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Bit 0 = 0000
Für den normalen Hausgebrauch wäre das binäre System zu umständlich, weil die Zahlen schnell eine beachtliche Länge erreichen. Auch ist es nicht ganz einfach, mit Binärzahlen die vier Grundrechenarten durchzuführen. Für die Anwendung in der Digitaltechnik ist es jedoch ideal. Zwei Zustände lassen sich dort technisch vielfältig darstellen, übertragen, speichern, lesen usw. In der Informatik bedient man sich hilfsweise des Hexadezimalsystems. Im Gegensatz zum Dezimalsystem, das nur 10 Ziffern (0 bis 9) kennt, gibt es dort 16 “Ziffern”, und zwar 0 bis 9 und zusätzlich A bis F. Das hat damit zu tun, dass jedes hinzugefügte Bit den Wert einer Binärzahl maximal verdoppelt. Also 2, 4 , 8, 16 usw. (9 oder 10 kommen dabei nicht vor.) Ab dem Dezimalwert 8 werden zwingend 4 Bits gebraucht. Nachfolgend sehen Sie die binäre und die hexadezimale Darstellung von 8 bis 15. Hier ist das Bit ganz links stets 1. Ab dem Dezimalwert 16 kommt ein fünftes Bit hinzu. Für Laien mag es verwirrend sein, dass ein auf 16 basierendes System nur bis 15 zählt. Dies beruht darauf, dass 0 (Null) als Wert einbezogen ist. Wie man an den Beispielen sieht, lassen sich im Hexadezimalsystem mit einem Zeichen alle Datenwörter darstellen, die aus 4 Binärziffern bestehen. Ein solches Datenwort heißt “Nibble” oder “Halbbyte”. Zwei aneinandergefügte Nibbles = 8 Bits = 1 Byte. Das Byte wird also immer durch zwei Hexadezimalzeichen dargestellt. FF entspricht zum Beispiel binär 11111111 oder dezimal 255. Die Verwendung des Hexadezimalsystems verringert die Größe des zu editierenden Programms und beschleunigt das Umrechnen in Bits durch den Computer. Ein Umrechnen von Dezimalzahlen in Bits ist natürlich auch möglich, erfordert aber mehr Rechenschritte. Man kann es manuell durchführen, (wenn man weiß, wie es gemacht wird). Bei dem Schema nach Horner wird die vorgegebene Dezimalzahl immer wieder durch 2 geteilt, bis man im Ergebnis bei Null angelangt ist. Der jeweils verbleibende Rest wird notiert. Dafür genügt ein kleines Stück Papier. Beispiel für die Dezimalzahl 12 (Hexadezimalwert “C”): Bei den Rechenoperationen eines Computers unterscheidet man zwischen Daten- und Adressbits. Während, wie zuvor bereits erwähnt, Daten üblicherweise als Bytes mit einer Länge von 8 Bits verwendet werden, können “Adressen” aus sehr viel mehr Bits bestehen. Jede Speicherzelle hat eine eigene, unverwechselbare “Adresse”. Mit ihr wird festgelegt, wo ein Byte abgelegt oder gelesen werden soll. Je größer der Speicher eines Rechners ist, desto mehr Adressen und damit mehr Bits werden benötigt. Anfangs verfügten PCs nur über 16 Adressbits. Damit konnten maximal 65536 unterschiedliche Adressen gebildet werden. Das reichte bald nicht mehr aus. Mit “Windows 95” kam das erste Betriebssystem auf den Markt, das mit 32 Bits operierte. Statt (wie bisher) nur ca. 64 kByte adressieren zu können, waren es mit 2³² nun ca. 4 Gigabyte. Inzwischen ist auch das überholt, weil die Busbreite mit 64 Bits noch einmal verdoppelt wurde.
