Traducción de información a código binario: qué es, sus tipos, decodificación
Todo el mundo conoce la capacidad de las computadoras para calcular grandes grupos de datos en casi cuestión de segundos. Sin embargo, no todos saben que esta capacidad de las máquinas electrónicas depende de la presencia de corriente y voltaje.
¿Qué es un código binario?
¿Cómo se las arregla una computadora para procesar grandes cantidades de información rápidamente? El sistema binario le ayuda en esto. Los datos que ingresan a este dispositivo inteligente se ven como unos y ceros. Cada unidad y cada cero corresponde a un determinado estado del cable eléctrico:
- 1 – alto voltaje.
- 0 – bajo.
O para unidades, la presencia de voltaje, y para ceros, la ausencia.
La base del sistema binario de cálculo son los códigos binarios. ¿Qué es un código binario?
El proceso de convertir datos en ceros y unos se llama "conversión binaria", y su designación final es "código binario".
Profundidad de bits de código binario
Todos los números binarios son una colección de bits, es decir, unos y ceros, y cada bit es un bit o una posición en un número binario. A menudo, en las tareas de informática, surge la pregunta de cuánta información lleva este o aquel código binario. Debe saber que cada dígito del código binario contiene la cantidad de información que es igual a un bit.
¿Cuál es la profundidad de bits de un código binario? Si miras desde el punto de vista de la aritmética, entonces la profundidad de bits se refiere al lugar que ocupa un dígito al escribir números. Entonces, la profundidad de bits del código binario significa la cantidad de lugares de caracteres (dígitos) o la cantidad de bits que se asignan previamente para escribir el número.
Descifrado binario
¿Cómo descifrar el código binario? La notación decimal se basa en el sistema decimal que se usa comúnmente en la vida cotidiana y los valores numéricos aquí se representan como diez dígitos del cero al nueve. Cada uno de los lugares en los números es diez veces más valioso que el lugar de la derecha. Para representar un número mayor a 9 en el sistema decimal se utiliza un cero, el cual se coloca a la derecha. Y la unidad se encuentra a la izquierda en el siguiente lugar más valioso.
El sistema binario funciona de manera similar, en el que solo se usan dos dígitos: cero y uno. Los asientos de la izquierda valen el doble que los de la derecha. Entonces, para un código binario, es típico que solo 0 y 1 puedan ser números únicos, y para cualquier número mayor que uno, ya se requieren 2 lugares.
Después de 0 y 1, siguen los siguientes números binarios:
- 10 (es decir, 1,0).
- 11 (1.1).
- 100(1,0,0).
En binario, 100 es el equivalente decimal de 4. Por lo tanto, cualquier número puede expresarse como un código binario, pero ocupará más espacio. Además, al asignar ciertos números binarios a cada letra del alfabeto, cualquier palabra puede traducirse a código binario.
Vídeo sobre la conversión de números a código binario
Por ejemplo, para transmitir un mensaje por un canal de comunicación digital, se codifica, es decir, se compara cada carácter del mensaje original con un código determinado (code word). Para esto, se utilizan códigos binarios, una secuencia de unos y ceros.
Por ejemplo, para codificar la palabra "madre" se elige el siguiente código:
- M-00.
- A – 1.
- Y-01.
- L-0.
- U-10.
El espacio es 11.
Las letras codificadas se combinarán en una cadena de bits y se transmitirán a través de la red de esta forma:
JABÓN MAMÁ LAMU → 0010011100010111010010
Después de que esta cadena haya sido entregada a su destino, se debe resolver el problema de restaurar el mensaje original. Entonces, habiendo recibido el mensaje "001001", se puede decodificar de varias maneras. Por ejemplo, suponiendo que consta solo de las letras L (código 0) y A (código 1), obtienes:
LLALLAAALLLLALAAAALLALL
Esto significa que el código anterior no es decodificable de forma única. Los códigos decodificables de forma única son aquellos en los que los mensajes de código se pueden decodificar de una sola manera.
Códigos uniformes
Este problema se resuelve dividiendo correctamente la cadena de bits en palabras codificadas por separado. Esto se puede hacer, por ejemplo, utilizando un código uniforme, cuya longitud de palabras es siempre la misma. Por ejemplo, esta frase consta de seis caracteres, lo que significa que se puede aplicar un código de tres bits.
Por ejemplo, si codifica la frase anterior con el siguiente código:
- M-000.
