Ви бачили це по телевізору.
Комп’ютерний спеціаліст поліції дивиться на екран комп’ютера, повний тисяч одиниць, нулів і станів:«О, цей хлопець хороший!»
Це змушує вас задуматися, чому всі одиниці та нулі?
Чи справді так працюють комп’ютери?
Комп’ютери використовують двійкові дані, тому що це найпростіший із доступних методів підрахунку та кодує все, від пам’яті до потокового відео у форматі HD
Двійковий код дозволяє комп’ютеру дуже швидко обробляти мільйони вхідних даних.
У двійковому файлі є лише два варіанти: увімкнути або вимкнути.
Комп’ютери обмінюються даними, об’єднуючи ряди ввімкнень і вимкнень у складні групи, які повідомляють комп’ютеру, що він має робити.
Щоб досягти цього, комп’ютерні системи використовують ряд перемикачів і електричних сигналів, щоб зрозуміти, що вони повинні робити.
Подумайте про стандартний вимикач світла, є два варіанти вимикача: увімкнення та вимкнення.
Комп’ютери покладаються на цю саму концепцію та використовують транзистори як електричні перемикачі.
Транзистор вмикається або вимикається за допомогою електричного сигналу.
Комп’ютер зчитує сигнали ввімкнення/вимкнення, щоб створити бажаний вихід або виконати запрограмовану функцію.
Двійкова система числення базується на системі числення з основою 2, яка допускає лише 2-значний варіант, 0 і 1, де 0 означає вимкнено, а 1 означає ввімкнено.
Підрахунок у двійковій системі працює так само, як підрахунок у 10 чи десятковій системі, яку ми використовуємо.
Наприклад, для base-10 є 10 можливих варіантів для заповнювача, від 0 до 9.
Якщо ви хочете вказати число 9, ви просто напишете 9, тому що число в заповнювачі може бути до 9.
Кожен заповнювач збільшується кратно 10.
Якщо ви хочете виразити число 10, ви повинні додати цифру 1 до першої цифри, оскільки перша цифра може бути лише від 0 до 9.
У вас залишається 10.
Щоб зрозуміти двійкову систему, використовуючи ваше розуміння десяткової системи, подумайте про число 10 у десятковій формі, сказавши «так» або «ні» покажчику місця заповнення.
Якщо в розмітці 10 є 1, це означає, що так, є одна 10.
Якщо в покажчику місця заповнення одиниці є 0, це означає, що одиниць немає, залишаючи вам 10.
Один десять плюс нуль одиниць дорівнює 10.
Двійковий файл працює так само, але лише з 0 або 1 як опцією для кожного заповнювача.
Кожен знак місця є показником 2.
Наприклад, щоб записати число 1 у двійковій системі, ви просто напишете 1, оскільки місцезаповнювач може бути або 0, або 1.
Щоб написати число 2, вам доведеться додати ще одну цифру-заповнювач, у результаті чого залишиться 1 0 у двійковій системі.
(Зверніть увагу: під час читання у двійковому форматі читайте все як одиницю або нуль, тобто 1 0 читатиметься як один нуль).
Ще раз подумайте про це в термінах «так» і «ні».
Так, є одна 2 (перша цифра в двійковій системі 1 0) і ні, є 0 одиниць (друга цифра в двійковій системі 1 0).
Таким чином, ви маєте так 1 два і жодних одиниць, що дорівнює 2.
Оскільки кожна цифра може бути лише нулем або одиницею, покажчики місця заповнення збільшуються на показники 2, якими є 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 та 1.
Двійкове число 10010110 буде «так» до 128, «ні» до 64, «ні» до 32, «так» до 16, «ні» до 8, «так» до 4, «так» до 2 і «ні» до 1.
Додайте це разом і отримаєте 128+16+4+2=150.
| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| Так | Немає | Немає | Так | Немає | Так | Так | Немає |
128 + 16 + 4 + 2 = 150
Кожна цифра, 0 або 1, називається бітом, а послідовність із восьми біт, з’єднаних разом, є байтом.
