Все базы данных в электронных вычислительных машинах сохраняются, анализируются и перерабатываются в формате специального кодирования, в состав которого входят всего две цифры. Название этого способа кодирования – двоичный или бинарный.
По существу, он аналогичен общеизвестному коду Морзе, который, по сути, тоже состоит всего из двух знаков – это точка и тире (в электронном виде, короткий и длинный импульсы), посредством комбинирования которых и зашифровываются символы для последующей трансляции их по радио или проводной связи. Компьютерная технология продвинулась существенно далее. Там в двоичном формате сохраняются не только файлы, содержащие один лишь текст, но и программное обеспечение, музыкальные и видео файлы, включая видео в формате HD (High Definition, высокая чёткость). При выводе данных на монитор, воспроизведении аудио через динамики или выводе текста на печать, программное обеспечение компьютера транслирует эти данные в форму, понятную людям. Однако, в недрах электронных вычислительных машин информация сохраняется и анализируется только в формате двоичного кодирования.
Двоичная система счисления — самое простое объяснение
Причины двоичного кодирования в электронных вычислительных машинах
Человек для рукописного и машинописного текста применяет буквенные символы. Например, в нашем русском алфавите тридцать три буквы. Для записи чисел, как известно, мы используем всего десять цифр, от нуля до десяти. Для обработки графических изображений может потребоваться уже набор из порядка миллиона цветовых параметров.
Диапазон слышимых человеком звуков простирается от, примерно, 16 до 20000 герц. Плюс ко всему вышеперечисленному, необходимо добавить осязание, способность различать запахи (обоняние), вкусовые ощущения человека, что в итоге выливается в очень большое количество самых разных потоков информации. Всё это способен анализировать, сохранять и перерабатывать мозговой центр человека.
Пока что современная техника не может воспроизвести полный аналог устройства мозга. Человеку наиболее легко проектировать устройства, которые имеют два стабильных состояния. Например, лампа включена или выключена, электрический ток протекает или нет, и тому подобное.
Гораздо труднее научить ту же лампу, к примеру, при различных событиях засветиться одним, заданным заранее цветом, из большого набора цветовой палитры. Тем более, если вспомнить о примерно десяти миллионах, различаемых людьми, цветовых оттенков. В технических устройствах гораздо проще использовать много несложных модулей, чем малое количество, но очень усложнённых элементов. Для хранения и обработки информационных данных различными техническими устройствами и был создан немецким математиком Готфридом Лейбницем очень простая и очень удобная двоичная система кодирования или бинарный код. Он создал арифметику двоичных чисел и даже спроектировал вычислительную машину, работающую в двоичном коде, но довести её реально действующего устройства так и не смог.
«Двоичное кодирование информации»
Готовые курсовые работы и рефераты
Решение учебных вопросов в 2 клика
Помощь в написании учебной работы
Просто о двоичной системе счисления и двоичном коде. #1
С помощью различных комбинаций только нуля и единицы, в двоичном коде возможно сделать шифр любого числа, текста, звуков или графического изображения. Электронная вычислительная машина (компьютер), есть ни что иное, как прибор, служащий для сохранения и работы с информационными данными именно в таком формате.
Определение 1
Преобразование информации в бинарный код называют кодированием. Соответственно, обратное действие, при котором двоичный код снова преобразуется в понятный человеку формат, называют процессом декодирования.
Способы организации памяти
С точки зрения техники, бинарный код в электронной вычислительной машине задаётся наличием или отсутствием импульсных сигналов у элементов памяти, которые могут иметь различную физическую природу. Основные из них:
- Оптические импульсы.
- Магнитные импульсы.
- Электрические импульсы.
На поверхности оптических (лазерных) дисков (CD, DVD или BluRay) есть набор спиралей, разделённых на маленькие части (отрезки). Каждый отрезок имеет тёмный или светлый цвет. При вращении диска на его спиральную дорожку наведён луч лазера, который отражается от диска и его отражённый луч фиксируется фотоэлементом-приёмником. Соответственно, отражения от тёмных участков практически нет, от светлых идёт отражение. В итоге, фотоприёмник считывает закодированную на лазерном диске информацию, где светлые участки, это единица, тёмные это ноль.
Жёсткий диск памяти компьютера основан на магнитном принципе хранения информации. Внутри у него есть магнитная пластина, которая вращается с большой скоростью. На поверхности пластины также есть спираль, которая состоит из огромного количества элементарных частей.
