8.5 KiB
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Kapitel 1 — Datenfundamentale + Signal zum Byte
Bedient Klausur-Blöcke: 1 (Datenfundamentale) + 2 (Vom Signal zum Byte) Slide-Budget: ~40 (90-min-Termin)
Bogen
Eine Stunde, eine Frage: „Was steckt in einer Datei, und wie kommt es da rein?"
- Wir öffnen mit dem Alltag: Foto, Sprachnachricht, PDF. Drei vertraute Dinge — alle haben dasselbe Innenleben.
- Wir machen eine Datei roh auf (Hex-Editor) und sehen: Zahlen. Nichts als Zahlen.
- Wir lernen die Zahlen lesen (Bit/Byte/Hex als drei Schreibweisen einer Sache).
- Wir lernen, was die Zahlen bedeuten (ASCII → Unicode → Magic Numbers).
- Pivot: aber wie kommen die Zahlen überhaupt in die Datei? Wenn man ein Foto macht, eine Stimme aufnimmt — Signal aus der Welt → Zahl.
- Sampling und Quantisierung — die zwei Schritte, die jedes Signal digitalisieren.
- Rechnung am CD-Beispiel, Nyquist-Theorem als Begründung warum gerade 44,1 kHz.
- Aliasing als „was schiefgehen kann" — Audio-Knack und Moiré als gleiches Phänomen in zwei Modalitäten.
Advance Organizer (Eröffnungs-Folie, NEU)
Visuelles Schema, das den ganzen Bogen zeigt — keine konkrete Datei, sondern die Bewegung:
Welt (analog) Datei (Byte-Strom) Mensch (Bedeutung)
╲ ╱╲ ╱
╲ Sampling + ╱ ╲ Notation (Hex) ╱
╲ Quantisierung ╱ ╲ Encoding (ASCII/UTF-8) ╱
╲ ╱ ╲ Format (Magic Numbers) ╱
▼ ▼ ▼ ▼
000101001001010001001110010100100111100100...
Aussage: dieses Kapitel überbrückt zwei Richtungen — rein (analog → digital) und raus (digital → bedeutsam). Beide treffen sich am Byte.
→ neue Demo-Datei: docs/223015b/assets/demos/kap01-advance-organizer.html
Folien-Skelett
| # | Typ | Titel/Kern | Lernziel | Berührungspunkt | Visualisierung |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Cover | Kapitel 1 — Datenfundamentale | — | — | reuse cover |
| 2 | Lead | Was steckt in einer Datei? | Kapitel-Hook | Foto · Sprachnachricht · PDF | NEU collage |
| 3 | Inhalt | Drei Dateien — dasselbe Innenleben | Hook | derselbe Trio | NEU mit Hex-Preview |
| 4 | Advance Organizer | Welt → Datei → Bedeutung | Roter Faden | — | NEU kap01-advance-organizer |
| 5 | Demo | WTF!? Rohe Bytes einer PNG-Datei | Schock-Hook | — | reuse matrix-code bg |
| 6 | Inhalt | Eine Datei ist ein Byte-Strom | L1.2 | — | — |
| 7 | Inhalt | Was ist ein Byte? 8 Bit, 256 Zustände | L1.2 | — | reuse why-8-bit |
| 8 | Inhalt | Drei Schreibweisen, eine Zahl | L1.1 | — | reuse byte-fuer-byte |
| 9 | Demo | Byte → Nibble → Hex | L1.1, L1.2 | — | reuse byte-nibble-hex |
| 10 | Demo | Hex ↔ Dezimal-Tabelle | L1.1 | — | reuse hex-dec-table |
| 11 | Inhalt | Lesbarkeit: 01010000 vs 50 | L1.1 | CSS-Farbe #FF5733 |
— |
| 12 | Inhalt | Wo trifft man Hex im Alltag | L1.1 | CSS · MAC · Errorcode · Unicode | reuse hex-im-alltag-table |
| 13 | Demo | Bin/Hex/ASCII parallel | L1.1, L1.3 | — | reuse byte-flow |
| 14 | Demo | 8 Byte einer PNG, drei Sichten | L1.3, L1.4 | — | reuse three-views |
| 15 | Lead | Was bedeutet die Zahl 80? | Übergang zu Encoding | — | — |
| 16 | Inhalt | ASCII (1963, 7 Bit, 128 Zeichen) | L1.3 | — | reuse ascii-table |
| 17 | Inhalt | ASCII reicht für Englisch — aber? | L1.3 | ä, é, 中, 🌸 | — |
| 18 | Inhalt | Unicode + UTF-8 (1991, variable Länge) | L1.3 | — | — |
| 19 | Demo | Byte zählen: 29 Zeichen, 42 Byte | L1.3 | „Hello·🌸·こんにちは" | reuse byte-zählen-tabelle |
| 20 | Lead | Wie weiß der Computer was das ist? | Übergang zu Magic | — | — |
| 21 | Inhalt | Magic Numbers — erste Byte verraten Format | L1.4 | 89 50 4E 47 = PNG | reuse what-the-hex |
| 22 | Demo | Echte Datei im Hex-Editor | L1.4 | hexed.it im Browser | reuse hex-code |
| 23 | Demo | Zoom: ein Byte „P" | L1.1, L1.4 | — | reuse 8bit-P-character |
| 24 | Hands-On | hex-Datei identifizieren | L1.4 | — | bestehende Übung |
| 25 | Inhalt | KB vs KiB — warum 931 GB? | L1.5 | 1-TB-SSD-Etikett | NEU diagram |
| 26 | Inhalt | Dateneinheiten-Übersicht | L1.5 | — | reuse dateneinheiten-table |