Для спрощення комп’ютери використовують двійковий код замість 10-ти.
Комп’ютер не розуміє людської логіки, яка необхідна для розуміння поняття десяткової чи десяткової системи.
Комп’ютери використовують для зв’язку транзистори або маленькі електричні перемикачі.
Комутатор легко зрозуміти комп’ютеру.
Електричний струм може або привести перемикач у положення «увімкнено», або залишити перемикач у вимкненому положенні.
У двійковому файлі є лише ці два варіанти ввімкнення та вимкнення, що полегшує розуміння комп’ютером.
Система з базою 10 набагато складніша, оскільки кожен заповнювач має 10 можливих значень.
Щоб комп’ютер зрозумів таку систему, електричний струм, що надходить у транзистор, мав би трохи відрізнятися для кожного з 10 можливих значень.
Ці найменші зміни електричного струму повинні бути надзвичайно точними, і їх буде дуже важко змусити завжди функціонувати належним чином у будь-якому середовищі.
Існує ще одна система підрахунку, яку можна використовувати для обчислень, це трійкова система, яка допускає три можливі значення для кожного розповсюджувача.
Цей обчислювальний метод, однак, ніколи не набув популярності в комп’ютерному світі через підвищений рівень труднощів у управлінні напругою на транзисторах і через те, що всі двійкові системи повинні бути повністю перероблені, щоб використовувати цей метод.
Двійковий файл залишається основою обчислень через його простоту та швидкість обчислень.
Так, смартфони використовують двійковий код для зв’язку.
У старих традиційних технологіях мобільних телефонів аудіосигнал надсилався за допомогою радіохвилі через приймальну вежу до вказаного пристрою.
Радіохвиля надсилалася так само, як і була отримана, як сигнал частоти радіохвилі.
У смартфонах замість того, щоб надсилати вихідну радіочастоту на приймальну вежу, пристрій перетворює сигнал у систему 1 і 0, або двійкову, щоб збільшити кількість даних, які можна надіслати, і швидкість, з якою вони надсилаються.
Завдяки перетворенню в двійковий формат смартфон може надсилати не лише аудіо, але й файли, зображення та відео.
Текст представлений у двійковому вигляді шляхом зіставлення певного символу з конкретним двійковим числом за допомогою певного методу кодування.
Я знаю, що це визначення звучить дуже розпливчасто та складно, але залишайтеся зі мною, і ми розберемо його.
Перше, що потрібно зрозуміти, це те, що, хоча ви, швидше за все, читаєте цю статтю англійською мовою, комп’ютер, який спілкується лише за допомогою двійкового коду, не знає, що таке англійська мова.
Комп’ютер дізнається про це, лише якщо натиснути кнопку “а” кнопку на вашій клавіатурі, її було запрограмовано на прирівнювання цієї конкретної кнопки до певного двійкового числа.
Він зберігає це двійкове число і, коли його викликають повторити символ, представлений натиснутою кнопкою, знає, що це конкретне двійкове число дорівнює букві“а.”
Це відображення конкретних двійкових чисел на певні символи справедливо для всіх символів, доступних у даній мові, включаючи такі символи, як !, + або навіть пробіл, натиснувши клавішу пробілу.
Але зачекайте! Якщо комп’ютер не розуміє англійської мови, як він зможе надрукувати англійський символ“а?”
Ось тут і вступає в дію метод кодування.
Комп’ютер, як було сказано раніше, не знає, що таке англійська мова.
Щоб комп’ютер міг зіставити певне двійкове число з певним символом, йому потрібно сказати, який набір символів він має використовувати для зіставлення.
Наприклад, комп’ютеру можна сказати використовувати набір символів ASCII як метод кодування.
Це дає комп’ютеру знати, що він відобразить певний символ, у цьому випадку,“а”,до відповідного значення двійкового числа, визначеного картою ASCII.
