Översättning av information till binär kod – vad är det, dess typer, avkodning

Alla känner till datorernas förmåga att beräkna stora grupper av data på nästan några sekunder. Men inte alla vet att denna förmåga hos elektroniska maskiner beror på närvaron av ström och spänning.

Vad är en binär kod?

Hur klarar en dator att bearbeta enorma mängder information snabbt? Det binära systemet hjälper honom i detta. Data som kommer in i den här smarta enheten ser ut som ettor och nollor. Varje enhet och varje nolla motsvarar ett visst tillstånd hos den elektriska ledningen:

• 1 – högspänning.
• 0 – låg.

Eller för enheter – närvaron av spänning, och för nollor – frånvaron.

Grunden för det binära beräkningssystemet är binära koder. Vad är en binär kod?

Processen att konvertera data till nollor och ettor kallas "binär konvertering", och deras slutliga beteckning är "binär kod".

Bitdjup av binär kod

Alla binära tal är en samling bitar, det vill säga ettor och nollor, och varje bit är en bit eller en position i ett binärt tal. I datavetenskapliga uppgifter är det ofta en fråga om hur mycket information den eller den binära koden bär. Du bör veta att varje siffra i den binära koden innehåller mängden information som är lika med en bit.

Vad är bitdjupet för en binär kod? Om man ser ur aritmetikens synvinkel, så hänvisar bitdjupet till den plats som en siffra upptar när man skriver siffror. Då betyder bitdjupet för den binära koden antalet platser med tecken (siffror) eller antalet bitar som är förallokerade för att skriva ner numret.

Binär dekryptering

Hur dekrypterar man den binära koden? Decimalnotationen är baserad på det decimalsystem som vanligtvis används i vardagen och de numeriska värdena här representeras som tio siffror från noll till nio. Var och en av platserna i numren är tio gånger mer värda än platsen till höger. För att representera ett tal större än 9 i decimalsystemet används en nolla som placeras till höger. Och enheten är placerad till vänster på nästa, mer värdefulla plats.

Det binära systemet fungerar på liknande sätt, där endast två siffror används – noll och en. Sätena till vänster är dubbelt så värdefulla som sätena till höger. Så för en binär kod är det typiskt att endast 0 och 1 kan vara enstaka nummer, och för alla nummer större än ett krävs redan 2 platser.

Efter 0 och 1 följer följande binära tal:

• 10 (det vill säga 1,0).
• 11 (1.1).
• 100(1,0,0).

I binärt är 100 motsvarande decimal till 4. Således kan vilket tal som helst uttryckas som en binär kod, men det kommer att ta mer plats. Dessutom, genom att tilldela vissa binära siffror till varje bokstav i alfabetet, kan vilket ord som helst översättas till binär kod.

Video om att konvertera tal till binär kod

Till exempel, för att sända ett meddelande över en digital kommunikationskanal, kodas det, det vill säga varje tecken i det ursprungliga meddelandet jämförs med en viss kod (kodord). För detta används binära koder – en sekvens av ettor och nollor.

Till exempel, för att koda ordet "mamma" väljs följande kod:

• M – 00.
• A – 1.
• Y – 01.
• L – 0.
• U – 10.

Utrymmet är 11.

De kodade bokstäverna kommer att kombineras till en bitsträng och kommer att överföras över nätverket i denna form:

MAMMA TVÅL LAMU → 0010011100010111010010

Efter att denna sträng har levererats till sin destination måste problemet med att återställa det ursprungliga meddelandet lösas. Så efter att ha fått meddelandet "001001", kan det avkodas på flera sätt. Om du till exempel antar att den bara består av bokstäverna L (kod 0) och A (kod 1), får du:

LLALLAAALLLLALAAAALLALL

Det betyder att ovanstående kod inte är unikt avkodningsbar. Unikt avkodningsbara koder är de där alla kodmeddelanden kan avkodas på endast ett sätt.

Enhetliga koder

Detta problem löses genom att korrekt dela upp bitsträngen i separat kodade ord. Detta kan till exempel göras med hjälp av en enhetlig kod, vars längd på ord alltid är densamma. Den här frasen består till exempel av sex tecken, vilket innebär att en trebitarskod kan användas.

