LIfT - Lehrwerk Informatik für Thüringen

Im vorangegangenen Kapitel wurde die Architektur moderner Computer betrachtet. Prozessoren, Arbeitsspeicher und Festplatten bilden die technische Grundlage für die Informationsverarbeitung nach dem EVAS-Prinzip und der von-Neumann-Architektur. Doch wie gelangen reale Informationen – Texte, Bilder, Töne oder Messwerte – überhaupt in den Computer? Und in welcher Form werden sie dort gespeichert?
Ein Computer kann nur mit digitalen Werten arbeiten. Analoge Größen aus der realen Welt müssen daher zunächst in eine Form gebracht werden, die der Computer verstehen und verarbeiten kann.
Diese Form sind Daten. Sie bestehen aus kleinsten, eindeutigen Informationseinheiten, die als Bits bezeichnet werden. Ein Bit kann nur zwei Zustände annehmen – „0“ oder „1“. Diese Zustände entsprechen in der technischen Umsetzung zwei unterschiedlichen elektrischen Spannungsniveaus. Durch die Kombination mehrerer Bits können komplexere Informationen dargestellt werden.

Acht Bits ergeben ein Byte. Das Byte stellt die grundlegende Speichereinheit in der Informatik dar. Ein Byte kann 256 verschiedene Zustände annehmen (von 0 bis 255 bzw. 00000000 bis 11111111 in binärer Darstellung). Damit lassen sich beispielsweise einzelne Zeichen in Textdateien speichern.

• 1 Bit = kleinste Informationseinheit (z. B. „0“ oder „1“)
• 1 Byte = 8 Bit
• 1 Kilobyte (kB) = 1 000 Byte (nach Dezimalsystem)
• 1 Kibibyte (KiB) = 1 024 Byte (nach Binärsystem)

In der Alltagssprache wird oft von „Kilobyte“, „Megabyte“ oder „Gigabyte“ gesprochen. Diese Begriffe stammen ursprünglich aus dem Dezimalsystem, werden aber in der Informatik häufig mit binären Werten verwendet. Um diese Unterscheidung eindeutig zu machen, wurden Binärpräfixe eingeführt.

Während Festplattenhersteller in der Regel die dezimalen Präfixe verwenden (1 GB = 1 000 000 000 Byte), nutzt das Betriebssystem meist die binären Präfixe (1 GiB = 1 073 741 824 Byte). Dadurch entstehen Unterschiede zwischen den auf der Verpackung angegebenen und den im Computer angezeigten Speichergrößen.

Speichereinheiten wie Bit und Byte begegnen im Alltag häufiger, als es auf den ersten Blick scheint. Dateien auf Computern, Smartphones oder USB-Sticks werden stets in Byte-Einheiten gemessen. Wer versteht, wie groß ein Kilobyte oder ein Megabyte ist, kann besser einschätzen, wie viel Platz einzelne Anwendungen oder Medien tatsächlich beanspruchen.

Ein einzelnes Textzeichen – etwa ein Buchstabe oder eine Zahl – benötigt in der Regel ein Byte. Ein kurzer Text mit 1 000 Zeichen beansprucht somit rund 1 000 Byte, also etwa 1 Kilobyte Speicher. Eine Textdatei lässt sich daher selbst auf kleinsten Speichermedien problemlos ablegen.

Anders verhält es sich bei komplexeren Datenarten:

• Bilder: Ein digitales Foto, aufgenommen mit einer typischen Smartphone-Kamera, kann mehrere Millionen Bildpunkte enthalten. Jeder Bildpunkt (Pixel) wird durch Farbwerte dargestellt, die wiederum aus mehreren Bytes bestehen. Ein Foto in guter Qualität ist daher meist einige Megabyte groß.
• Musikdateien: Digitale Musik wird aus vielen Abtastwerten pro Sekunde zusammengesetzt. Diese Informationen benötigen deutlich mehr Speicher. Eine dreiminütige Audiodatei im MP3-Format hat beispielsweise eine Größe von etwa 3 bis 5 Megabyte.
• Videos: Filme enthalten pro Sekunde viele Einzelbilder mit Ton und gehören daher zu den datenintensivsten Medien. Selbst stark komprimierte Videos überschreiten schnell mehrere Gigabyte.

Die folgende Übersicht verdeutlicht typische Größenordnungen:

Solche Vergleiche helfen, ein Gefühl für Datenmengen zu entwickeln. Speicherangaben auf Geräten – etwa „256 GB“ beim Smartphone oder „1 TB“ auf einer Festplatte – werden greifbarer, wenn nachvollzogen werden kann, wie viele Bilder, Lieder oder Videos darin Platz finden.