Heden ten dage is ons leven extreem datarijk: alles wat we zien en horen bestaat uit gegevens. Vandaag, op weg naar mijn werk, luisterde ik bijvoorbeeld naar muziek terwijl ik mijn Twitter-feed bekeek en een foto van de kat van mijn vriend op Instagram. Al deze dingen – muziek, tekst en foto’s – zijn in wezen slechts reeksen enen en nullen. Op het meest basale niveau is dit waar alle digitale informatie uit bestaat.
Dus hoe worden enen en nullen muziek, berichten op sociale media, of afbeeldingen van katten? Om deze vraag te kunnen beantwoorden, zal ik u meenemen op een korte rondleiding door de geschiedenis en de betekenis van gegevens en digitale media om u een idee te geven van hoe we zo ver zijn gekomen met slechts enen en nullen.
Het werk van een computer
Computers zijn gebouwd met het doel gegevens te verwerken en om te zetten in informatie. Informatie is nauw verwant met gegevens; het belangrijkste verschil is dat gegevens een geformaliseerde voorstelling van iets zijn die, wanneer ze een context krijgen of worden geanalyseerd, informatie wordt. Gegevens zijn dus een abstractere term dan informatie.
In deze cursus houden we ons vooral bezig met de manier waarop gegevens door computers worden weergegeven, en niet met de manier waarop computers informatie verwerken en creëren. Dit is een belangrijk onderscheid, aangezien het doel van deze cursus is u te helpen de formaliseringen en codes te begrijpen die computers gebruiken om gegevens tot leven te brengen. In wezen leer je dingen te begrijpen vanuit het standpunt van een computer – dingen die je ziet, hoort en als vanzelfsprekend beschouwt in je dagelijks leven. Deze kennis is zeer relevant voor veel aspecten van de theorie van de informatica.
Een computer is ontworpen om een aantal dingen met gegevens te doen: + Gegevens ontvangen, gegevens opslaan, gegevens manipuleren, gegevens presenteren
Dit gebeurt allemaal intern in de computer. Dus hoe kunnen computers gegevens ontvangen, opslaan, manipuleren en presenteren door alleen maar elektriciteit te gebruiken? In onze cursus Hoe computers werken leggen we uit dat computers bestaan uit een aantal schakelaars die aan of uit kunnen staan, en deze toestanden komen overeen met de binaire weergave 1 (aan) en 0 (uit). Er loopt elektrische stroom door de schakelaars, en als je meer schakelaars toevoegt, krijg je meer enen en nullen. Hier is een voorbeeld van hoe dit werkt:
Elke 1 (aan) of 0 (uit) toestand in een enkele schakelaar wordt een bit genoemd, en dat is het kleinste stukje gegevens dat een computer kan opslaan. Als je meer schakelaars gebruikt, krijg je meer bits; met meer bits kun je complexere gegevens weergeven, zoals de muziek, tekst en afbeelding waar ik het eerder over had. Op een printplaat passen miljarden schakelaars, en computers brengen gegevens tot leven door met deze bits te werken.
In deze cursus gaan we kijken naar de processen die computers gebruiken om deze bits om te zetten in dingen die je kunt zien en horen. De eerste stap is te begrijpen hoe informatie wordt omgezet van een fysiek formaat in een digitaal formaat dat kan worden weergegeven door bits. Dit omzettingsproces wordt digitalisering genoemd.
Digitalisering
Om digitalisering te begrijpen, moeten we eens kijken hoezeer de technologie zich in de afgelopen 25 jaar heeft ontwikkeld. Multimedia-technologie en het internet hebben ons omgevormd tot een digitale cultuur. Dit is bijvoorbeeld de technologie die 25 jaar geleden, in 1993, populair was, vergeleken met de huidige technologie:
De meeste vormen van massamedia, televisie, opgenomen muziek en film worden tegenwoordig digitaal geproduceerd en gedistribueerd, en ze convergeren nu met internet en het World Wide Web om het digitale medialandschap te creëren dat we elke dag ervaren. Hier zijn een paar interessante feiten over de digitalisering van media:
- Bijna alle muziek die mensen ooit hebben opgenomen is nu gedigitaliseerd
- In 2011 begon Amazon meer digitale boeken te verkopen dan gedrukte boeken
- In 1986 was 99.2% van de informatieopslagcapaciteit in de wereld analoog; 21 jaar later, in 2007, was 94% digitaal
In de afbeeldingen hierboven zijn de voorbeelden van populaire technologie uit 1993 analoog, en de voorbeelden uit 2018 zijn digitaal. We zullen de verschillen tussen analoog en digitaal later in meer detail bespreken. Om uit te leggen hoe de digitalisering zich heeft ontwikkeld van 1993 tot vandaag, geef ik u nu een kort overzicht van analoge en digitale technologie.
Analoge elektronica maakt, net als de voorbeelden uit 1993, gebruik van analoge signalen. U kunt zich analoge signalen voorstellen als de temperatuurlijn op een kwikthermometer: de lijn verandert voortdurend om de temperatuur aan te geven.
Zoals deze kwikthermometerlijn kunnen analoge signalen een continu bereik van waarden aannemen om gegevens weer te geven, en dit bereik kan worden gevisualiseerd. Een digitale thermometer daarentegen geeft waarden weer in discontinue stappen, bijvoorbeeld tienden van graden.
Ooude omroeptelevisies dienen als een ander voorbeeld: deze televisies gebruiken een signaal met een continu variabele golf om geluiden en beelden weer te geven.
Omdat de variaties in deze golven zo klein zijn, kunnen de golfvormen worden onderbroken door interferentie, wat leidt tot dingen als statisch geluid en sneeuwbeelden. Om de interferentie te verminderen, kunnen computers de golven omzetten in enen en nullen (of bits) als afzonderlijke stukjes gegevens. Het gebruik van bits in plaats van golfvormen vermindert de effecten van interferentie en resulteert in geluid en beeld van betere kwaliteit. Computers geven media daarom in numerieke vorm weer, en dit heeft een grote, en groeiende, invloed gehad op wat we in ons dagelijks leven zien en horen.
Deze week duiken we dieper in de wiskunde en basisverwerkingsprocessen die ten grondslag liggen aan mediaberekening en gegevensrepresentatie.
Activiteit: alledaagse gegevens
Nu u enkele voorbeelden hebt gezien van de manier waarop gegevens worden gerepresenteerd, kunt u nadenken over de gegevens die elke dag voor u tot leven worden gebracht via uw telefoon, laptop of desktopcomputer, en alle andere computers om u heen, zoals digitale displays op uw dagelijkse treinreis, uw smart-tv thuis, of de digitale radio in uw auto.