Information und Informatiksysteme
Information, Nachricht und Daten
Warum ein Computer Daten verarbeitet, aber niemals Information: die drei Grundbegriffe des Fachs.
Einführung
Auf deinem Tisch liegt ein Zettel. Darauf steht nur: 14.
Und? Weißt du jetzt etwas? Vielleicht ist es eine Uhrzeit. Vielleicht eine Hausnummer, ein Alter, eine Punktzahl, das Ergebnis einer Rechnung. Auf dem Zettel steht in allen Fällen dasselbe. Was sich unterscheidet, ist das, was du daraus machst.
Genau an diesem Unterschied hängt das ganze Fach. Ein Computer kann mit dem Zettel etwas anfangen, ohne je zu wissen, was darauf gemeint ist. Wie das geht und warum das kein Mangel, sondern der eigentliche Trick ist, klären wir in diesem Kapitel.
Das kannst du nach diesem Kapitel
die Begriffe Daten, Nachricht und Information unterscheiden und an eigenen Beispielen erklären.
begründen, warum dieselben Daten für verschiedene verschiedene Information tragen können.
zu einer Information mehrere Darstellungsformen angeben und ihre Vor- und Nachteile vergleichen.
erklären, warum ein Informatiksystem Daten verarbeitet und die Bedeutung trotzdem beim Menschen bleibt.
Daten: was man anfassen kann
Wir fangen bei dem an, was man anfassen kann
Auf dem Zettel stehen zwei Zeichen: eine 1 und eine 4. Diese Zeichen kann man fotografieren, abschreiben, per Handy verschicken, in einer speichern. Sie sind da, ganz unabhängig davon, ob jemand sie versteht.
Alles, was so festgehalten und weitergegeben werden kann, heißt in der Informatik Daten. Daten sind Zeichen oder Signale in einer vereinbarten Form: Buchstaben, Ziffern, Bildpunkte, Spannungswerte in einem Kabel.
Merke dir schon jetzt die entscheidende Eigenschaft: Daten kann man verarbeiten, ohne sie zu verstehen. Ein Kopierer vervielfältigt den Zettel perfekt und weiß nichts über 14 Uhr.
Von der Aussage zu den Daten
Der Zettel ist das Ergebnis, nicht der Anfang. Damit aus einer Aussage über die Welt etwas wird, das ein Gerät weitergeben kann, muss vorher jemand festlegen, wie sie aufgeschrieben wird, hier: als Uhrzeit im 24-Stunden-Format. Genau diese Festlegung heißt , und ohne sie gibt es keine Daten, sondern nur einen Gedanken.
Was passiert, wenn der Zettel jemanden erreicht?
Sobald der Zettel von einem zu einem Empfänger geht, sprechen wir von einer Nachricht. Eine Nachricht ist die konkrete, übertragene Darstellung: dieser Zettel, diese Sprachnotiz, diese E-Mail. Zwei Nachrichten können denselben Inhalt haben und trotzdem völlig verschieden aussehen, etwa ein Zettel und eine Sprachnachricht.
Und jetzt der Schritt, auf den es ankommt. Du liest den Zettel und denkst: „Ah, das Training beginnt um 14 Uhr.“ Diesen Zugewinn an Wissen nennt man Information.
Warum Information nicht auf dem Zettel steht
Prüfen wir das nach, statt es zu behaupten. Wir geben denselben Zettel drei Personen:
| Was er vorher weiß | Was er daraus gewinnt | |
|---|---|---|
| Du | „Der Trainer schickt die Uhrzeit.“ | Training um 14 Uhr |
| Deine Schwester | nichts über das Training | nichts, nur zwei Ziffern |
| Ein Postbote | er sucht eine Hausnummer | vielleicht: Haus Nummer 14 |
Die Daten waren in allen drei Fällen identisch. Der Zugewinn an Wissen war es nicht. Also kann dieser Zugewinn nicht in den Daten selbst stecken; er entsteht erst im Zusammenspiel aus Daten und dem, was der Empfänger schon weiß.
Daraus folgt eine Regel, die im ganzen Fach gilt:
Ein Zettel, drei Empfänger
Lies die Tafel zeilenweise, nicht spaltenweise. Die erste Zeile ist in allen drei Spalten gleich, die Daten sind identisch. Erst die zweite Zeile unterscheidet sich, und die dritte folgt daraus. Das ist der Beleg für den Satz, den man sonst nur behaupten könnte: Information steht nicht auf dem Zettel, sie entsteht beim .
