08. 06.2018
Ιστολόγιο του Ντμίτρι Βασιάροφ.
Δυαδικός κώδικας - πού και πώς χρησιμοποιείται;
Σήμερα χαίρομαι ιδιαίτερα που σας γνωρίζω, αγαπητοί μου αναγνώστες, γιατί νιώθω σαν δάσκαλος που από το πρώτο κιόλας μάθημα αρχίζει να εισάγει την τάξη στα γράμματα και τους αριθμούς. Και επειδή ζούμε σε έναν κόσμο ψηφιακών τεχνολογιών, θα σας πω ποιος είναι ο δυαδικός κώδικας, ο οποίος είναι η βάση τους.
Ας ξεκινήσουμε με την ορολογία και ας μάθουμε τι σημαίνει δυαδικό. Για διευκρίνιση, ας επιστρέψουμε στον συνήθη λογισμό μας, που ονομάζεται «δεκαδικός». Δηλαδή, χρησιμοποιούμε 10 ψηφία, τα οποία καθιστούν δυνατό τον άνετο χειρισμό με διάφορους αριθμούς και τη διατήρηση κατάλληλου αρχείου.
Ακολουθώντας αυτή τη λογική, το δυαδικό σύστημα προβλέπει τη χρήση μόνο δύο χαρακτήρων. Στην περίπτωσή μας, είναι απλώς "0" (μηδέν) και "1" ένα. Και εδώ θέλω να σας προειδοποιήσω ότι υποθετικά θα μπορούσαν να υπάρχουν άλλες συμβάσεις στη θέση τους, αλλά είναι ακριβώς τέτοιες τιμές, που δηλώνουν την απουσία (0, κενό) και την παρουσία ενός σήματος (1 ή "ραβδί"), που θα βοηθήσουν κατανοούμε περαιτέρω τη δομή του δυαδικού κώδικα.
Γιατί χρειαζόμαστε έναν δυαδικό κώδικα;
Πριν από την εμφάνιση των υπολογιστών, χρησιμοποιήθηκαν διάφορα αυτόματα συστήματα, η αρχή της λειτουργίας των οποίων βασιζόταν στη λήψη ενός σήματος. Ο αισθητήρας ενεργοποιείται, το κύκλωμα κλείνει και μια συγκεκριμένη συσκευή είναι ενεργοποιημένη. Χωρίς ρεύμα στο κύκλωμα σήματος - χωρίς λειτουργία. Ήταν ηλεκτρονικές συσκευές που επέτρεψαν να σημειωθεί πρόοδος στην επεξεργασία πληροφοριών που αντιπροσωπεύονται από την παρουσία ή την απουσία τάσης στο κύκλωμα.
Η περαιτέρω περιπλοκή τους οδήγησε στην εμφάνιση των πρώτων επεξεργαστών, οι οποίοι επίσης έκαναν τη δουλειά τους, επεξεργάζοντας ήδη ένα σήμα που αποτελείται από παλμούς που εναλλάσσονται με έναν συγκεκριμένο τρόπο. Δεν θα υπεισέλθουμε στις λεπτομέρειες του λογισμικού τώρα, αλλά το εξής είναι σημαντικό για εμάς: οι ηλεκτρονικές συσκευές αποδείχθηκε ότι μπορούν να διακρίνουν μια δεδομένη ακολουθία εισερχόμενων σημάτων. Φυσικά, είναι δυνατό να περιγραφεί ο υπό όρους συνδυασμός με αυτόν τον τρόπο: "υπάρχει σήμα". "χωρίς σήμα"; "υπάρχει σήμα"? «υπάρχει σήμα». Μπορείτε ακόμη να απλοποιήσετε τη σημείωση: "υπάρχει"? "Οχι"; "υπάρχει"; "υπάρχει".
Αλλά είναι πολύ πιο εύκολο να υποδείξετε την παρουσία ενός σήματος με μονάδα "1" και την απουσία του με μηδέν "0". Τότε αντί για όλα αυτά μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε έναν απλό και συνοπτικό δυαδικό κώδικα: 1011.
Φυσικά, η τεχνολογία επεξεργαστών έχει προχωρήσει πολύ μπροστά και τώρα τα τσιπ είναι σε θέση να αντιλαμβάνονται όχι μόνο μια ακολουθία σημάτων, αλλά ολόκληρα προγράμματα γραμμένα από ορισμένες εντολές που αποτελούνται από μεμονωμένους χαρακτήρες.
Αλλά για την καταγραφή τους, χρησιμοποιείται ο ίδιος δυαδικός κώδικας, που αποτελείται από μηδενικά και μονάδες, που αντιστοιχούν στην παρουσία ή απουσία σήματος. Είτε υπάρχει είτε όχι, δεν έχει σημασία. Για ένα τσιπ, οποιαδήποτε από αυτές τις επιλογές είναι μια ενιαία πληροφορία, η οποία ονομάζεται "bit" (το bit είναι η επίσημη μονάδα μέτρησης).
Συμβατικά, ένας χαρακτήρας μπορεί να κωδικοποιηθεί από μια ακολουθία πολλών χαρακτήρων. Δύο σήματα (ή η απουσία τους) μπορούν να περιγράψουν μόνο τέσσερις επιλογές: 00; 01;10; 11. Αυτή η μέθοδος κωδικοποίησης ονομάζεται δύο bit. Αλλά μπορεί επίσης να είναι:
- Τα τέσσερα bit (όπως στο παράδειγμα στην παραπάνω παράγραφο 1011) σας επιτρέπει να γράψετε 2 ^ 4 = 16 συνδυασμούς χαρακτήρων.
- Οκτώ bit (για παράδειγμα: 0101 0011; 0111 0001). Κάποτε είχε το μεγαλύτερο ενδιαφέρον για τον προγραμματισμό επειδή κάλυπτε 2^8 = 256 τιμές. Αυτό κατέστησε δυνατή την περιγραφή όλων των δεκαδικών ψηφίων, του λατινικού αλφαβήτου και των ειδικών χαρακτήρων.
- Δεκαέξι bit (1100 1001 0110 1010) ή υψηλότερο. Αλλά οι δίσκοι με τόσο μεγάλο μήκος είναι ήδη για σύγχρονες, πιο σύνθετες εργασίες. Οι σύγχρονοι επεξεργαστές χρησιμοποιούν αρχιτεκτονικές 32 και 64 bit.
Για να είμαι ειλικρινής, δεν υπάρχει καμία επίσημη έκδοση, συνέβη ότι ήταν ο συνδυασμός οκτώ χαρακτήρων που έγινε το τυπικό μέτρο των αποθηκευμένων πληροφοριών, που ονομάζεται "bytes". Αυτό θα μπορούσε να ισχύει ακόμη και για ένα μόνο γράμμα γραμμένο σε δυαδικό κώδικα 8-bit. Λοιπόν, αγαπητοί μου φίλοι, παρακαλώ θυμηθείτε (αν κάποιος δεν ήξερε):
8 bit = 1 byte.
Αποδεκτό λοιπόν. Αν και ένας χαρακτήρας γραμμένος ως τιμή 2-bit ή 32-bit μπορεί επίσης ονομαστικά να ονομαστεί byte. Παρεμπιπτόντως, χάρη στον δυαδικό κώδικα, μπορούμε να εκτιμήσουμε τον όγκο των αρχείων που μετράται σε byte και την ταχύτητα μεταφοράς πληροφοριών και του Διαδικτύου (bits ανά δευτερόλεπτο).