Das Beispiel DSL zeigt, wie rasant sich in kurzer Zeit die binäre Datenübertragung fortentwickelt hat. Während ein Datenmodem¹) bis in die 1980er Jahre (duplex) noch mit 300 Bit pro Sekunde arbeitete, war ISDN mit 64 Kilobit ein richtiger Quantensprung. Heute sehen wir über eine normale Telefonleitung via DSL mit bis zu 200 MBit ruckelfreie Kinofilme in sehr hoher Auflösung, können gleichzeitig und schnell Daten hochladen sowie auf zwei Kanälen telefonieren. Ein Ende der Entwicklung ist nicht in Sicht. ¹) “Modem” kommt von Modulator/Demodulator. Bei den frühen Modems wurden die Bits beim analogen Senden via Telefon oder Funk in zwei verschieden hohe Töne umgewandelt (moduliert). Diese mussten sich im Bereich von 300 bis 3000 Hz bewegen. Beim Empfang wurden die Töne wieder zu Einsen und Nullen (demoduliert). Dieses Verfahren stieß mit zunehmender Geschwindigkeit sehr bald an seine Grenzen. Zwar wird heute immer noch der Begriff “Modem” verwendet, die Übertragung erfolgt jedoch grundlegend anders. Historisches: Im Jahr 1843 wurde von Alexander Bain der erste “Kopiertelegraph” erfunden. Mit ihm konnten 1865 zwischen Paris und Lyon erstmals Handschriften und Zeichnungen (binär) übertragen werden. Die Erfindung war der Vorläufer unseres heutigen Faxgeräts. Noch älter ist der 1833 von Samuel Morse entwickelte Morsecode. Er bestand (und besteht) aus Punkten und Strichen bzw. kurzen und langen Tönen. Er kann daher auch als binärer Code bezeichnet werden. Bei ihm variiert die Länge des “Datenworts” von Zeichen zu Zeichen. Buchstaben bestehen je nach der Häufigkeit ihrer Verwendung aus eins bis vier “Bits”. Die Trennung erfolgt durch eine kurze Pause. Ziffern werden stets durch 5 Punkte und/oder Striche dargestellt. Die Ziffer 7 hat zum Beispiel 2 Striche + 3 Punkte. |
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Seit 1959 digital übermittelte deutsche Normalzeit
Nach der Erfindung des Morsecodes dauerte es noch über 150 Jahre, bis in Deutschland 1989 mit “ISDN” das digitale Telefon eingeführt wurde. Nach der Jahrtausendwende begann man damit, auch den Rundfunk digital zu übertragen. Ab 2001 nahm man den Regelbetrieb auf und nannte es “DAB” (Digital Audio Broadcasting). Wegen geringer Reichweiten und zu wenigen verfügbaren Empfängern fand diese Technik bei der Bevölkerung keinen großen Anklang. Bis zum Jahr 2007 hatte man erst ca. 500 000 Geräte verkauft. Die Leute setzten weiter auf den bewährten, analogen UKW-Empfang und empfanden DAB als keine erstrebenswerte Alternative. Ab 2011 wurde auf “DAB+” umgestellt. Ein hochwertigeres Kodierungsverfahren mit einer etwas höheren Datenkompression. Dadurch können in einem Frequenzband gleichzeitig mehr Programme übertragen werden. DAB+ wurde nun mit großem Werbeaufwand und einer Vielzahl an verfügbaren Empfangsgeräten den Menschen nahe gebracht und erfreut sich tatsächlich zunehmender Beliebtheit. Dabei spielte es eine Rolle, dass die Schweiz und Norwegen als Vorreiter mit gutem Beispiel vorangegangen waren. In Norwegen ist das UKW-Netz bereits abgeschaltet, in der Schweiz steht das bevor. Auch in Deutschland wird es UKW irgendwann nicht mehr geben. Man rechnet jedoch nicht vor 2030 damit, denn der Ausbau mit Sendern, die DAB+ abstrahlen, ist längst noch nicht abgeschlossen. Es gibt nach wie vor größere Lücken. Außerdem wird nach wie