Dieselbe Information, verschiedene Darstellungen
Umgekehrt geht es genauso. Die Aussage „Das Training beginnt um 14 Uhr“ lässt sich auf viele Arten darstellen:
- als Satz: „Training um 14 Uhr“
- als Zahl in einem Formular:
- als Zeiger auf einem Zifferblatt
- als Balken in einem Wochenplan
- als gesprochener Satz in einer Sprachnachricht
Alle fünf Darstellungen sollen dieselbe Bedeutung transportieren. Trotzdem sind sie nicht gleich gut: Der Wochenplan zeigt sofort, was davor und danach passiert. Die Sprachnachricht funktioniert auch für jemanden, der gerade Fahrrad fährt. Der Text ist am leichtesten durchsuchbar. Deshalb gehört zur informatischen Arbeit immer die Frage: Welche Darstellung passt zu meinem Zweck?
Und was macht nun der Computer?
Ein Informatiksystem speichert, überträgt und rechnet mit Daten. Es prüft nicht, ob das Ergebnis sinnvoll ist, denn es kennt keinen Kontext. Wenn du in einer Tabelle die Postleitzahlen addierst, bekommst du eine Summe. Sie ist rechnerisch richtig und inhaltlich Unsinn.
Das klingt nach einer Schwäche, ist aber der Grund für die Stärke: Weil die Maschine nur mit der Form arbeitet, kann ein Rechner Musik abspielen, Steuern berechnen und Bilder anzeigen. Er tut immer dasselbe mit den Daten; die Bedeutung liegt bei uns.
Mensch und Computer
Die dritte Zeile ist die wichtigste. Ein Mensch, der auf dem Zettel 25 Uhr liest, stutzt sofort. Ein Programm rechnet damit weiter, bis irgendwo ein unsinniges Ergebnis herausfällt oder auch nicht. Dass der Computer die Bedeutung nicht kennt, macht ihn schnell und unbestechlich; es macht ihn zugleich blind für jeden Fehler, den nicht jemand vorher als Regel aufgeschrieben hat.
Die Datenverarbeitungskette
Achte auf die Farben am Anfang und am Ende: Beide Male steht dort ein Mensch. Auf allen drei Pfeilen dazwischen fließen ausschließlich Daten: Information taucht in der ganzen Kette nur an den beiden grünen Enden auf. Deshalb ist „der Computer verarbeitet Informationen“ ein Satz, der zwar überall steht, aber nicht stimmt.
Dieselben Daten, andere Bedeutung
In einer steht die Zeichenfolge . Nenne drei mögliche Bedeutungen und erkläre, was jeweils fehlt, um sicher zu sein.
- 1
Ein Datum: 03.01.12, also der 3. Januar 2012. Das setzt die Vereinbarung „Tag, Monat, Jahr, je zwei Stellen“ voraus.
- 2
Eine Telefonvorwahl mit Nummer: 030 ist die Vorwahl von Berlin, 112 die Notrufnummer. Das setzt die Vereinbarung „Vorwahl, dann Rufnummer“ voraus.
- 3
Eine Artikelnummer in einem Lager, die überhaupt keine Teile hat, sondern nur eine Kennung ist.
- 4
In allen drei Fällen sind die gespeicherten Daten exakt gleich. Was fehlt, ist die Angabe, nach welcher Vereinbarung sie zu lesen sind. Genau diese Angabe nennt man später das Format oder den .
Ohne die vereinbarte Leseart trägt die Zeichenfolge keine eindeutige Information.
Eine Information, vier Darstellungen
Die Klasse hat 30 Schüler: 18 fahren mit dem Bus, 9 mit dem Rad, 3 kommen zu Fuß. Stelle diese Information auf vier Arten dar und beurteile, wofür sich welche eignet.
- 1
Fließtext: „Von 30 Schülern fahren 18 mit dem Bus, 9 mit dem Rad, 3 gehen zu Fuß.“ Gut zum Vorlesen, schlecht zum Vergleichen.
- 2
Tabelle: je eine Zeile für Bus, Rad, Fuß mit der Anzahl daneben. Gut zum Nachschlagen einzelner Werte und zum Weiterrechnen.
- 3
Säulendiagramm: drei Säulen unterschiedlicher Höhe. Der Größenvergleich ist mit einem Blick da, exakte Zahlen liest man schlechter ab.
