuten soll.

Bits und Bitfolgen

Computer arbeiten im Inneren mit sehr einfachen Zuständen. Ein Bit ist die kleinste digitale Informationseinheit. Es kann nur zwei Werte haben: 0 oder 1.

Eine Bitfolge ist eine geordnete Reihe aus mehreren Bits. Mit mehreren Bits kann ein Computer viel mehr verschiedene Werte darstellen als mit nur einem Bit.

Definition

Ein Bit ist die kleinste Einheit digitaler Information. Es hat den Wert 0 oder 1.

Eine Bitfolge ist eine Reihe aus mehreren Bits, zum Beispiel 01000001.

Beispiel

Mit einem Bit gibt es zwei Möglichkeiten:

0
1

Mit zwei Bits gibt es vier Möglichkeiten:

00
01
10
11

Mit drei Bits gibt es acht Möglichkeiten:

000
001
010
011
100
101
110
111

Je mehr Bits du verwendest, desto mehr Zeichen, Zahlen oder Zustände kannst du darstellen.

Gut zu wissen

Bei \(n\) Bits gibt es \(2^n\) verschiedene Bitfolgen. Mit 8 Bits gibt es also \(2^8 = 256\) Möglichkeiten.

Merke

Bits sind die Grundbausteine digitaler Darstellung. Bitfolgen machen daraus viele unterscheidbare Muster.

Zahlen kodieren

Eine Zahlendarstellung ist eine Regel, mit der Zahlen aufgeschrieben werden. Im Alltag nutzt du meistens das Dezimalsystem. Es verwendet zehn Ziffern: 0 bis 9.

Computer nutzen oft das Binärsystem. Das ist eine Zahlendarstellung mit nur zwei Ziffern: 0 und 1. Das passt gut zu Bits.

Definition

Das Dezimalsystem ist unser übliches Zahlensystem mit den Ziffern 0 bis 9.

Das Binärsystem ist ein Zahlensystem mit den Ziffern 0 und 1.

Beispiel

Die Zahl 5 sieht im Dezimalsystem so aus:

5

Im Binärsystem wird dieselbe Zahl so dargestellt:

101

Die Stellen bedeuten von rechts nach links 1, 2 und 4.

Also bedeutet 101: 1 mal 4, 0 mal 2 und 1 mal 1. Das ergibt 5.

Beispiel

Die Binärzahl 110 bedeutet:

1 mal 4
1 mal 2
0 mal 1

Also ist 110 im Binärsystem die Dezimalzahl 6.

Merke

Im Binärsystem zählt jede Stelle einen Zweierwert: 1, 2, 4, 8, 16 und so weiter.

Zeichen kodieren

Texte bestehen aus Zeichen. Damit ein Computer Text speichern kann, bekommt jedes Zeichen einen Wert. Dieser Wert wird dann als Bitfolge gespeichert.

Eine Zeichencodierung ist eine Kodierung für Buchstaben, Ziffern, Satzzeichen und andere Textzeichen. Zwei wichtige Beispiele sind ASCII und Unicode.

ASCII ist eine ältere Zeichencodierung. Sie enthält vor allem englische Grundzeichen, Ziffern und Satzzeichen. Unicode ist ein großer Standard für Zeichen aus vielen Sprachen und für viele Symbole.

Definition

Eine Zeichencodierung ordnet Textzeichen Zahlen oder Bitfolgen zu.

ASCII ist eine ältere Zeichencodierung für viele einfache Zeichen.

Unicode ist ein großer Zeichensatz-Standard für sehr viele Sprachen und Symbole.

Beispiel

In ASCII ist der Großbuchstabe A dem Wert 65 zugeordnet.

Der Wert 65 kann als Bitfolge gespeichert werden:

01000001

Wenn ein Programm diese Bitfolge mit der passenden Zeichencodierung liest, erscheint wieder A.

Beispiel

ASCII reicht nicht für alle Zeichen, die Menschen schreiben.

Der Buchstabe ä, chinesische Schriftzeichen oder ein Emoji brauchen eine größere Zeichencodierung. Unicode kann solche Zeichen eindeutig zuordnen.

Merke

Ein Text ist für den Computer eine Folge kodierter Zeichen. Welche Zeichen richtig erscheinen, hängt von der passenden Zeichencodierung ab.

Kodieren, dekodieren und typische Fehler

Kodieren bedeutet: Eine Information wird in eine festgelegte Darstellung übertragen. Dekodieren bedeutet: Aus dieser Darstellung wird die gemeinte Information wieder gelesen.

Beides gehört zusammen. Wenn beim Dekodieren eine andere Regel benutzt wird als beim Kodieren, kann die Ausgabe falsch aussehen.

Definition

Kodieren ist das Umwandeln einer Information in eine vereinbarte Darstellung.

Dekodieren ist das Zurücklesen einer kodierten Darstellung in die gemeinte Information.

Beispiel

Du kodierst die Nachricht A mit einer Zeichencodierung. Daraus wird eine Bitfolge.

Später dekodiert ein Programm diese Bitfolge. Wenn es dieselbe Zeichencodierung nutzt, zeigt es wieder A an.

Beispiel

Manchmal zeigt eine alte Datei statt ä, ö und ü seltsame Zeichen. Oft wurden die Daten nicht gelöscht. Sie werden nur mit einer unpassenden Zeichencodierung gelesen.

Merke

Kodieren und Dekodieren brauchen dieselbe Regel. Sonst kann die gespeicherte Darstellung falsch gedeutet werden.

Wofür Kodierung wichtig ist

Kodierung steckt in fast allem Digitalen. Texte, Zahlen, Bilder, Töne, Videos und Dateien brauchen feste Regeln, damit Computer sie speichern, verarbeiten und übertragen können.

Auch im Alltag triffst du Kodierungen. Noten, Barcodes, Ampelfarben und QR-Codes nutzen vereinbarte Zuordnungen. In der Informatik ist besonders wichtig, dass solche Regeln genau beschrieben sind.

Beispiel

Ein QR-Code sieht für dich wie ein Muster aus schwarzen und weißen Feldern aus. Für ein Gerät ist dieses Muster eine kodierte Information. Die Kamera liest das Muster, die Software dekodiert es, und daraus wird zum Beispiel ein Link.

Beispiel

Ein Bild auf dem Bildschirm besteht aus vielen kleinen Punkten. Für jeden Punkt wird gespeichert, welche Farbe er hat. Auch Farben werden dabei durch Zahlenwerte dargestellt.

Zusammenfassung

Kodierung ist die Grundlage dafür, dass Computer mit Information umgehen können. Sie macht aus Bedeutungen eine Form, die gespeichert, verarbeitet und übertragen werden kann.

Ein Code legt die Regeln fest. Bits und Bitfolgen sind die digitale Grundlage. Für Texte nutzt der Computer Zeichencodierungen wie ASCII oder Unicode.

Merke

Kurz gesagt: Kodierung macht Information eindeutig darstellbar. Dekodierung macht diese Darstellung wieder verständlich.