Till exempel, om du kodar ovanstående fras med följande kod:

• M – 000.
• A – 001.
• Y — 010.
• L — 011.
• Mellanslag – 101, då får du följande:

MOM SOAP LAMU → 000001000001101000010011001101011001000100

Detta meddelande är 42 bitar långt. Även om den är längre än den första, som bara är 22 bitar, är det mycket lättare att tolka den till enskilda ord för avkodning:

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 

Även om en sådan enhetlig kod inte kan kallas ekonomisk, kan den otvetydigt avkodas.

Video om att konvertera bokstäver till binär kod

Ojämna koder

Ojämn binär kod – vad är det? Det används ibland för att förkorta längden på meddelanden. I en oenhetlig kod kan kodordet som motsvarar ett visst tecken i alfabetet skilja sig i längd från andra ord.

Till exempel, om du använder följande kod för att koda "Mamma tvålade lamaen":

• M – 01.
• A – 00.
• Y – 1011
• L — 100.
• U – 1010.
• Space – 11, kommer det att visa sig:

MAMMA TVÅL LAMU → 0100010011011011100001110000011010

Detta meddelande består av 34 bitar. Denna bitsträng kan avkodas entydigt, för i den första bokstaven – M, som har kod 01, är koden unik, eftersom andra kodord inte börjar med 01. På samma sätt kan du bestämma den andra bokstaven – A. Egenskapen när kodorden inte matchar början andra kodord kallas Fano-villkoret, och koder som avkodas med Fano-egenskapen kallas prefixkoder.

Prefixkoder har en viktig praktisk betydelse – med deras hjälp avkodas tecknen i mottagna meddelanden när de kommer, utan att vänta på att hela meddelandet ska komma till mottagaren.

Typer av binära koder

För att representera heltal finns det följande typer av binära koder:

• Ikonisk.
• Osignerad.

Negativa tal kan endast representeras i signerad form. Heltal lagras i en dator i ett fixpunktsformat.

Osignerade koder

I binära heltalskoder utan tecken representeras alla binära siffror i potensen 2:

Värdet på det minsta möjliga antalet är noll, och det maximala bestäms av formeln:

Dessa två siffror definierar intervallet av tal som representeras i binär kod.

• Om ett åttasiffrigt heltal utan tecken visas, skrivs talintervallet med koden: 0…255.
• Om en sextonsiffrig kod presenteras – 0 … 65535.

I åtta-bitars processorer lagras sådana nummer i två minnesceller, som finns i angränsande adresser. Att arbeta med sådana siffror utförs med hjälp av speciella kommandon.

Signera koder

I direkta heltalssignerade koder utförs representationen av tecknet för ett tal med den mest signifikanta siffran i ordet. För en direkt teckenkod används noll för att indikera "+"-tecknet och en används för att indikera "-"-tecknet. Om du anger en teckenbit förskjuts intervallet av siffror mot negativa värden.

• Ett binärt åttabitars heltal med tecken skrivs med följande intervall: -127…+127.
• Den sextonsiffriga koden kommer att skrivas i intervallet: -32767…+32767.

I åttabitarsprocessorer lagras sådana nummer också i två minnesceller, vars adresser ligger bredvid varandra.

Nackdelen med denna kod är behovet av separat bearbetning av tecken- och digitala bitar. Program som körs i sådana algoritmer är ganska komplexa. För att välja och ändra teckenbiten måste du tillämpa bitmaskeringsmetoden, vilket leder till en ökning av programmets storlek och en minskning av dess prestanda. För att förhindra skillnader i algoritmen för bearbetning av digitala bitar och teckenbitar används omvända binära koder.

Skillnaden mellan signerade omvända binära koder och direkta är bildandet av negativa tal genom att invertera alla bitar av siffror. Digitala bitar och teckenbitar skiljer sig dock inte åt. Sådana koder kan avsevärt förenkla arbetets algoritm.

Men trots detta kräver arbete med inversa koder en speciell algoritm för att känna igen tecken, beräkna absoluta värden av tal och återställa tecknet för resultatet av ett tal. Den omvända koden för ett tal kräver också att man använder två koder för att komma ihåg noll vid en tidpunkt då man vet att noll är ett positivt tal, och det kan aldrig vara negativt.