Elämässämme on nykyään äärimmäisen paljon dataa: kaikki, mitä näemme ja kuulemme tietokoneelta, koostuu datasta. Esimerkiksi tänään matkalla töihin kuuntelin musiikkia samalla kun katselin Twitter-syötettäni ja ja kuvaa ystäväni kissasta Instagramissa. Kaikki nämä asiat – musiikki, teksti ja kuvat – ovat pohjimmiltaan vain sarjoja ykkösiä ja nollia. Aivan perustasolla kaikki digitaalinen tieto koostuu tästä.
Miten ykköset ja nollat siis muuttuvat musiikiksi, sosiaalisen median viesteiksi tai kissojen kuviksi? Aloittaakseni vastauksen tähän kysymykseen vien sinut lyhyelle kierrokselle datan ja digitaalisen median historiaan ja merkitykseen, jotta saat käsityksen siitä, miten olemme päässeet näin pitkälle pelkkien ykkösten ja nollien avulla.
Tietokoneen työ
Tietokoneet rakennettiin käsittelemään dataa, jotta se muuttuisi tiedoksi. Informaatio on läheistä sukua datalle; tärkein ero on se, että data on jonkin asian formalisoitu esitys, joka kontekstissa tai analysoituna muuttuu informaatioksi. Data on siis abstraktimpi termi kuin informaatio.
Tällä kurssilla käsittelemme pääasiassa sitä, miten data esitetään tietokoneissa, emmekä sitä, miten tietokoneet käsittelevät ja luovat informaatiota. Tämä on tärkeä ero, sillä tämän kurssin tavoitteena on auttaa sinua ymmärtämään formalisointeja ja koodeja, joita tietokoneet käyttävät saadakseen datan elämään. Pohjimmiltaan opit ymmärtämään asioita tietokoneen näkökulmasta – asioita, joita näet, kuulet ja pidät itsestäänselvyyksinä jokapäiväisessä elämässäsi. Tämä tietämys on hyvin merkityksellistä monien tietojenkäsittelytieteen teorian osa-alueiden kannalta.
Tietokone on suunniteltu tekemään useita asioita datan kanssa: + Vastaanottaa dataa + Tallentaa dataa + Manipuloida dataa + Esittää dataa
Tämä kaikki tapahtuu tietokoneen sisällä. Miten tietokoneet siis vastaanottavat, tallentavat, käsittelevät ja esittävät dataa pelkästään sähköä käyttämällä? Kurssillamme Miten tietokoneet toimivat selitämme, että tietokoneet koostuvat useista kytkimistä, jotka voivat olla joko päällä tai pois päältä, ja nämä tilat vastaavat binääristä esitystä 1 (päällä) ja 0 (pois päältä). Sähkövirta kulkee kytkimien läpi, ja jos kytkimiä lisätään, saadaan lisää ykkösiä ja nollia. Tässä on esimerkki siitä, miten tämä toimii:
Jokaista yhden kytkimen tilaa 1 (päällä) tai 0 (pois päältä) kutsutaan bitiksi, joka on pienin datan osa, jonka tietokone voi tallentaa. Jos käytät useampia kytkimiä, saat enemmän bittejä; useammalla bitillä voit esittää monimutkaisempaa dataa, kuten musiikkia, tekstiä ja kuvaa, joista puhuin aiemmin. Yhdelle piirilevylle mahtuu miljardeja kytkimiä, ja tietokoneet herättävät datan eloon työskentelemällä näiden bittien kanssa.
Tällä kurssilla tarkastelemme prosesseja, joiden avulla tietokoneet muuttavat nämä bitit asioiksi, jotka voit nähdä ja kuulla. Ensimmäinen askel on ymmärtää, miten tieto muunnetaan fyysisestä muodosta digitaaliseen muotoon, joka voidaan esittää biteillä. Tätä muuntamisprosessia kutsutaan digitalisoinniksi.