- A-001.
- Y-010.
- L-011.
- Espacio – 101, luego obtienes lo siguiente:
JABÓN MAMÁ LAMU → 000001000001101000010011001101011001000100
Este mensaje tiene una longitud de 42 bits. Aunque es más largo que el primero, que tiene solo 22 bits, es mucho más fácil analizarlo en palabras individuales para decodificarlo:
000 001 000 001 101 000 010 011 001 101 011 001 000 100
M A M A M Y L A L A M U
Aunque tal código uniforme no puede llamarse económico, puede decodificarse sin ambigüedades.
Vídeo sobre la conversión de letras a código binario
Códigos desiguales
Código binario desigual: ¿qué es? A veces se utiliza para acortar la longitud de los mensajes. En un código no uniforme, la palabra de código correspondiente a un determinado carácter del alfabeto puede diferir en longitud de otras palabras.
Por ejemplo, si usa el siguiente código para codificar "Mamá enjabonó la llama":
- M-01.
- A-00.
- Y-1011
- L-100.
- U-1010.
- Espacio – 11, resultará:
JABÓN MAMÁ LAMU → 0100010011011011100001110000011010
Este mensaje consta de 34 bits. Esta cadena de bits se puede decodificar sin ambigüedades, porque en la primera letra – M, que tiene el código 01, el código es único, porque otras palabras de código no comienzan con 01. De la misma manera, puede determinar la segunda letra – A. La propiedad cuando las palabras del código no coinciden con el comienzo de otras palabras del código se denomina condición de Fano, y los códigos decodificados mediante la propiedad de Fano se denominan códigos de prefijo.
Los códigos de prefijo tienen un significado práctico importante: con su ayuda, los caracteres de los mensajes recibidos se decodifican a medida que llegan, sin esperar a que el mensaje completo llegue al destinatario.
Tipos de códigos binarios
Para representar números enteros, existen los siguientes tipos de códigos binarios:
- Icónico.
- No firmado.
Los números negativos solo se pueden representar en forma firmada. Los números enteros se almacenan en una computadora en un formato de punto fijo.
Códigos sin firmar
En códigos binarios enteros sin signo, todos los dígitos binarios se representan a la potencia de 2:
El valor del número mínimo posible es cero, y el máximo está determinado por la fórmula:
Estos dos números definen el rango de números representados en código binario.
- Si se presenta un número entero sin signo de ocho dígitos, el rango de números se escribe usando el código: 0…255.
- Si se presenta un código de dieciséis dígitos, 0 … 65535.
En los procesadores de ocho bits, dichos números se almacenan en dos celdas de memoria, que se encuentran en direcciones adyacentes. Trabajar con tales números se lleva a cabo mediante comandos especiales.
Códigos de señal
En los códigos enteros directos con signo, la representación del signo de un número se realiza utilizando la cifra más significativa de la palabra. Para un código de carácter directo, el cero se usa para indicar el signo "+" y el uno se usa para indicar el signo "-". Ingresar un bit de signo cambiará el rango de números hacia valores negativos.
- Un entero binario de ocho bits con signo se escribe usando el siguiente rango: -127…+127.
- El código de dieciséis dígitos se escribirá en el rango: -32767…+32767.
En los procesadores de ocho bits, dichos números también se almacenan en dos celdas de memoria, cuyas direcciones se encuentran una al lado de la otra.
La desventaja de este código es la necesidad de un procesamiento separado de bits digitales y de signos. Los programas que se ejecutan en dichos algoritmos son bastante complejos. Para seleccionar y cambiar el bit de signo, deberá aplicar el método de enmascaramiento de bits, lo que conduce a un aumento en el tamaño del programa y una disminución en su rendimiento. Para evitar diferencias en el algoritmo de procesamiento de bits digitales y de signo, se utilizan códigos binarios inversos.
La diferencia entre los códigos binarios inversos con signo y los directos es la formación de números negativos al invertir todos los bits de los números. Sin embargo, los bits digitales y de signo no difieren. Dichos códigos pueden simplificar significativamente el algoritmo de trabajo.
Pero, a pesar de esto, trabajar con códigos inversos requiere un algoritmo especial para reconocer signos, calcular los valores absolutos de los números y restaurar el signo del resultado de un número. Además, el código inverso directo de un número requiere el uso de dos códigos para recordar cero en un momento en que se sabe que cero es un número positivo y nunca puede ser negativo.