Δυαδική κωδικοποίηση σε δράση
Για την τυποποίηση της καταγραφής πληροφοριών για υπολογιστές, έχουν αναπτυχθεί αρκετά συστήματα κωδικοποίησης, ένα από τα οποία το ASCII, που βασίζεται στην εγγραφή 8-bit, έχει γίνει ευρέως διαδεδομένο. Οι τιμές σε αυτό κατανέμονται με ειδικό τρόπο:
- οι πρώτοι 31 χαρακτήρες είναι χαρακτήρες ελέγχου (από 00000000 έως 00011111). Εξυπηρετεί για εντολές σέρβις, έξοδο σε εκτυπωτή ή οθόνη, ηχητικά σήματα, μορφοποίηση κειμένου.
- τα ακόλουθα από 32 έως 127 (00100000 - 01111111) Λατινικό αλφάβητο και βοηθητικά σύμβολα και σημεία στίξης·
- τα υπόλοιπα, μέχρι το 255ο (10000000 - 11111111) - εναλλακτικό, μέρος του πίνακα για ειδικές εργασίες και εμφάνιση εθνικών αλφαβήτων.
Η ερμηνεία των τιμών σε αυτό φαίνεται στον πίνακα.
Αν νομίζετε ότι το «0» και το «1» βρίσκονται σε χαοτική σειρά, τότε κάνετε βαθύτατο λάθος. Χρησιμοποιώντας οποιονδήποτε αριθμό ως παράδειγμα, θα σας δείξω ένα μοτίβο και θα σας διδάξω πώς να διαβάζετε αριθμούς γραμμένους σε δυαδικό κώδικα. Αλλά για αυτό θα δεχθούμε ορισμένους όρους:
- Ένα byte 8 χαρακτήρων θα διαβαστεί από τα δεξιά προς τα αριστερά.
- Εάν σε συνηθισμένους αριθμούς χρησιμοποιούμε τα ψηφία των μονάδων, δεκάδες, εκατοντάδες, τότε εδώ (διαβάζοντας με αντίστροφη σειρά) για κάθε bit υπάρχουν διαφορετικές δυνάμεις του "δύο": 256-124-64-32-16-8-4-2- 1;
- Τώρα κοιτάμε τον δυαδικό κώδικα ενός αριθμού, για παράδειγμα 00011011. Όπου υπάρχει σήμα «1» στην αντίστοιχη θέση, παίρνουμε τις τιμές αυτού του bit και τις συνοψίζουμε με τον συνηθισμένο τρόπο. Αντίστοιχα: 0+0+0+32+16+0+2+1 = 51. Μπορείτε να επαληθεύσετε την ορθότητα αυτής της μεθόδου κοιτάζοντας τον πίνακα κωδικών.
Τώρα, περίεργοι φίλοι μου, όχι μόνο ξέρετε τι είναι ένας δυαδικός κώδικας, αλλά ξέρετε και πώς να μετατρέψετε τις πληροφορίες που κρυπτογραφούνται από αυτόν.
Γλώσσα κατανοητή στη σύγχρονη τεχνολογία
Φυσικά, ο αλγόριθμος για την ανάγνωση δυαδικού κώδικα από συσκευές επεξεργαστή είναι πολύ πιο περίπλοκος. Αλλά με τη βοήθειά του, μπορείτε να γράψετε ότι θέλετε:
- Πληροφορίες κειμένου με επιλογές μορφοποίησης.
- Αριθμούς και οποιεσδήποτε πράξεις με αυτούς·
- Εικόνες γραφικών και βίντεο.
- Ήχοι, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που ξεπερνούν την ακοή μας.
Επιπλέον, λόγω της απλότητας της «παρουσίασης», είναι δυνατοί διάφοροι τρόποι καταγραφής δυαδικών πληροφοριών:
Η συμπλήρωση των πλεονεκτημάτων της δυαδικής κωδικοποίησης είναι σχεδόν απεριόριστες δυνατότητες μετάδοσης πληροφοριών σε οποιαδήποτε απόσταση. Είναι αυτή η μέθοδος επικοινωνίας που χρησιμοποιείται με διαστημόπλοια και τεχνητούς δορυφόρους.
Έτσι, σήμερα, το δυαδικό σύστημα είναι η γλώσσα που μπορούν να κατανοήσουν οι περισσότερες ηλεκτρονικές συσκευές που χρησιμοποιούμε. Και το πιο ενδιαφέρον είναι ότι δεν προβλέπεται άλλη εναλλακτική για αυτόν ακόμα.
Νομίζω ότι οι πληροφορίες που έχω δώσει θα είναι αρκετές για να ξεκινήσετε. Και τότε, εάν προκύψει μια τέτοια ανάγκη, όλοι θα μπορούν να εμβαθύνουν σε μια ανεξάρτητη μελέτη αυτού του θέματος.
Θα σας αποχαιρετήσω και μετά από ένα μικρό διάλειμμα θα ετοιμάσω για εσάς ένα νέο άρθρο του blog μου, για κάποιο ενδιαφέρον θέμα.
Καλύτερα να μου το πεις εσύ ;)
Τα λέμε σύντομα.
Οι υπολογιστές δεν καταλαβαίνουν τις λέξεις και τους αριθμούς όπως οι άνθρωποι. Το σύγχρονο λογισμικό επιτρέπει στον τελικό χρήστη να το αγνοήσει, αλλά στα χαμηλότερα επίπεδα ο υπολογιστής σας λειτουργεί με ένα δυαδικό ηλεκτρικό σήμα που έχει μόνο δύο πολιτείες: υπάρχει ρεύμα ή δεν υπάρχει ρεύμα. Για να «καταλάβετε» σύνθετα δεδομένα, ο υπολογιστής σας πρέπει να τα κωδικοποιήσει σε δυαδικό.
Το δυαδικό σύστημα βασίζεται σε δύο ψηφία, το 1 και το 0, που αντιστοιχούν σε καταστάσεις ενεργοποίησης και απενεργοποίησης που μπορεί να καταλάβει ο υπολογιστής σας. Μάλλον γνωρίζετε το δεκαδικό σύστημα. Χρησιμοποιεί δέκα ψηφία, από το 0 έως το 9, και στη συνέχεια προχωρά στην επόμενη σειρά για να σχηματίσει διψήφιους αριθμούς, με το ψηφίο από κάθε σειρά δέκα φορές το προηγούμενο. Το δυαδικό σύστημα είναι παρόμοιο, με κάθε ψηφίο να είναι διπλάσιο από το προηγούμενο.
Καταμέτρηση σε δυαδικό
Στο δυαδικό, το πρώτο ψηφίο είναι ισοδύναμο με 1 σε δεκαδικό. Το δεύτερο ψηφίο είναι 2, το τρίτο είναι 4, το τέταρτο είναι 8 και ούτω καθεξής—διπλασιάζοντας κάθε φορά. Η προσθήκη όλων αυτών των τιμών θα σας δώσει έναν αριθμό σε δεκαδική μορφή.