Digitalisointi
Digitalisoinnin ymmärtämiseksi tarkastellaan, miten paljon teknologia on kehittynyt viimeisten 25 vuoden aikana. Multimediateknologia ja internet ovat muuttaneet meidät digitaaliseksi kulttuuriksi. Esimerkiksi tämä on teknologiaa, joka oli suosittua 25 vuotta sitten vuonna 1993, verrattuna nykyiseen teknologiaan:
Tänä päivänä useimmat joukkoviestinnän muodot, televisio, musiikkiäänitteet ja elokuvat tuotetaan ja levitetään digitaalisessa muodossa, ja ne lähentyvät nyt internetiä ja World Wide Webiä muodostaen digitaalisen mediamaiseman, jota koemme joka päivä. Seuraavassa on muutamia mielenkiintoisia faktoja median digitalisoitumisesta:
- Lähes kaikki musiikki, jota ihmiset ovat koskaan äänittäneet, on nyt digitoitu
- Vuonna 2011 Amazon alkoi myydä enemmän digitaalisia kirjoja kuin painettuja kirjoja
- Vuonna 1986 99.2 % maailman tiedon tallennuskapasiteetista oli analogista; 21 vuotta myöhemmin, vuonna 2007, 94 % oli digitaalista
Yllä olevissa kuvissa esimerkit populaariteknologiasta vuodelta 1993 ovat analogisia, ja esimerkit vuodelta 2018 ovat digitaalisia. Käymme myöhemmin tarkemmin läpi analogisen ja digitaalisen eroja. Toistaiseksi selittääkseni, miten digitalisaatio on edennyt vuodesta 1993 tähän päivään, annan sinulle lyhyen katsauksen analogiseen ja digitaaliseen tekniikkaan.
Analoginen elektroniikka, kuten esimerkit vuodelta 1993, käyttää analogisia signaaleja. Voit kuvitella analogiset signaalit samanlaisiksi kuin elohopealämpömittarin lämpötilaviivan: viiva muuttuu jatkuvasti osoittaakseen lämpötilan.
Kuten tämä elohopealämpömittarin viiva, analogiset signaalit voivat ottaa jatkuvan arvoalueen tietojen esittämiseksi, ja tämä alue voidaan visualisoida. Toisaalta digitaalinen lämpömittari näyttää arvot epäjatkuvin askelin, esimerkiksi asteen kymmenesosina.
Vanhat yleisradiotelevisiot toimivat toisena esimerkkinä: nämä televisiot käyttävät signaalia, jossa on jatkuvasti muuttuva aalto, äänien ja visuaalisten kuvien esittämiseen.
Koska näiden aaltojen vaihtelu on niin pientä, aaltomuodot voivat keskeytyä interferenssillä, mikä saa aikaan sellaisia asioita, kuten staattisen äänen ja lumisateen visuaalisia kuvia. Interferenssin vähentämiseksi tietokoneet voivat muuntaa aallot ykkösiksi ja nolliksi (eli biteiksi) yksittäisinä datapaloina. Bittien käyttäminen aaltomuotojen sijasta vähentää interferenssin vaikutuksia ja johtaa parempilaatuiseen ääneen ja kuvaan. Tietokoneet siis esittävät mediaa numeerisessa muodossa, ja tällä on ollut suuri ja kasvava vaikutus siihen, mitä näemme ja kuulemme jokapäiväisessä elämässämme.
Tällä viikolla sukellamme syvemmälle matematiikkaan ja peruslaskentaprosesseihin, jotka ovat medialaskennan ja datan esittämisen taustalla.
Tehtävä: arkipäivän data
Nyt olet nähnyt joitakin esimerkkejä siitä, miten dataa esitetään, ajattele dataa, joka herätetään henkiin sinulle joka päivä puhelimesi, kannettavan tietokoneesi tai pöytätietokoneesi ja kaikkien muiden ympärilläsi olevien tietokoneiden, kuten päivittäisen junamatkasi digitaalisten näyttöjen, älytelevisiosi kotona tai autosi digitaalisen radion avulla.