- 4
Kreisdiagramm: ein Kreis in drei Sektoren. Es zeigt die Anteile am Ganzen, also dass der Bus mehr als die Hälfte ausmacht. Für den Vergleich Rad gegen Fuß ist es ungenau.
- 5
Die Daten sind vier Mal verschieden, die Information ist dieselbe. Die Auswahl richtet sich danach, welche Frage beantwortet werden soll.
Nachschlagen: Tabelle. Vergleichen: Säulendiagramm. Anteile zeigen: Kreisdiagramm. Vorlesen: Text.
Wann Daten keine Information liefern
Eine Wetterstation sendet jede Sekunde den Wert . Nach einer Stunde liegen 3600 Werte vor, alle gleich. Wie viel Information steckt in der 3600. Messung?
- 1
Die erste Messung sagt dir etwas Neues: Es sind 21,4 Grad.
- 2
Die zweite bestätigt das. Ab da weißt du nach jeder weiteren Messung genau das, was du vorher schon wusstest.
- 3
Die 3600. Messung erzeugt also keinen Wissenszuwachs mehr, obwohl sie genauso viele Daten liefert wie die erste.
- 4
Das ist kein Wortspiel, sondern der Kern eines späteren Kapitels: Wer nur speichert „von 8:00 bis 9:00 durchgehend 21,4 Grad“, verliert nichts und braucht weniger Platz. Genau davon lebt die .
Viele Daten bedeuten nicht viel Information. Der Zuwachs zählt, nicht die Menge.
Typischer Fehler
„Daten und Information sind dasselbe, das eine ist nur das Fachwort für das andere.“
Der Unterschied wird sichtbar, sobald du ein Gegenbeispiel suchst, und eines reicht: Ein Zettel mit japanischen Schriftzeichen enthält dieselben Daten, egal wer ihn ansieht. Für jemanden, der Japanisch kann, entsteht Information, für dich nicht. Wären beide Begriffe dasselbe, müsste sich mit dem Leser auch der Zettel ändern, und das tut er nicht.
Praktisch macht der Unterschied den ganzen Beruf aus. Eine Festplatte ist voller Daten. Ob daraus etwas Nützliches wird, entscheidet sich erst, wenn jemand weiß, wie sie zu lesen sind. Deshalb gehört zu jedem Datenbestand die Frage: Nach welcher Vereinbarung ist das gespeichert?
Übung 1
leicht
Ordne zu, ob es sich um Daten, eine Nachricht oder um Information handelt:
a) die Zeichenfolge in einer b) eine WhatsApp-Nachricht mit dem Text „Bin um 7 da“ c) dein Wissen, dass Lisa um 19 Uhr kommt, nachdem du b) gelesen hast d) die Bildpunkte eines Fotos auf der Speicherkarte
Tipp anzeigen
Frage dich jeweils: Steckt das im Gerät, unterwegs, oder im Kopf des ?
Lösung anzeigen
a) Daten (Zeichen in gespeicherter Form) b) Nachricht (übertragene Darstellung von Sender zu Empfänger) c) Information (Wissenszuwachs beim Empfänger) d) Daten (gespeicherte Signale, hier Bildpunkte)
Detaillierte Schritterklärung anzeigen
Hier wird jeder Schritt einzeln erklärt, vor allem, warum er gemacht wird.
✦ Empfohlen: Standard – Die normale Erklärungstiefe passt zum Einstieg.
- 1
Das Unterscheidungsmerkmal festlegen: der Ort
Bevor ein einziger Fall entschieden wird, braucht man das Merkmal, an dem man entscheidet. Hier ist es der Ort: Daten liegen gespeichert in einem Gerät, eine Nachricht ist unterwegs von einem Sender zu einem Empfänger, Information entsteht erst im Kopf des Empfängers als Wissenszuwachs.
- 2
a) und d): Was gespeichert im Gerät liegt
Die Zeichenfolge in einer Datei und die Bildpunkte eines Fotos auf der Speicherkarte haben dasselbe gemeinsam: Sie liegen fest abgelegt in einem Gerät, niemand überträgt sie gerade, und niemand hat aus ihnen gerade etwas erfahren. Beides sind Daten.
- 3
b) Was unterwegs ist
Die WhatsApp-Nachricht mit dem Text „Bin um 7 da“ wird von einem Absender an einen Empfänger übertragen. Sie ist damit die Nachricht: die Darstellung, die den Weg zwischen zwei Beteiligten zurücklegt.