Каждый элемент может находиться в состоянии «намагничен» или «не намагничен», что соответствует логической единице или нулю. То есть это и есть элементы бинарного кодирования. Информация считывается с диска специальной магнитной головкой, которая может перемещаться вдоль поверхности пластины.
Примером электрических импульсов могут служить элементы оперативной памяти электронной вычислительной машины. Микросхема памяти состоит из большого количества мелких элементов, в основе которых заложен транзистор и конденсатор микронных размеров. Соответственно, конденсатор может быть или заряжен (единица), или не заряжен (ноль), что и представляет собой бинарный код в оперативной памяти. Примерно таким же образом данные сохраняются и во многих других элементах памяти (например, флешках и так далее). Компьютерный процессор анализирует и работает с информацией также представленной электрическими импульсами.
Часто бытует расхожее убеждение, что двоичное кодирование в чреве электронной вычислительной машины представлено набором обычных единиц и нулей. Но единиц и нулей в их привычном для человека обличье не существует в электронной вычислительной машине. Знаками бинарного кодирования в компьютере выступают элементы памяти, описанные выше.
Замечание 1
То есть обозначение «единица» и «нол»ь при двоичном кодировании чисто условное. Точно также их можно было обозначить как точка и тире, крестик и нолик.
Источник: spravochnick.ru
Бинарные коды
Термин «бинарный» по смыслу – состоящий из двух частей, компонентов. Таким образом бинарные коды это коды которые состоят только из двух символьных состояний например черный или белый, светлый или темный, проводник или изолятор. Бинарный код в цифровой технике это способ представления данных (чисел, слов и других) в виде комбинации двух знаков, которые можно обозначить как 0 и 1. Знаки или единицы БК называют битами. Одним из обоснований применения БК является простота и надежность накопления информации в каком-либо носителе в виде комбинации всего двух его физических состояний, например в виде изменения или постоянства светового потока при считывании с оптического кодового диска.
Существуют различные возможности кодирования информации.
Двоичный код
В цифровой технике способ представления данных (чисел, слов и других) в виде комбинации двух знаков, которые можно обозначить как 0 и 1. Знаки или единицы ДК называют битами.
Одним из обоснований применения ДК является простота и надежность накопления информации в каком-либо носителе в виде комбинации всего двух его физических состояний, например в виде изменения или постоянства магнитного потока в данной ячейке носителя магнитной записи.
Наибольшее число, которое может быть выражено двоичным кодом, зависит от количества используемых разрядов, т.е. от количества битов в комбинации, выражающей число. Например, для выражения числовых значений от 0 до 7 достаточно иметь 3-разрядный или 3-битовый код:
| числовое значение | двоичный код |
| 000 | |
| 1 | 001 |
| 2 | 010 |
| 3 | 011 |
| 4 | 100 |
| 5 | 101 |
| 6 | 110 |
| 7 | 111 |
Отсюда видно, что для числа больше 7 при 3-разрядном коде уже нет кодовых комбинаций из 0 и 1.
Переходя от чисел к физическим величинам, сформулируем вышеприведенное утверждение в более общем виде: наибольшее количество значений m какой-либо величины (температуры, напряжения, тока и др.), которое может быть выражено двоичным кодом, зависит от числа используемых разрядов n как m=2n. Если n=3, как в рассмотренном примере, то получим 8 значений, включая ведущий 0.
Двоичный код является многошаговым кодом. Это означает, что при переходе с одного положения (значения) в другое могут изменятся несколько бит одновременно. Например число 3 в двоичном коде = 011. Число же 4 в двоичном коде = 100. Соответственно при переходе от 3 к 4 меняют свое состояние на противоположное все 3 бита одновременно.
Считывание такого кода с кодового диска привело бы к тому, что из-за неизбежных отклонений (толеранцев) при производстве кодового диска изменение информации от каждой из дорожек в отдельности никогда не произойдет одновременно. Это в свою очередь привело бы к тому, что при переходе от одного числа к другому кратковременно будет выдана неверная информация. Так при вышеупомянутом переходе от числа 3 к числу 4 очень вероятна кратковременная выдача числа 7 когда, например, старший бит во время перехода поменял свое значение немного раньше чем остальные. Чтобы избежать этого, применяется так называемый одношаговый код, например так называемый Грей-код.