1111 (δυαδικό) = 8 + 4 + 2 + 1 = 15 (δεκαδικός)
Η λογιστική για το 0 μας δίνει 16 πιθανές τιμές για τέσσερα δυαδικά bit. Μετακινήστε 8 bit και λαμβάνετε 256 πιθανές τιμές. Αυτό καταλαμβάνει πολύ περισσότερο χώρο για να αναπαραστήσουμε, καθώς τα τέσσερα ψηφία σε δεκαδικό μας δίνουν 10.000 πιθανές τιμές. Φυσικά, ο δυαδικός κώδικας καταλαμβάνει περισσότερο χώρο, αλλά οι υπολογιστές κατανοούν τα δυαδικά αρχεία πολύ καλύτερα από το δεκαδικό σύστημα. Και για ορισμένα πράγματα, όπως η λογική επεξεργασία, το δυαδικό είναι καλύτερο από το δεκαδικό.
Πρέπει να πούμε ότι υπάρχει ένα άλλο βασικό σύστημα που χρησιμοποιείται στον προγραμματισμό: δεκαεξαδικό. Αν και οι υπολογιστές δεν λειτουργούν σε δεκαεξαδικό, οι προγραμματιστές το χρησιμοποιούν για να αναπαραστήσουν δυαδικές διευθύνσεις σε μορφή αναγνώσιμη από τον άνθρωπο όταν γράφουν κώδικα. Αυτό συμβαίνει επειδή δύο ψηφία ενός δεκαεξαδικού αριθμού μπορούν να αντιπροσωπεύουν ένα ολόκληρο byte, δηλαδή αντικαθιστούν οκτώ ψηφία σε δυαδικό. Το δεκαεξαδικό σύστημα χρησιμοποιεί τους αριθμούς 0-9, καθώς και τα γράμματα A έως F, για να πάρει επιπλέον έξι ψηφία.
Γιατί οι υπολογιστές χρησιμοποιούν δυαδικά αρχεία
Σύντομη απάντηση: το υλικό και οι νόμοι της φυσικής. Κάθε χαρακτήρας στον υπολογιστή σας είναι ένα ηλεκτρικό σήμα, και στις πρώτες μέρες των υπολογιστών, η μέτρηση των ηλεκτρικών σημάτων ήταν πολύ πιο δύσκολη. Ήταν πιο λογικό να γίνει διάκριση μεταξύ μόνο της κατάστασης "on", που αντιπροσωπεύεται από ένα αρνητικό φορτίο, και της κατάστασης "off", που αντιπροσωπεύεται από ένα θετικό φορτίο.
Για όσους δεν ξέρουν γιατί το "off" αντιπροσωπεύεται από ένα θετικό φορτίο, αυτό συμβαίνει επειδή τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο και περισσότερα ηλεκτρόνια σημαίνει περισσότερο ρεύμα με αρνητικό φορτίο.
Έτσι χρησιμοποιήθηκαν πρώιμοι υπολογιστές μεγέθους δωματίου δυαδικάγια να κατασκευάσουν τα συστήματά τους, και παρόλο που χρησιμοποιούσαν παλαιότερο, πιο ογκώδες εξοπλισμό, λειτουργούσαν με τις ίδιες θεμελιώδεις αρχές. Οι σύγχρονοι υπολογιστές χρησιμοποιούν αυτό που λέγεται τρανζίστορ για να εκτελέσετε υπολογισμούς με δυαδικό κώδικα.
Εδώ είναι ένα σχηματικό σχήμα ενός τυπικού τρανζίστορ:
Βασικά, επιτρέπει στο ρεύμα να ρέει από την πηγή στην αποχέτευση εάν υπάρχει ρεύμα στην πύλη. Αυτό σχηματίζει ένα δυαδικό κλειδί. Οι κατασκευαστές μπορούν να φτιάξουν αυτά τα τρανζίστορ τόσο μικρά όσο 5 νανόμετρα ή τόσο μικρά όσο δύο κλώνοι DNA. Έτσι λειτουργούν οι σύγχρονοι επεξεργαστές, και ακόμη και αυτοί μπορεί να υποφέρουν από προβλήματα στη διάκριση μεταξύ των καταστάσεων ενεργοποίησης και απενεργοποίησης (αν και αυτό οφείλεται στο μη ρεαλιστικό μοριακό τους μέγεθος, με την επιφύλαξη παραξενιές της κβαντικής μηχανικής).
Γιατί μόνο δυαδικό σύστημα
Ίσως λοιπόν να σκέφτεστε, «Γιατί μόνο 0 και 1; Γιατί να μην προσθέσετε έναν άλλο αριθμό; Αν και αυτό οφείλεται εν μέρει στις παραδόσεις της δημιουργίας υπολογιστών, την ίδια στιγμή, η προσθήκη ενός ακόμη ψηφίου θα σήμαινε την ανάγκη να επισημανθεί μια ακόμη κατάσταση του ρεύματος, και όχι απλώς "off" ή "on".
Το πρόβλημα εδώ είναι ότι αν θέλετε να χρησιμοποιήσετε πολλαπλά επίπεδα τάσης, χρειάζεστε έναν τρόπο να κάνετε εύκολα υπολογισμούς με αυτά και το σύγχρονο υλικό που μπορεί να το κάνει αυτό δεν είναι βιώσιμο ως αντικατάσταση δυαδικών υπολογισμών. Για παράδειγμα, υπάρχει ένα λεγόμενο τριπλός υπολογιστής, αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1950, αλλά η ανάπτυξη σταμάτησε εκεί. Τριαδική λογική πιο αποτελεσματικό από το δυαδικό, αλλά δεν υπάρχει ακόμη αποτελεσματική αντικατάσταση για το δυαδικό τρανζίστορ ή τουλάχιστον κανένα τρανζίστορ τόσο μικροσκοπικό όσο το δυαδικό.
Ο λόγος που δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τριμερή λογική οφείλεται στο πώς συνδέονται τα τρανζίστορ σε έναν υπολογιστή και πώς χρησιμοποιούνται για μαθηματικούς υπολογισμούς. Το τρανζίστορ λαμβάνει πληροφορίες για δύο εισόδους, εκτελεί μια λειτουργία και επιστρέφει το αποτέλεσμα σε μία έξοδο.
Έτσι, τα δυαδικά μαθηματικά είναι ευκολότερα για έναν υπολογιστή από οτιδήποτε άλλο. Η δυαδική λογική μετατρέπεται εύκολα σε δυαδικά συστήματα, με το True και το False να αντιστοιχούν στις καταστάσεις On και Off.
Ένας δυαδικός πίνακας αλήθειας που λειτουργεί με δυαδική λογική θα έχει τέσσερις πιθανές εξόδους για κάθε θεμελιώδη πράξη. Όμως, εφόσον οι τριπλές πύλες χρησιμοποιούν τρεις εισόδους, ο πίνακας τριπλής αλήθειας θα έχει 9 ή περισσότερες. Ενώ ένα δυαδικό σύστημα έχει 16 πιθανούς τελεστές (2^2^2), ένα τριμερές σύστημα θα είχε 19683 (3^3^3). Η κλιμάκωση γίνεται πρόβλημα γιατί αν και η τριάδα είναι πιο αποτελεσματική, είναι επίσης εκθετικά πιο περίπλοκη.
Ποιός ξέρει?Στο μέλλον, μπορεί κάλλιστα να δούμε τριμερείς υπολογιστές καθώς η δυαδική λογική έχει αντιμετωπίσει προβλήματα σμίκρυνσης. Προς το παρόν, ο κόσμος θα συνεχίσει να λειτουργεί σε δυαδική λειτουργία.