- 4
c) Was im Kopf entsteht
Dein Wissen, dass Lisa um 19 Uhr kommt, entsteht erst beim Lesen und Deuten der Nachricht. Es liegt in keinem Gerät und ist nirgends unterwegs. Das ist Information: der Zuwachs an Wissen beim Empfänger.
- 5
Gegenprobe: dieselben Zeichen, andere Einordnung
Zur Kontrolle verschiebt man einen Fall gedanklich an einen anderen Ort. Wird das Foto aus d) verschickt, ist es in diesem Moment eine Nachricht; sieht es jemand an und erkennt darauf seinen verlorenen Schlüssel, entsteht Information. Die Bildpunkte sind dabei unverändert geblieben.
Übung 2
mittelEine Schule speichert für jeden Schüler den Wert oder in der Spalte „Bus“.
a) Welche Information kann daraus entstehen? b) Was muss zusätzlich festgehalten werden, damit die Spalte in fünf Jahren noch lesbar ist? c) Nenne eine Auswertung, die rechnerisch möglich, inhaltlich aber sinnlos wäre.
Tipp anzeigen
Zu b): Der Wert 1 sagt von sich aus nicht, ob er „fährt Bus“ oder „fährt keinen Bus“ bedeutet.
Lösung anzeigen
a) Zum Beispiel: „Wie viele Schüler fahren mit dem Bus?“ oder „Braucht die Schule eine zweite Buslinie?“
b) Die Vereinbarung muss dokumentiert sein: 1 bedeutet „fährt mit dem Bus“, 0 bedeutet „fährt nicht mit dem Bus“. Ohne diese Festlegung sind die Zahlen später nicht mehr eindeutig deutbar. Dazu gehört auch der Stichtag, denn Schulwege ändern sich.
c) Man könnte den Durchschnitt der Schülernummern der Busfahrer berechnen. Das Ergebnis ist eine korrekte Zahl ohne jede Bedeutung, weil Schülernummern nur Kennungen sind und keine Größen, die man mitteln kann.
Detaillierte Schritterklärung anzeigen
Hier wird jeder Schritt einzeln erklärt, vor allem, warum er gemacht wird.
✦ Empfohlen: Standard – Die normale Erklärungstiefe passt zum Einstieg.
- 1
Erst klären: Was steht überhaupt da?
In der Spalte stehen die Zeichen 1 und 0. Mehr nicht. Das sind Daten, und sie tragen von sich aus keine Aussage über Busse.
Widerstehe der Versuchung, sofort „1 heißt Bus“ zu denken. Genau diese Selbstverständlichkeit ist das Problem der Aufgabe.
- 2
Teil a): Welche Frage lässt sich beantworten?
Information entsteht, wenn jemand mit den Daten eine Frage beantwortet. Suche also nach einer Frage, für die genau diese Spalte reicht.
Anzahl der Einsen Anzahl der Busfahrer
Zwischenergebnis
„Wie viele Schüler fahren mit dem Bus?“ ist beantwortbar.
- 3
Teil b): Was fehlt für die Zukunft?
Die Frage zielt darauf, dass Daten ohne Vereinbarung stumm sind. Es muss also irgendwo festgehalten sein, welche Ziffer welche Aussage bedeutet.
Zwischenergebnis
Notwendig: die Zuordnung 1 = „fährt Bus“, 0 = „fährt nicht Bus“, dazu der Stichtag der Erhebung.
Solche Festlegungen schreibt man in der Praxis in eine Datenbeschreibung. In Datenbanken heißt das später Schema.
- 4
Teil c): Rechnen ohne Sinn
Gesucht ist eine Rechnung, die eine Maschine anstandslos ausführt und deren Ergebnis trotzdem nichts bedeutet. Solche Fälle entstehen immer dann, wenn Zahlen nur Kennungen sind und keine Mengen.
\text{Mittelwert der Schülernummern} = \frac{4711 + 4712 + 4715}{3} = 4712{,}67
Zwischenergebnis
Der Wert ist korrekt berechnet und beschreibt niemanden.