Грей-код является так называемым одношаговым кодом, т.е. при переходе от одного числа к другому всегда меняется лишь какой-то один из всех бит информации. Погрешность при считывании информации с механического кодового диска при переходе от одного числа к другому приведет лишь к тому, что переход от одного положения к другом будет лишь несколько смещен по времени, однако выдача совершенно неверного значения углового положения при переходе от одного положения к другому полностью исключается.
Преимуществом Грей-кода является также его способность зеркального отображения информации. Так инвертируя старший бит можно простым образом менять направление счета и таким образом подбирать к фактическому (физическому) направлению вращения оси. Изменение направления счета таким образом может легко изменяться управляя так называемым входом ” Complement “. Выдаваемое значение может таким образом быть возврастающим или спадающим при одном и том же физическом направлении вращения оси.
Поскольку информация выраженая в Грей-коде имеет чисто кодированный характер не несущей реальной числовой информации должен он перед дальнейшей обработкой сперва преобразован в стандартный бинарный код. Осуществляется это при помощи преобразователя кода (декодера Грей-Бинар) который к счастью легко реализируется с помощью цепи из логических элементов «исключающее или» ( XOR ) как програмным так и аппаратным способом.
Соответствие десятичных чисел в диапазоне от 0 до 15 двоичному коду и коду Грея
| Двоичное кодирование | Кодирование по методу Грея | ||||
| Десятичный код | Двоичное значение | Шестнадц. значение | Десятичный код | Двоичное значение | Шестнадц. значение |
| 0000 | 0h | 0000 | 0h | ||
| 1 | 0001 | 1h | 1 | 0001 | 1h |
| 2 | 0010 | 2h | 3 | 0011 | 3h |
| 3 | 0011 | 3h | 2 | 0010 | 2h |
| 4 | 0100 | 4h | 6 | 0110 | 6h |
| 5 | 0101 | 5h | 7 | 0111 | 7h |
| 6 | 0110 | 6h | 5 | 0101 | 5h |
| 7 | 0111 | 7h | 4 | 0100 | 4h |
| 8 | 1000 | 8h | 12 | 1100 | Ch |
| 9 | 1001 | 9h | 13 | 1101 | Dh |
| 10 | 1010 | Ah | 15 | 1111 | Fh |
| 11 | 1011 | Bh | 14 | 1110 | Eh |
| 12 | 1100 | Ch | 10 | 1010 | Ah |
| 13 | 1101 | Dh | 11 | 1011 | Bh |
| 14 | 1110 | Eh | 9 | 1001 | 9h |
| 15 | 1111 | Fh | 8 | 1000 | 8h |
Преобразование кода Грея в привычный бинарный код можно осуществить используя простую схему с инверторами и логическими элементами “исключающее или” как показано ниже:
Код Gray-Excess
Обычный одношаговый Грей-код подходит для разрешений, которые могут быть представлены в виде числа возведенного в степень 2. В случаях где надо реализовать другие разрешения из обычного Грей-кода вырезается и используется средний его участок. Таким образом сохраняется «одношаговость» кода. Однако числовой диапазон начинается не с нуля, а смещяется на определенное значение.
При обработке информации от генерируемого сигнала отнимается половина разницы между первоначальным и редуцированным разрешением. Такие разрешения как например 360? для выражения угла часто реализируются этим методом. Так 9-ти битный Грей-код равный 512 шагов, урезанный с обеих сторон на 76 шагов будет равен 360°.
Источник: rentamatic.ru
Двоичные коды
В кодировании, когда числа, буквы или слова представлены определенной группой символов, говорят, что число, буква или слово кодируются. Группа символов называется кодом. Цифровые данные представляются, хранятся и передаются в виде группы двоичных битов. Эта группа также называется двоичным кодом . Двоичный код представлен числом, а также буквенно-цифровой буквой.
Преимущества двоичного кода
Ниже приведен список преимуществ, которые предлагает двоичный код.
- Двоичные коды подходят для компьютерных приложений.
- Двоичные коды подходят для цифровой связи.
- Двоичные коды делают анализ и проектирование цифровых схем, если мы используем двоичные коды.
- Поскольку используются только 0 и 1, реализация становится легкой.
Двоичные коды подходят для компьютерных приложений.