Ο δυαδικός μεταφραστής είναι ένα εργαλείο για τη μετάφραση δυαδικού κώδικα σε κείμενο για ανάγνωση ή εκτύπωση. Μπορείτε να μεταφράσετε ένα δυαδικό αρχείο στα αγγλικά χρησιμοποιώντας δύο μεθόδους. ASCII και Unicode.
Δυαδικό σύστημα αριθμών
Το σύστημα δυαδικού αποκωδικοποιητή βασίζεται στον αριθμό 2 (βάση). Αποτελείται από δύο μόνο αριθμούς ως σύστημα αριθμών βάσης-2: 0 και 1.
Αν και το δυαδικό σύστημα χρησιμοποιήθηκε για διάφορους σκοπούς στην αρχαία Αίγυπτο, την Κίνα και την Ινδία, έχει γίνει η γλώσσα των ηλεκτρονικών και των υπολογιστών στον σύγχρονο κόσμο. Είναι το πιο αποτελεσματικό σύστημα για την ανίχνευση της κατάστασης off (0) και on (1) ενός ηλεκτρικού σήματος. Είναι επίσης η βάση του δυαδικού κώδικα σε κείμενο, ο οποίος χρησιμοποιείται στους υπολογιστές για τη σύνθεση δεδομένων. Ακόμη και το ψηφιακό κείμενο που διαβάζετε αυτή τη στιγμή αποτελείται από δυαδικούς αριθμούς. Αλλά μπορείτε να διαβάσετε αυτό το κείμενο επειδή έχουμε μεταγράψει τον δυαδικό κώδικα του αρχείου μετάφρασης χρησιμοποιώντας τον δυαδικό κώδικα της λέξης.
Τι είναι το ASCII;
Το ASCII είναι ένα πρότυπο κωδικοποίησης χαρακτήρων για ηλεκτρονική επικοινωνία, συντομογραφία του American Standard Code for Information Interchange. Σε υπολογιστές, εξοπλισμό τηλεπικοινωνιών και άλλες συσκευές, οι κωδικοί ASCII αντιπροσωπεύουν κείμενο. Ενώ υποστηρίζονται πολλοί πρόσθετοι χαρακτήρες, τα περισσότερα σύγχρονα σχήματα κωδικοποίησης χαρακτήρων βασίζονται σε ASCII.
Το ASCII είναι το παραδοσιακό όνομα για το σύστημα κωδικοποίησης. Η Αρχή Εκχωρημένων Αριθμών Διαδικτύου (IANA) προτιμά το ενημερωμένο όνομα US-ASCII, το οποίο διευκρινίζει ότι το σύστημα αναπτύχθηκε στις ΗΠΑ και βασίζεται σε τυπογραφικούς χαρακτήρες που χρησιμοποιούνται κυρίως. Το ASCII είναι ένα από τα σημαντικότερα σημεία του IEEE.
Δυαδικό σε ASCII
Αρχικά βασισμένο στο αγγλικό αλφάβητο, το ASCII κωδικοποιεί 128 καθορισμένους ακέραιους χαρακτήρες επτά bit. Μπορείτε να εκτυπώσετε 95 κωδικοποιημένους χαρακτήρες, συμπεριλαμβανομένων των αριθμών 0 έως 9, πεζών γραμμάτων a έως z, κεφαλαίων γραμμάτων A έως Z και χαρακτήρων στίξης. Επιπλέον, 33 μη εκτυπώσιμοι κωδικοί ελέγχου που παράγονται από μηχανές Teletype συμπεριλήφθηκαν στην αρχική προδιαγραφή ASCII. τα περισσότερα από αυτά είναι πλέον παρωχημένα, αν και ορισμένα εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται συνήθως, όπως επιστροφές μεταφοράς, τροφοδοσίες γραμμής και κωδικοί καρτελών.
Για παράδειγμα, ο δυαδικός αριθμός 1101001 = δεκαεξαδικός 69 (i είναι το ένατο γράμμα) = δεκαδικός 105 θα αντιπροσώπευε το ASCII πεζό I.
Χρήση ASCII
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, χρησιμοποιώντας το ASCII μπορείτε να μεταφράσετε κείμενο υπολογιστή σε ανθρώπινο κείμενο. Με απλά λόγια, είναι μεταφραστής από δυαδικό σε αγγλικό. Όλοι οι υπολογιστές λαμβάνουν μηνύματα σε δυαδική σειρά, σειρές 0 και 1. Ωστόσο, όπως τα αγγλικά και τα ισπανικά μπορούν να χρησιμοποιούν το ίδιο αλφάβητο αλλά έχουν εντελώς διαφορετικές λέξεις για πολλές παρόμοιες λέξεις, οι υπολογιστές έχουν επίσης τη δική τους γλωσσική έκδοση. Το ASCII χρησιμοποιείται ως μέθοδος που επιτρέπει σε όλους τους υπολογιστές να ανταλλάσσουν έγγραφα και αρχεία στην ίδια γλώσσα.
Το ASCII είναι σημαντικό επειδή στους υπολογιστές δόθηκε μια κοινή γλώσσα κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού.
Το 1963, το ASCII χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά εμπορικά ως κωδικός τηλετυπωτή επτά bit για το δίκτυο American Telephone & Telegraph TWX (Teletype Writer eXchange). Το TWX αρχικά χρησιμοποίησε το προηγούμενο πέντε-bit ITA2, το οποίο χρησιμοποιήθηκε επίσης από το ανταγωνιστικό σύστημα τηλετυπωτή Telex. Ο Bob Behmer εισήγαγε χαρακτηριστικά όπως η ακολουθία διαφυγής. Σύμφωνα με τον Behmer, ο Βρετανός συνάδελφός του Χιου ΜακΓκρέγκορ Ρος βοήθησε στη διάδοση του έργου—«τόσο πολύ που ο κώδικας που έγινε ASCII ονομάστηκε αρχικά κώδικας Behmer-Ross στην Ευρώπη». Λόγω του εκτεταμένου έργου του ASCII, ο Boehmer αποκαλείται «Πατέρας του ASCII».
Μέχρι τον Δεκέμβριο του 2007, όταν η κωδικοποίηση UTF-8 την ξεπέρασε, το ASCII ήταν η πιο κοινή κωδικοποίηση χαρακτήρων στον Παγκόσμιο Ιστό. Το UTF-8 είναι συμβατό με ASCII.
UTF-8 (Unicode)
Το UTF-8 είναι μια κωδικοποίηση χαρακτήρων που μπορεί να είναι τόσο συμπαγής όσο το ASCII, αλλά μπορεί επίσης να περιέχει οποιουσδήποτε χαρακτήρες Unicode (με κάποια αύξηση στο μέγεθος του αρχείου). Το UTF είναι μια μορφή μετατροπής Unicode. Το "8" σημαίνει αναπαράσταση χαρακτήρων χρησιμοποιώντας μπλοκ 8-bit. Ο αριθμός των μπλοκ που πρέπει να αντιπροσωπεύει ένας χαρακτήρας κυμαίνεται από 1 έως 4. Ένα από τα πολύ ωραία πράγματα για το UTF-8 είναι ότι είναι συμβατό με μηδενικές συμβολοσειρές. Όταν κωδικοποιείται, κανένας χαρακτήρας δεν θα έχει byte null(0).