Übung 3
schwerEin Sportverein möchte allen Mitgliedern das Ergebnis eines Turniers mitteilen: acht Mannschaften, ihre Punkte und die Platzierung.
a) Entwirf zwei verschiedene Darstellungen für diese Information. b) Begründe für jede, welchen Vorteil sie hat und welche Frage sie schlecht beantwortet. c) Der Verein schickt die Ergebnisse per SMS mit höchstens 160 Zeichen. Welche Darstellung wählst du und was geht dabei verloren?
Tipp anzeigen
Denke bei c) daran, dass die Beschränkung auf die Darstellung wirkt, nicht auf die Information selbst. Was du weglässt, entscheidest du.
Lösung anzeigen
a) Zum Beispiel eine Rangtabelle (Platz, Mannschaft, Punkte) und ein Säulendiagramm (eine Säule je Mannschaft, Höhe = Punkte).
b) Die Tabelle liefert exakte Werte und die Reihenfolge sofort, macht aber knappe Abstände schlecht sichtbar. Das Diagramm zeigt auf einen Blick, ob das Feld eng beieinanderliegt oder ein Team davonzieht, verlangt aber Ablesen für den genauen Punktestand.
c) Sinnvoll ist eine verkürzte Textliste, etwa: „1. Falken 21, 2. Adler 19, 3. Wölfe 16, …“. Verloren geht die schnelle optische Vergleichbarkeit und, wenn der Platz nicht reicht, die hinteren Plätze. Wichtig ist die Einsicht: Die Information selbst schrumpft nicht, nur ihre Darstellung wird knapper. Wer die Rangfolge behält und die Punkte weglässt, verliert dagegen tatsächlich Information.
Detaillierte Schritterklärung anzeigen
Hier wird jeder Schritt einzeln erklärt, vor allem, warum er gemacht wird.
✦ Empfohlen: Standard – Die normale Erklärungstiefe passt zum Einstieg.
- 1
Erst festhalten, welche Information überhaupt vorliegt
Die Information besteht aus drei Angaben je Mannschaft: Name, Punkte, Platz. Sie ist damit festgelegt, was jetzt folgt, sind verschiedene Darstellungen derselben Information. Diese Trennung ist der Schlüssel zur ganzen Aufgabe.
- 2
a) Zwei Darstellungen wählen, die sich wirklich unterscheiden
Sinnvoll sind eine Rangtabelle (Spalten Platz, Mannschaft, Punkte) und ein Säulendiagramm (eine Säule je Mannschaft, Höhe gleich Punktzahl). Beide zeigen dieselbe Information, sprechen aber verschiedene Fähigkeiten des Lesers an: Ablesen gegen Vergleichen.
- 3
b) Zu jeder Darstellung die Stärke UND die Schwäche benennen
Die Tabelle liefert exakte Werte und die Reihenfolge sofort; sie zeigt aber schlecht, ob zwei Mannschaften knapp beieinanderliegen. Das Diagramm zeigt genau das auf einen Blick, verlangt für den genauen Punktestand aber Ablesen und Schätzen.
- 4
c) Die 160-Zeichen-Grenze wirkt auf die Darstellung, nicht auf die Information
Sinnvoll ist eine verkürzte Textliste: „1. Falken 21, 2. Adler 19, 3. Wölfe 16, …“. Verloren geht die schnelle optische Vergleichbarkeit, und wenn der Platz nicht reicht, die hinteren Plätze. Die Information selbst schrumpft dabei nicht, nur ihre Verpackung.
- 5
Die übertragbare Einsicht sichern
Der Grundgedanke der Aufgabe: Eine Information kann viele Darstellungen haben, und die Wahl der Darstellung entscheidet, welche Frage leicht zu beantworten ist. Deshalb ist die erste Frage bei jeder Grafik nicht „sieht sie gut aus“, sondern „welche Frage soll sie beantworten“.
Zusammenfassung
Daten sind die Form: Zeichen und Signale, kopierbar und verarbeitbar, auch ohne Verständnis. Eine Nachricht ist eine übertragene Darstellung. Information ist der Wissenszuwachs, der erst beim entsteht, weil dazu sein Vorwissen und eine Vereinbarung gehören. Deshalb können dieselben Daten Verschiedenes bedeuten und dieselbe Information viele Darstellungen haben. Ein Informatiksystem arbeitet ausschließlich mit Daten; die Bedeutung bleibt beim Menschen. Wer das trennt, versteht später Dateiformate, und Datenbanken als das, was sie sind: festgehaltene Vereinbarungen darüber, wie Daten zu lesen sind.