Різні регіони та мови мають власні унікальні карти символів для цього двійкового перетворення, наприклад KS X 1001:1992 для Південної Кореї або KPS 9566 для Північної Кореї.
Так, існує універсальний двійковий код для тексту, і він називається Unicode.
До широкого поширення Інтернету в кожному регіоні та кожній мові були власні правила кодування тексту.
Ця відсутність згуртованості спочатку не була проблемою, оскільки більшість обчислень виконувалася в межах власних мовних параметрів.
Комп’ютери в Сполучених Штатах не мали проблем із спілкуванням і обміном файлами з іншими комп’ютерами в Сполучених Штатах.
Однак Інтернет відкрив діалог між країнами та континентами, що призвело до потреби у глобальному текстовому стандарті.
Пам’ятайте, що комп’ютер обмінюється даними лише за 1 і 0, тому, якщо файл із Кореї було закодовано за корейським стандартом, а потім надіслано до Сполучених Штатів для читання, комп’ютер у Сполучених Штатах сприйме 1 та 0, надіслані корейським комп’ютер і спробуйте відобразити ці 1 і 0 на карті англійської мови.
Очевидно, це призведе до чистої тарабарщини, оскільки корейська мова навіть не використовує літери.
Одним із способів боротьби з цією плутаниною було б змінити карту символів, яку комп’ютер мав використовувати для декодування файлу, на відповідну карту символів.
Однак цей процес може бути дуже складним, особливо коли мова йде про спілкування кількома мовами.
Введіть Unicode.
Юнікод — це міжнародний стандарт для представлення тексту у двійковій формі, який розпізнає 143 859 символів у 154 сучасних та історичних системах письма (включаючи клінгонську!), а також символи, емодзі тощо.
Unicode було розроблено, щоб подолати розрив між картами кодування символів і створити універсальну карту символів, яку можуть використовувати всі країни та регіони для ефективного спілкування один з одним.
Зображення представлені у двійковому вигляді шляхом присвоєння двійкового значення пікселю.
Безліч пікселів розміщуються поруч один з одним у вигляді сітки для представлення зображення.
Подібно до перетворення тексту в двійковий, іншу інформацію також потрібно розмістити в комп’ютері, щоб комп’ютер знав, скільки пікселів потрібно помістити разом і який діапазон значень кольорів буде використовуватися в зображенні.
Ця інформація записується як метадані зображення.
Створення чорно-білого зображення досить просте: кожному пікселю присвоюється двійкове значення 0 для білого або 1 для чорного.
Щоб створити колір, до двійкового числа потрібно додати більше бітів або чисел.
Наприклад, двобітний двійковий колір буде 00 для білого, 01 для синього, 10 для зеленого та 11 для червоного.
Чим більше бітів ви додаєте до двійкового числа, тим більше кольорів ви можете отримати.
Сьогодні для представлення кольорів найчастіше використовується шкала кольорів RGB або червоно-зелено-синя.
Це 24-розрядне число, де перші 8 біт представляють кількість червоного в кольорі, другі 8 біт представляють кількість зеленого кольору, а останні 8 біт представляють кількість синього кольору.
Змішуючи ці значення, можна представити 16 777 216 можливих кольорів.
Звук створюється хвилями.
Кожна хвиля містить два різні фактори: амплітуду та частоту.
Амплітуда вимірює, наскільки гучним чи тихим є звук, тоді як частота вказує на висоту звуку.
Щоб комп’ютер зрозумів і відтворив звукову хвилю, її потрібно спочатку перетворити на напругу, як правило, за допомогою записуючого пристрою, такого як мікрофон.
Коли звукові хвилі перетворюються на зміни напруги, можна взяти двійкові зразки за допомогою аналого-цифрового перетворювача або АЦП.
АЦП перетворює напругу в двійкове число, беручи зразки хвилі через регулярні проміжки часу.
Кожна вибірка зміни напруги записується в двійковій системі.
Для відтворення записаного звуку комп’ютер використовує цифро-аналоговий перетворювач.