Το Unicode και το Universal Character Set (UCS) ISO/IEC 10646 έχουν πολύ μεγαλύτερο εύρος χαρακτήρων και οι διάφορες μορφές κωδικοποίησής τους έχουν αρχίσει να αντικαθιστούν γρήγορα τα ISO/IEC 8859 και ASCII σε πολλές περιπτώσεις. Ενώ το ASCII περιορίζεται στους 128 χαρακτήρες, το Unicode και το UCS υποστηρίζουν περισσότερους χαρακτήρες διαχωρίζοντας μοναδικές έννοιες αναγνώρισης (χρησιμοποιώντας φυσικούς αριθμούς που ονομάζονται σημεία κώδικα) και κωδικοποίησης (έως δυαδικές μορφές UTF-8, UTF-16 και UTF-32-bit. ) .
Διαφορά μεταξύ ASCII και UTF-8
Το ASCII συμπεριλήφθηκε ως οι πρώτοι 128 χαρακτήρες στο σύνολο χαρακτήρων Unicode (1991), επομένως οι χαρακτήρες ASCII 7-bit και στα δύο σύνολα έχουν τους ίδιους αριθμητικούς κωδικούς. Αυτό επιτρέπει στο UTF-8 να είναι συμβατό με ASCII 7-bit, καθώς ένα αρχείο UTF-8 με μόνο χαρακτήρες ASCII είναι πανομοιότυπο με ένα αρχείο ASCII με την ίδια ακολουθία χαρακτήρων. Το πιο σημαντικό, διασφαλίζεται η συμβατότητα προώθησης, επειδή το λογισμικό που αναγνωρίζει μόνο χαρακτήρες ASCII 7-bit ως ειδικούς και δεν τροποποιεί τα byte με το υψηλότερο σύνολο bit (όπως γίνεται συχνά για την υποστήριξη επεκτάσεων ASCII 8-bit όπως το ISO-8859 -1) θα διατηρήσει μη τροποποιημένα δεδομένα UTF-8.
Εφαρμογές δυαδικού μεταφραστή
Η πιο κοινή χρήση αυτού του συστήματος αριθμών μπορεί να παρατηρηθεί στην τεχνολογία υπολογιστών. Άλλωστε, η βάση όλων των γλωσσών και προγραμματισμού υπολογιστών είναι το διψήφιο αριθμητικό σύστημα που χρησιμοποιείται στην ψηφιακή κωδικοποίηση.
Αυτό συνιστά τη διαδικασία ψηφιακής κωδικοποίησης, λήψης δεδομένων και στη συνέχεια απόδοσης με περιορισμένα κομμάτια πληροφοριών. Οι περιορισμένες πληροφορίες αποτελούνται από μηδενικά και ένα του δυαδικού συστήματος. Οι εικόνες στην οθόνη του υπολογιστή σας είναι ένα παράδειγμα αυτού. Μια δυαδική συμβολοσειρά χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση αυτών των εικόνων για κάθε pixel.
Εάν η οθόνη χρησιμοποιεί κωδικό 16 bit, σε κάθε εικονοστοιχείο θα δοθούν οδηγίες σχετικά με το χρώμα που θα εμφανιστεί με βάση ποια bit είναι 0 και 1. Το αποτέλεσμα είναι πάνω από 65.000 χρώματα που αντιπροσωπεύονται από 2^16. Επιπλέον, θα βρείτε χρήσεις για δυαδικά συστήματα αριθμών στον κλάδο των μαθηματικών γνωστό ως άλγεβρα Boole.
Οι αξίες της λογικής και της αλήθειας ανήκουν σε αυτόν τον τομέα των μαθηματικών. Σε αυτήν την εφαρμογή, οι δηλώσεις εκχωρούνται με 0 ή 1 ανάλογα με το αν είναι αληθείς ή ψευδείς. Μπορείτε να δοκιμάσετε τη μετατροπή δυαδικό σε κείμενο, δεκαδικό σε δυαδικό, δυαδικό σε δεκαδικό αν ψάχνετε για ένα εργαλείο που βοηθά σε αυτήν την εφαρμογή.
Το πλεονέκτημα του δυαδικού συστήματος αριθμών
Το δυαδικό σύστημα αριθμών είναι χρήσιμο για πολλά πράγματα. Για παράδειγμα, ένας υπολογιστής γυρίζει διακόπτες για να προσθέσει αριθμούς. Μπορείτε να ενθαρρύνετε την προσθήκη ενός υπολογιστή προσθέτοντας δυαδικούς αριθμούς στο σύστημα. Υπάρχουν επί του παρόντος δύο κύριοι λόγοι για τη χρήση αυτού του συστήματος αριθμών υπολογιστή. Πρώτον, μπορεί να εξασφαλίσει την αξιοπιστία της σειράς ασφαλείας. Δευτερευόντως, και κυρίως, βοηθά στην ελαχιστοποίηση των απαιτούμενων κυκλωμάτων. Αυτό μειώνει τον απαιτούμενο χώρο, την κατανάλωση ενέργειας και το κόστος.
Μπορείτε να κωδικοποιήσετε ή να μεταφράσετε δυαδικά μηνύματα γραμμένα σε δυαδικούς αριθμούς. Για παράδειγμα,
(01101001) (01101100011011110111011001100101) (011110010110111101110101) είναι το αποκωδικοποιημένο μήνυμα. Όταν αντιγράψετε και επικολλήσετε αυτούς τους αριθμούς στον δυαδικό μεταφραστή μας, θα λάβετε το ακόλουθο κείμενο στα Αγγλικά:
Σε αγαπώ
Σημαίνει
(01101001) (01101100011011110111011001100101) (011110010110111101110101) = Σ 'αγαπώ
τραπέζια
|
δυάδικος |
δεκαεξαδικό |
|
|---|---|---|
Ένα μόνο ψηφιακό σήμα δεν είναι πολύ κατατοπιστικό, γιατί μπορεί να πάρει μόνο δύο τιμές: μηδέν και ένα. Ως εκ τούτου, σε περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητη η μετάδοση, η επεξεργασία ή η αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων πληροφοριών, συνήθως χρησιμοποιούνται πολλά παράλληλα ψηφιακά σήματα. Επιπλέον, όλα αυτά τα σήματα θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη μόνο ταυτόχρονα, καθένα από αυτά ξεχωριστά δεν έχει νόημα. Σε τέτοιες περιπτώσεις, μιλάμε για δυαδικούς κώδικες, δηλαδή κώδικες που σχηματίζονται από ψηφιακά (λογικά, δυαδικά) σήματα. Κάθε ένα από τα λογικά σήματα που περιλαμβάνονται στον κώδικα ονομάζεται bit. Όσο περισσότερα ψηφία περιλαμβάνονται στον κωδικό, τόσο περισσότερες τιμές μπορεί να πάρει αυτός ο κωδικός.