Двоичные коды подходят для цифровой связи.
Двоичные коды делают анализ и проектирование цифровых схем, если мы используем двоичные коды.
Поскольку используются только 0 и 1, реализация становится легкой.
Классификация двоичных кодов
Коды широко подразделяются на следующие четыре категории.
- Взвешенные коды
- Невзвешенные коды
- Двоичный код десятичного кода
- Буквенно-цифровые коды
- Коды обнаружения ошибок
- Коды, исправляющие ошибки
Взвешенные коды
Взвешенные двоичные коды – это те двоичные коды, которые подчиняются принципу позиционного веса. Каждая позиция числа представляет определенный вес. Несколько систем кодов используются для выражения десятичных цифр от 0 до 9. В этих кодах каждая десятичная цифра представлена группой из четырех битов.
Невзвешенные коды
В этом типе двоичных кодов позиционные веса не назначаются. Примерами невзвешенных кодов являются код Excess-3 и код Грея.
Код избытка-3
Код Excess-3 также называется кодом XS-3. Это невзвешенный код, используемый для выражения десятичных чисел. Кодовые слова Excess-3 получаются из кодовых слов BCD 8421, добавляющих (0011) 2 или (3) 10 к каждому кодовому слову в 8421. Коды избыточного 3 получают следующим образом:
пример
Серый код
Это невзвешенный код и это не арифметические коды. Это означает, что для битовой позиции нет конкретных весов. У него есть особая особенность, что при каждом увеличении десятичного числа будет изменяться только один бит, как показано на рис. Поскольку за один раз изменяется только один бит, серый код называется единичным кодом расстояния. Серый код – это циклический код.
Код Грея нельзя использовать для арифметической операции.
Применение кода Грея
- Серый код широко используется в датчиках положения вала.
- Датчик положения вала создает кодовое слово, которое представляет угловое положение вала.
Серый код широко используется в датчиках положения вала.
Датчик положения вала создает кодовое слово, которое представляет угловое положение вала.
Двоичный код (BCD)
В этом коде каждая десятичная цифра представлена 4-битным двоичным числом. BCD – это способ выразить каждую десятичную цифру двоичным кодом. В BCD с четырьмя битами мы можем представить шестнадцать чисел (от 0000 до 1111). Но в коде BCD используются только первые десять из них (от 0000 до 1001). Остальные шесть кодовых комбинаций, то есть 1010–1111, недопустимы в BCD.
Преимущества кодов BCD
- Это очень похоже на десятичную систему.
- Нам нужно запомнить двоичный эквивалент десятичных чисел только от 0 до 9.
Недостатки кодов BCD
- Сложение и вычитание BCD имеют разные правила.
- Арифметика BCD немного сложнее.
- BCD требуется большее количество бит, чем двоичное, чтобы представить десятичное число. Так что BCD менее эффективен, чем двоичный.
Сложение и вычитание BCD имеют разные правила.
Арифметика BCD немного сложнее.
BCD требуется большее количество бит, чем двоичное, чтобы представить десятичное число. Так что BCD менее эффективен, чем двоичный.
Буквенно-цифровые коды
Бинарная цифра или бит может представлять только два символа, поскольку имеет только два состояния: «0» или «1». Но этого недостаточно для связи между двумя компьютерами, потому что там нам нужно гораздо больше символов для связи. Эти символы должны представлять 26 алфавитов с заглавными и строчными буквами, числами от 0 до 9, знаками препинания и другими символами.
Буквенно-цифровые коды представляют собой коды, которые представляют цифры и буквенные символы. В основном такие коды также представляют другие символы, такие как символы и различные инструкции, необходимые для передачи информации. Буквенно-цифровой код должен содержать не менее 10 цифр и 26 букв алфавита, т.е. всего 36 знаков. Следующие три буквенно-цифровых кода очень часто используются для представления данных.
- Американский стандартный код для обмена информацией (ASCII).
- Расширенный двоичный код десятичного кода обмена (EBCDIC).
- Пяти битный код Бодо.
Код ASCII – это 7-битный код, тогда как EBCDIC – это 8-битный код. Код ASCII чаще используется во всем мире, в то время как EBCDIC используется в основном на больших компьютерах IBM.
Коды ошибок
Существуют методы двоичного кода, позволяющие обнаруживать и исправлять данные во время передачи данных.
Источник: coderlessons.com