ЦАП перетворює збережені двійкові дані семплів у правильну напругу для кожного семплу, яка проходить через підсилювач і запускає вібрації в пристрої для прослуховування, наприклад динаміках або навушниках, із заданою напругою для створення звуку.
Зміни напруги створюють різні частоти та амплітуди.
Коли всі зразки відтворюються в поєднанні один з одним, результатом є безперервний потік звуку або аудіо.
Якість аудіозапису залежить від частоти дискретизації та бітрейту.
Частота дискретизації — це кількість зразків, що беруться за секунду, і вимірюється в Герцах або Гц.
Чим вища частота дискретизації, тим точніший аудіозапис.
Наприклад, уявіть, що вам наказано слухати та записувати людину, яка розповідає історію, але вам дозволено записувати лише кожне 10-е слово.
Коли ви переходите до відтворення запису історії, велика частина історії втрачається через те, що записується лише кожне 10-те слово.
У міру того, як ви збільшуєте кількість слів, які вам дозволено записати з історії, відтворення історії стає все чіткішим і чіткішим, доки всі слова не будуть записані, що призведе до безперебійної історії.
Той самий принцип справедливий для частоти дискретизації.
Що більше семплів за секунду записує комп’ютер, то вища якість відтворення звуку.
Стандартна частота дискретизації для аудіофайлів становить 44,1 кГц або 44 100 вибірок на секунду.
Кількість бітів, які використовуються для кожного зразка звукової хвилі, називають швидкістю передачі даних.
Що вищий бітрейт, то вища якість звуку.
Наприклад, якщо бітрейт аудіофайлу становить 2 біти, для звуку можна записати лише чотири можливі значення.
Це, очевидно, не призведе до дуже точного звукового значення.
Однак чим більше бітів додається до бітрейту, тим точнішою буде вибірка.
Подумайте про вибірку звуку так само, як і про вибірку кольору.
Якщо вам покажуть фотографію з численними відтінками кольорів і попросять відтворити зображення, але ви можете використовувати лише білий, червоний, зелений і синій, отримане зображення може нагадувати зображення, але навіть не буде близьким до ідеального відтворення зображення. .
Той самий принцип справедливий для аудіо зразків.
Якщо комп’ютеру сказати, що він може використовувати лише 2 біти для представлення звуку, він спробує вибрати найближче представлення, яке може, але при цьому багато втратить.
Стандартний бітрейт становить 16 біт, що дає 65 536 можливих значень для звуку.
Література:
«Пояснення двійкових і шістнадцяткових чисел для розробників».TheServerSide.Com,Перевірено 22 березня 2022 р.
Кольори та зображення.Перевірено 22 березня 2022 р.
Як все працює: мобільні телефони – Тартан. http://thetartan.org/2010/9/27/scitech/cellphone. Перевірено 22 березня 2022 р.
Маккаллум, Джейкоб.Розуміння того, як двійковий код перетворюється на текст. 14 вересня 2020 р.,
Відображення звуку | Двійкове представлення звуку. 5 лютого 2018 р.,
«Абсолютний мінімум, який кожен розробник програмного забезпечення має абсолютно точно знати про Unicode та набори символів (без виправдань!)».Джоел про програмне забезпечення, 8 жовтня 2003 р.,set-no-excuses/.
Маск заявив, що його довгоочікуваний генеративний інструмент ШІ готовий до тестування та буде випущений для…
Minecraft - одна з найпопулярніших ігор серед завзятих геймерів. Однак у вас може бути не…
Якщо ви виконуєте завдання з інтенсивним використанням GPU, у вас можуть часто виникати проблеми з…
Домен IO присвоєно Британській території в Індійському океані, і багато людей у технологічній індустрії люблять…
У вас недостатньо місця для зберігання та надзвичайно повільний комп’ютер? Сучасне цифрове життя вимагає блискавичних…
(Фото Джастіна Саллівана/Getty Images) Нещодавно Google почав розгортати більш реалістичні карти для Карт Google у…