Σε αντίθεση με τη δεκαδική κωδικοποίηση των αριθμών που είναι οικεία σε εμάς, δηλαδή έναν κωδικό με βάση δέκα, με δυαδική κωδικοποίηση, η βάση του κωδικού είναι ο αριθμός δύο (Εικ. 2.9). Δηλαδή, κάθε ψηφίο του κωδικού (κάθε ψηφίο) του δυαδικού κωδικού δεν μπορεί να πάρει δέκα τιμές (όπως στον δεκαδικό κωδικό: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) , αλλά μόνο δύο - 0 και 1. Το σύστημα σημειογραφίας θέσης παραμένει το ίδιο, δηλαδή, το νεότερο bit γράφεται στα δεξιά και το πιο ανώτερο γραμμένο στα αριστερά. Αν όμως στο δεκαδικό σύστημα το βάρος κάθε επόμενου ψηφίου είναι δέκα φορές μεγαλύτερο από το βάρος του προηγούμενου, τότε στο δυαδικό σύστημα (με δυαδική κωδικοποίηση) είναι διπλάσιο. Κάθε ψηφίο ενός δυαδικού κώδικα ονομάζεται bit (από το αγγλικό "Binary Digit" - "δυαδικός αριθμός").
Ρύζι. 2.9.Δεκαδική και δυαδική κωδικοποίηση
Στον πίνακα. Το 2.3 δείχνει την αντιστοιχία των πρώτων είκοσι αριθμών σε δεκαδικά και δυαδικά συστήματα.
Ο πίνακας δείχνει ότι ο απαιτούμενος αριθμός bit του δυαδικού κώδικα είναι πολύ μεγαλύτερος από τον απαιτούμενο αριθμό bit του δεκαδικού κώδικα. Ο μέγιστος δυνατός αριθμός με αριθμό ψηφίων ίσο με τρία είναι 999 σε δεκαδικό και μόνο 7 σε δυαδικό (δηλαδή 111 σε δυαδικό κωδικό). Γενικά, ένας δυαδικός αριθμός n-bit μπορεί να λάβει 2 n διαφορετικές τιμές και ένας δεκαδικός αριθμός n-bit μπορεί να λάβει 10 n τιμές. Δηλαδή, η εγγραφή μεγάλων δυαδικών αριθμών (με περισσότερα από δέκα ψηφία) δεν είναι πολύ βολική.
| Πίνακας 2.3. Αντιστοιχία αριθμών σε δεκαδικά και δυαδικά συστήματα | |||
| Μετρικό σύστημα | Δυαδικό σύστημα | Μετρικό σύστημα | Δυαδικό σύστημα |
Προκειμένου να απλοποιηθεί η γραφή δυαδικών αριθμών, προτάθηκε το λεγόμενο δεκαεξαδικό σύστημα (δεκαεξαδική κωδικοποίηση). Σε αυτήν την περίπτωση, όλα τα δυαδικά ψηφία χωρίζονται σε ομάδες των τεσσάρων ψηφίων (ξεκινώντας από το λιγότερο σημαντικό) και στη συνέχεια κάθε ομάδα κωδικοποιείται με έναν χαρακτήρα. Κάθε τέτοια ομάδα ονομάζεται ροκανίζω(ή ροκανίζω, τετράς), και δύο ομάδες (8 bit) - ένα byte. Από τον πίνακα. Το σχήμα 2.3 δείχνει ότι ένας δυαδικός αριθμός 4-bit μπορεί να λάβει 16 διαφορετικές τιμές (από 0 έως 15). Επομένως, ο απαιτούμενος αριθμός χαρακτήρων για έναν δεκαεξαδικό κωδικό είναι επίσης 16, από όπου προέρχεται το όνομα του κώδικα. Οι αριθμοί από το 0 έως το 9 λαμβάνονται ως οι πρώτοι 10 χαρακτήρες και στη συνέχεια χρησιμοποιούνται 6 αρχικά κεφαλαία γράμματα του λατινικού αλφαβήτου: A, B, C, D, E, F.
Ρύζι. 2.10.Δυαδικός και δεκαεξαδικός συμβολισμός αριθμών
Στον πίνακα. Το 2.4 δείχνει παραδείγματα δεκαεξαδικής κωδικοποίησης των πρώτων 20 αριθμών (οι δυαδικοί αριθμοί δίνονται σε αγκύλες) και στο Σχ. Το 2.10 δείχνει ένα παράδειγμα γραφής ενός δυαδικού αριθμού σε δεκαεξαδική μορφή. Για να δηλώσετε την δεκαεξαδική κωδικοποίηση, το γράμμα "h" ή "H" (από το αγγλικό δεκαεξαδικό) χρησιμοποιείται μερικές φορές στο τέλος του αριθμού, για παράδειγμα, ο συμβολισμός A17F h υποδηλώνει τον δεκαεξαδικό αριθμό A17F. Εδώ το A1 είναι το υψηλό byte του αριθμού και το 7F είναι το χαμηλό byte του αριθμού. Ο ακέραιος αριθμός (στην περίπτωσή μας, αριθμός δύο byte) καλείται λέξη.
| Πίνακας 2.4. Δεκαεξαδικό σύστημα κωδικοποίησης | |||
| Μετρικό σύστημα | δεκαεξαδικό σύστημα | Μετρικό σύστημα | δεκαεξαδικό σύστημα |
| 0 (0) | A(1010) | ||
| 1(1) | B(1011) | ||
| 2 (10) | C(1100) | ||
| 3 (11) | D(1101) | ||
| 4 (100) | E (1110) | ||
| 5 (101) | F(1111) | ||
| 6 (110) | 10 (10000) | ||
| 7 (111) | 11 (10001) | ||
| 8 (1000) | 12 (10010) | ||
| 9 (1001) | 13 (10011) |
Για να μετατρέψετε έναν δεκαεξαδικό αριθμό σε δεκαδικό, είναι απαραίτητο να πολλαπλασιάσετε την τιμή του λιγότερο σημαντικού (μηδέν) ψηφίου επί ένα, την τιμή του επόμενου (πρώτου) ψηφίου με το 16, το δεύτερο ψηφίο με το 256 (16 2) κ.λπ. και, στη συνέχεια, προσθέστε όλα τα προϊόντα. Για παράδειγμα, πάρτε τον αριθμό A17F:
A17F=F*16 0 + 7*16 1 + 1*16 2 + A*16 3 = 15*1 + 7*16+1*256+10*4096=41343
Αλλά κάθε ειδικός στον ψηφιακό εξοπλισμό (σχεδιαστής, χειριστής, επισκευαστής, προγραμματιστής, κ.λπ.) πρέπει να μάθει πώς να χρησιμοποιεί τα δεκαεξαδικά και δυαδικά συστήματα τόσο ελεύθερα όσο με το συνηθισμένο δεκαδικό, έτσι ώστε να μην απαιτούνται μεταφορές από σύστημα σε σύστημα.