| 27 | Pivot | Aber wie kommen die Bytes da rein? | Strang-Wechsel | — | NEU split-pivot-folie |
| 28 | Inhalt | Analog vs Digital — Druckwelle als Beispiel | L2.1 | — | reuse druckwelle |
| 29 | Inhalt | Sampling: Wie oft messen wir? | L2.1 | — | reuse sampling |
| 30 | Demo | Sampling-Animation | L2.1 | — | reuse sampling-grid |
| 31 | Inhalt | Quantisierung: Wie genau? | L2.1 | — | reuse quantisierung |
| 32 | Demo | Quantisierungsstufen | L2.1 | — | reuse quantisierung-stufen |
| 33 | Inhalt | Datenrate = Abtastrate × Bittiefe × Kanäle | L2.2 | CD-Audio · Spotify | — |
| 34 | Inhalt | CD-Audio: 44,1 kHz × 16 bit × 2 = 1,4 Mbit/s | L2.2 | — | — |
| 35 | Inhalt | Nyquist-Theorem | L2.3 | — | NEU nyquist-diagram |
| 36 | Inhalt | Warum gerade 44,1 kHz | L2.3 | — | — |
| 37 | Inhalt | Aliasing — wenn Sampling zu grob | L2.4 | Klang-Knack · Moiré | NEU aliasing-paar (audio + bild) |
| 38 | Demo | Aliasing live: Spotify-Bitrate-Vergleich | L2.4 | Spotify-Stream-Setting | NEU oder reuse |
| 39 | Hands-On | Audacity-Sample-Rate-Vergleich | L2.1, L2.4 | — | bestehende Übung |
| 40 | Zusammenfassung | Was wir in 90 Minuten gelernt haben | alle | — | NEU summary-organizer |
Hands-On Übungen (mindestens eine, hier zwei)
- Übung 1 (~10 min): In hexed.it eine vom Dozenten bereitgestellte Datei ohne Endung öffnen, anhand der ersten Byte das Format identifizieren. Spielt L1.4 (Magic Numbers).
- Übung 2 (~10 min): In Audacity eine kurze Aufnahme machen, dann auf 8 kHz / 22 kHz / 44,1 kHz resamplen und hören. Spielt L2.1, L2.3, L2.4.
Streichungs-Liste (Folien aus dem aktuellen Stand, die wegfallen)
Aus dem aktuellen 01-grundlagen-text-audio.md (~120 Slides) werden in der neuen Version Folgendes gestrichen oder verlagert:
- Datenwachstum der Menschheit / Zettabyte — gehört konzeptuell in Kap 0 (Intro/Motivation), nicht in Datenfundamentale
- Bandbreite-Mathematik-Slides (3 Stück) — gehört in Speicher/Schnittstellen-Kapitel, nicht hier
- Upload Flaschenhals — gehört in Speicher-/Schnittstellen-Kapitel
- Kompressionsraten Tabelle + Album-MB-Größe + Artemis-Slide — gehört in Kapitel 2 (Kompression), nicht in Fundamentale
- „Verlustfreie/Verlustbehaftete Kompression"-Folien (3 Slides + Vergleichstabelle) — gehört in Kapitel 2
- Vertiefungs-Folie Kompression mit Shannon-Entropy — Klausurirrelevant, raus
- Bit/Byte Verwirrung (Mbit/s) — gehört in Speicher/Schnittstellen
- CD-Audio Vertiefung — eindampfen oder als Speaker-Note in Folie 34
- AI-generierte Inhalte 2025 — out (Zukunfts-Thema, per D2 gelockt)
- Bilder-Aspekt Folien (Pixel-Berechnungen) — gehört in Kapitel 3 (Bilder)
- „Lossless für 35 Sek = 10 MB"-Audio-Beispiele — eindampfen
- Diverse Vertiefungen die Hauptfolien wörtlich wiederholen — alle raus (Mayer Redundancy)
Geschätzte Reduktion: 120 → 40 Slides (-67%).
Visualisierungen — neu zu bauen
| Demo-Datei | Was zeigt sie | Stil-Referenz |
|---|---|---|
kap01-advance-organizer.html |
Welt → Datei → Bedeutung Schema | three-views.html |
kb-vs-kib.html |
„1 TB" verkauft vs „931 GB" angezeigt | neue Tabelle + Erklärung |
nyquist-diagram.html |
Sampling-Frequenz vs Signal-Frequenz | wissenschaftliches Diagramm |
aliasing-paar.html |
Aliasing in Audio + Moiré in Bild parallel | zweispaltig |
pivot-signal-zu-byte.html |
„aber wie kommen die Bytes rein?" — Übergangsbild | NEU |
summary-organizer.html |
Zusammenfassung am Kapitel-Ende | reuse advance-organizer-Stil, alle Konzepte erfüllt |
Reuse-Demos (alle in slides/223015b/assets/demos/):
- byte-fuer-byte, byte-nibble-hex, hex-dec-table, byte-flow, three-views
- why-8-bit, ascii-table-colored, hex-code, 8bit-P-character
Validierungs-Status
- Bogen formuliert (eine Stunde, eine Frage)
- Advance Organizer skizziert
- Folien-Skelett mit Lernziel-Bezug pro Folie
- Mindestens ein Hands-On (hier zwei)
- Streichungsliste mit Begründungen
- Visualisierungs-TODO mit Reuse-Markierung
- Dozent-Review und Lock
- Phase 3: Visualisierungen bauen
- Phase 4: Folien schreiben