vor nicht flächendeckend mit vertikaler Polarisation gesendet. Vorteile von DAB+: Die übertragene Musik hat prinzipiell MP3-Qualität. Es gibt kein Rauschen und Knistern mehr. Für den Empfang gilt: “Geht oder geht nicht”. Technisch ist nun Gleichwellenbetrieb möglich. (Mehrere Sender strahlen auf derselben Frequenz.) UKW-Sender müssen stattdessen auf unterschiedlichen Frequenzen arbeiten, um sich nicht gegenseitig zu stören. Bestimmte Programme lassen sich mit DAB+ ohne manuelles Eingreifen bundesweit empfangen. DAB+ benötigt nicht die hohen Strahlungsleistungen von UKW-Sendern. Damit verringern sich die Betriebskosten. Die Vielfalt an zur Verfügung stehenden Programmen ist deutlich höher als bei UKW. Nachteile von DAB+: Die Akzeptanz bei den Autofahrern ist steigerungsfähig. Allerdings wird es stetig besser, da bei Neufahrzeugen der Digitalempfang bindend vorgeschrieben ist. Bei älteren Fahrtzeugen ist es schwierig, da die für den UKW-Empfang verwendeten Kfz-Antennen nur bedingt nutzbar sind. DAB+ wird im Bereich des bisherigen TV-Bandes III (174 bis 230 MHz) abgestrahlt. Wer ein Fahrzeug nutzt, das bisher nur UKW empfangen konnte, muss für die Nachrüstung mit DAB+ meist auch eine weitere Antenne haben. Manche DAB+-Sender verwenden aus Sparsamkeitsgründen einfach ihre alten TV-Antennen weiter, was sich wegen der horizontalen Polarisation negativ auf den Empfang im Auto auswirkt. Im Großraum Berlin ist das ein echtes Ärgernis, während Bayern vorbildlich alle DAB+-Sender vertikal abstrahlen lässt. Auch die empfangbaren Feldstärken sowie die Senderdichte sind noch nicht als befriedigend anzusehen. Entsprechend sind mancherorts die Reichweiten zu dürftig. Derzeit kommt DAB+ (noch) nicht an die “Ausleuchtung” der UKW-Sender heran. Dies hat auch damit zu tun, dass die höheren Frequenzen (174 bis 230 MHz) nicht dieselben Ausbreitungsbedingungen wie UKW (87.5 bis 108 MHz) haben. Abschattungen durch Berge oder Gebäude machen sich beim Autofahren stärker in Form von zeitweiligen Totalaussetzern bemerkbar. Wo das der Fall ist, macht das Radiohören im fahrenden Auto wenig Freude. Möglicherweise sind die Verantwortlichen sich nicht bewusst darüber, dass es die Autofahrer sind, die als größte Hörergruppe für DAB+ gewonnen werden müssen. Im eigenen Zuhause hat das (terrestrische) Radiohören wegen vieler Alternativen längst nicht mehr die Wichtigkeit früherer Jahrzehnte. Die geschilderten Nachteile beschreiben die Situation im Jahr 2018. Sie alle können beseitigt werden, wenn die Verantwortlichen es wollen und ihnen dafür die finanziellen Mittel zur Verfügung gestellt werden. Es gibt Ähnlichkeiten mit den immer noch vorhandenen “Löchern” in den Mobilfunknetzen. Mindestens an den Autobahnen und wichtigsten Bundesstraßen könnte man mit wenig Aufwand Füllsender errichten. Wegen des Gleichwellenbetriebs wäre das technisch leicht zu realisieren.
Sowohl mit DVB-S als auch mit DVB-T ist die Übertragung von hochauflösenden Bildern (in HD-Qualität) nicht möglich. Das führte zur Einführung der Standards DVB-S2 und DVB-T2. Terrestrisch wurde ab 2016 mit der Umstellung begonnen. Die Privatsender nutzten das zur generellen Einführung der Verschlüsselung ihrer Signale. Wer TV in HD-Qualität empfangen will, muss dafür seit diesem Zeitpunkt zahlen. |
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