Εκτός από τους εξεταζόμενους κωδικούς, υπάρχει και η λεγόμενη δυαδική-δεκαδική αναπαράσταση αριθμών. Όπως στον δεκαεξαδικό κώδικα, στον δυαδικό-δεκαδικό κώδικα, κάθε ψηφίο του κωδικού αντιστοιχεί σε τέσσερα δυαδικά ψηφία, ωστόσο, κάθε ομάδα τεσσάρων δυαδικών ψηφίων μπορεί να λάβει όχι δεκαέξι, αλλά μόνο δέκα τιμές, κωδικοποιημένες από τα σύμβολα 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Δηλαδή, ένα δεκαδικό ψηφίο αντιστοιχεί σε τέσσερα δυαδικά. Ως αποτέλεσμα, αποδεικνύεται ότι η εγγραφή αριθμών σε δυαδικό δεκαδικό κωδικό δεν διαφέρει από τη γραφή σε κανονικό δεκαδικό κωδικό (Πίνακας 2.6), αλλά στην πραγματικότητα πρόκειται απλώς για έναν ειδικό δυαδικό κωδικό, κάθε ψηφίο του οποίου μπορεί να πάρει μόνο δύο τιμές: 0 και 1. Το BCD είναι μερικές φορές πολύ βολικό για την οργάνωση δεκαδικών αριθμητικών δεικτών και πινάκων αποτελεσμάτων.
| Πίνακας 2.6. Δυαδικό δεκαδικό σύστημα κωδικοποίησης | |||
| Μετρικό σύστημα | Δυαδικό δεκαδικό | Μετρικό σύστημα | Δυαδικό δεκαδικό |
| 0 (0) | 10 (1000) | ||
| 1(1) | 11 (1001) | ||
| 2 (10) | 12 (10010) | ||
| 3 (11) | 13 (10011) | ||
| 4 (100) | 14 (10100) | ||
| 5 (101) | 15 (10101) | ||
| 6 (110) | 16 (10110) | ||
| 7 (111) | 17 (10111) | ||
| 8 (1000) | 18 (11000) | ||
| 9 (1001) | 19 (11001) |
Στον δυαδικό κώδικα, οποιεσδήποτε αριθμητικές πράξεις μπορούν να εκτελεστούν σε αριθμούς: πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασμός, διαίρεση.
Σκεφτείτε, για παράδειγμα, την προσθήκη δύο δυαδικών αριθμών 4-bit. Ας προσθέσουμε τον αριθμό 0111 (δεκαδικός 7) και 1011 (δεκαδικός 11). Η προσθήκη αυτών των αριθμών δεν είναι πιο δύσκολη από τη δεκαδική σημείωση:
Όταν προσθέτουμε 0 και 0 παίρνουμε 0, όταν προσθέτουμε 1 και 0 παίρνουμε 1, όταν προσθέτουμε 1 και 1 παίρνουμε 0 και η μεταφορά στο επόμενο bit είναι 1. Το αποτέλεσμα είναι 10010 (δεκαδικός 18). Όταν προσθέτετε δύο δυαδικούς αριθμούς n-bit, μπορείτε να λάβετε έναν αριθμό n-bit ή (n + 1)-bit.
Η αφαίρεση γίνεται με τον ίδιο τρόπο. Αφήστε τον αριθμό 0111 (7) να αφαιρεθεί από τον αριθμό 10010 (18). Γράφουμε τους αριθμούς στοιχισμένους στο λιγότερο σημαντικό ψηφίο και αφαιρούμε με τον ίδιο τρόπο όπως στην περίπτωση του δεκαδικού συστήματος:
Αφαιρώντας το 0 από το 0, το 0, αφαιρώντας το 0 από το 1, το 1, η αφαίρεση του 1 από το 1, το 0, η αφαίρεση του 1 από το 0, το 1 και ο δανεισμός του 1 στο επόμενο ψηφίο. Το αποτέλεσμα είναι 1011 (δεκαδικός 11).
Κατά την αφαίρεση, είναι δυνατό να ληφθούν αρνητικοί αριθμοί, επομένως πρέπει να χρησιμοποιήσετε τη δυαδική αναπαράσταση αρνητικών αριθμών.
Για την ταυτόχρονη αναπαράσταση τόσο των δυαδικών θετικών όσο και των δυαδικών αρνητικών αριθμών, χρησιμοποιείται συχνότερα ο λεγόμενος κώδικας συμπληρώματος δύο. Οι αρνητικοί αριθμοί σε αυτόν τον κωδικό εκφράζονται με έναν αριθμό που, όταν προστεθεί σε έναν θετικό αριθμό του ίδιου μεγέθους, θα έχει ως αποτέλεσμα το μηδέν. Για να πάρετε έναν αρνητικό αριθμό, πρέπει να αλλάξετε όλα τα bit του ίδιου θετικού αριθμού στα αντίθετα (0 προς 1, 1 προς 0) και να προσθέσετε στο αποτέλεσμα 1. Για παράδειγμα, ας γράψουμε τον αριθμό -5. Ο αριθμός 5 στον δυαδικό κώδικα μοιάζει με 0101. Αντικαθιστούμε τα bit με αντίθετα: 1010 και προσθέτουμε ένα: 1011. Αθροίζουμε το αποτέλεσμα με τον αρχικό αριθμό: 1011 + 0101 = 0000 (αγνοούμε τη μεταφορά στο πέμπτο bit).
Οι αρνητικοί αριθμοί στον κωδικό συμπληρώματος των δύο διαφέρουν από τους θετικούς ως προς την τιμή του πιο σημαντικού ψηφίου: ένα στο πιο σημαντικό ψηφίο καθορίζει έναν αρνητικό αριθμό και το μηδέν - ένα θετικό.
Εκτός από τις τυπικές αριθμητικές πράξεις, ορισμένες συγκεκριμένες πράξεις χρησιμοποιούνται στο δυαδικό σύστημα αριθμών, για παράδειγμα, πρόσθεση modulo 2. Αυτή η λειτουργία (που συμβολίζεται με A) είναι bitwise, δηλαδή δεν υπάρχουν μεταφορές από bit σε bit και δανεισμός σε υψηλό κομμάτια εδώ. Οι κανόνες για την προσθήκη modulo 2 είναι: , , . Η ίδια λειτουργία ονομάζεται συνάρτηση XOR. Για παράδειγμα, ας αθροίσουμε το modulo 2 δύο δυαδικούς αριθμούς 0111 και 1011:
Άλλες λειτουργίες bitwise σε δυαδικούς αριθμούς περιλαμβάνουν τη συνάρτηση AND και τη συνάρτηση OR. Η συνάρτηση AND καταλήγει σε ένα μόνο όταν τα αντίστοιχα bit των δύο αρχικών αριθμών είναι και τα δύο ένα, διαφορετικά το αποτέλεσμα είναι -0. Η συνάρτηση OR καταλήγει σε ένα όταν τουλάχιστον ένα από τα αντίστοιχα bit των αρχικών αριθμών είναι 1, διαφορετικά το αποτέλεσμα είναι 0.
Αυτό το μάθημα θα καλύψει το θέμα «Κωδικοποίηση πληροφοριών. Δυαδική κωδικοποίηση. Μονάδες μέτρησης της πληροφορίας». Κατά τη διάρκεια του, οι χρήστες θα μπορούν να πάρουν μια ιδέα για την κωδικοποίηση των πληροφοριών, τον τρόπο με τον οποίο οι υπολογιστές αντιλαμβάνονται τις πληροφορίες, τις μονάδες μέτρησής τους και τη δυαδική κωδικοποίηση.
Θέμα:Πληροφορίες γύρω μας
Μάθημα: Κωδικοποίηση πληροφοριών. Δυαδική κωδικοποίηση. Ενότητες πληροφοριών
Αυτό το μάθημα θα καλύψει τις ακόλουθες ερωτήσεις:
1. Κωδικοποίηση ως αλλαγή στη μορφή παρουσίασης πληροφοριών.
2. Πώς ένας υπολογιστής αναγνωρίζει πληροφορίες;
3. Πώς να μετρήσετε τις πληροφορίες;
4. Μονάδες μέτρησης πληροφοριών.
Στον κόσμο των κωδικών
Γιατί οι άνθρωποι κωδικοποιούν πληροφορίες;
1. Κρύψτε το από τους άλλους (καθρεπτογραφία του Λεονάρντο ντα Βίντσι, στρατιωτική κρυπτογράφηση).
2. Καταγράψτε τις πληροφορίες συνοπτικά (συντομογραφία, συντομογραφία, οδική σήμανση).
3. Για ευκολότερη επεξεργασία και μετάδοση (κώδικας Μορς, μετάφραση σε ηλεκτρικά σήματα - κωδικοί μηχανών).
Κωδικοποίηση είναι η αναπαράσταση της πληροφορίας με κάποιο κωδικό.
Ο κώδικας είναι ένα σύστημα συμβόλων για την παρουσίαση πληροφοριών.
Τρόποι κωδικοποίησης πληροφοριών
1. Γραφικό (βλ. Εικ. 1) (με χρήση σχεδίων και πινακίδων).
Ρύζι. 1. Σύστημα σημαιών σήματος (Πηγή)
2. Αριθμητικό (με χρήση αριθμών).
Για παράδειγμα: 11001111 11100101.
3. Συμβολικό (χρησιμοποιώντας αλφαβητικούς χαρακτήρες).
Για παράδειγμα: NKMBM CHGYOU.
Αποκρυπτογράφηση - αυτή είναι μια ενέργεια για την αποκατάσταση της αρχικής μορφής παρουσίασης πληροφοριών. Για να αποκωδικοποιήσετε, πρέπει να γνωρίζετε τον κώδικα και τους κανόνες κωδικοποίησης.
Το μέσο κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης είναι ο πίνακας κωδικών της αντιστοιχίας. Για παράδειγμα, αντιστοιχία σε διάφορα συστήματα αριθμών - 24 - XXIV, αντιστοιχία του αλφαβήτου σε οποιαδήποτε σύμβολα (Εικ. 2).
Ρύζι. 2. Ένα παράδειγμα κρυπτογράφησης (Πηγή)
Παραδείγματα κωδικοποίησης πληροφοριών
Ένα παράδειγμα κωδικοποίησης πληροφοριών είναι ο κώδικας Μορς (βλ. Εικ. 3).
Ρύζι. 3. Κωδικός Μορς ()
Ο κώδικας Μορς χρησιμοποιεί μόνο 2 χαρακτήρες - μια τελεία και μια παύλα (μικρός και μεγάλος ήχος).
Ένα άλλο παράδειγμα κωδικοποίησης πληροφοριών είναι το αλφάβητο σημαίας (βλ. Εικ. 4).
Ρύζι. 4. Σημαία αλφάβητο ()
Επίσης ένα παράδειγμα είναι το αλφάβητο των σημαιών (βλ. Εικ. 5).
Ρύζι. 5. ABC των σημαιών ()
Ένα πολύ γνωστό παράδειγμα κωδικοποίησης είναι το μουσικό αλφάβητο (βλ. Εικ. 6).
Ρύζι. 6. Μουσικό αλφάβητο ()
Σκεφτείτε το εξής πρόβλημα:
Χρησιμοποιώντας τον πίνακα αλφαβήτου σημαίας (βλ. Εικ. 7), είναι απαραίτητο να λύσετε το ακόλουθο πρόβλημα:
Ρύζι. 7
Ο ανώτερος βοηθός Scrap περνάει τις εξετάσεις στον καπετάνιο Vrungel. Βοηθήστε το να διαβάσει το ακόλουθο κείμενο (βλ. Εικόνα 8):
Υπάρχουν κυρίως δύο σήματα γύρω μας, για παράδειγμα:
Φανάρι: κόκκινο - πράσινο.
Ερώτηση: ναι - όχι.
Λάμπα: αναμμένο - σβηστό;
Είναι δυνατό - είναι αδύνατο.
Καλό κακό;
Η αλήθεια είναι ένα ψέμα.
Εμπρός και πίσω;
Ναι όχι;
Όλα αυτά είναι σήματα που υποδεικνύουν τον όγκο των πληροφοριών σε 1 bit.
1 bit - αυτός είναι ο όγκος των πληροφοριών που μας επιτρέπει να διαλέξουμε μία επιλογή από δύο πιθανές.
Ενας υπολογιστής είναι μια ηλεκτρική μηχανή που λειτουργεί σε ηλεκτρονικά κυκλώματα. Προκειμένου ο υπολογιστής να αναγνωρίσει και να κατανοήσει τις πληροφορίες εισόδου, πρέπει να μεταφραστεί σε γλώσσα υπολογιστή (μηχανής).
Ο αλγόριθμος που προορίζεται για τον ερμηνευτή πρέπει να είναι γραμμένος, δηλαδή κωδικοποιημένος, σε γλώσσα κατανοητή από τον υπολογιστή.
Αυτά είναι ηλεκτρικά σήματα: το ρεύμα ρέει ή το ρεύμα δεν ρέει.
Δυαδική γλώσσα μηχανής - μια ακολουθία "0" και "1". Κάθε δυαδικός αριθμός μπορεί να πάρει την τιμή 0 ή 1.
Κάθε ψηφίο του δυαδικού κώδικα του μηχανήματος φέρει μια ποσότητα πληροφοριών ίση με 1 bit.
Καλείται ένας δυαδικός αριθμός που αντιπροσωπεύει τη μικρότερη μονάδα πληροφοριών σι το . Ένα bit μπορεί να είναι είτε 0 είτε 1. Η παρουσία ενός μαγνητικού ή ηλεκτρονικού σήματος στον υπολογιστή σημαίνει 1, η απουσία 0.
Καλείται μια συμβολοσειρά 8 bit σι ait . Ο υπολογιστής επεξεργάζεται αυτήν τη συμβολοσειρά ως ξεχωριστό χαρακτήρα (αριθμός, γράμμα).
Εξετάστε ένα παράδειγμα. Η λέξη ALICE αποτελείται από 5 γράμματα, καθένα από τα οποία αντιπροσωπεύεται από ένα byte στη γλώσσα του υπολογιστή (βλ. Εικ. 10). Έτσι η Αλίκη μπορεί να μετρηθεί ως 5 byte.
Ρύζι. 10. Δυαδικός κώδικας (Πηγή)
Εκτός από τα bit και τα byte, υπάρχουν και άλλες μονάδες πληροφοριών.
Βιβλιογραφία
1. Bosova L.L. Πληροφορική και ΤΠΕ: Εγχειρίδιο για την Ε΄ τάξη. - Μ.: ΜΠΙΝΟΜ. Εργαστήριο Γνώσης, 2012.
2. Bosova L.L. Πληροφορική: Τετράδιο εργασιών για την 5η τάξη. - Μ.: ΜΠΙΝΟΜ. Εργαστήριο Γνώσης, 2010.
3. Bosova L.L., Bosova A.Yu. Μαθήματα Πληροφορικής στις τάξεις 5-6: Μεθοδολογικός οδηγός. - Μ.: ΜΠΙΝΟΜ. Εργαστήριο Γνώσης, 2010.
2. Φεστιβάλ «Ανοιχτό Μάθημα» ().
Εργασία για το σπίτι
1. §1.6, 1.7 (Bosova L.L. Informatics and ICT: Textbook for Grade 5).
2. Σελίδα 28, εργασίες 1, 4; σελ. 30, εργασίες 1, 4, 5, 6 (Bosova L.L. Informatics and ICT: Textbook for 5 class).