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Übersetzung von Informationen in Binärcode – was ist das, seine Typen, Dekodierung

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Jeder kennt die Fähigkeit von Computern, große Datenmengen in Sekundenschnelle zu berechnen. Allerdings weiß nicht jeder, dass diese Fähigkeit elektronischer Maschinen vom Vorhandensein von Strom und Spannung abhängt.

Was ist ein Binärcode?

Wie schafft es ein Computer, riesige Mengen an Informationen schnell zu verarbeiten? Dabei hilft ihm das binäre System. Die Daten, die dieses intelligente Gerät eingeben, sehen aus wie Einsen und Nullen. Jede Einheit und jede Null entspricht einem bestimmten Zustand des Stromkabels:

  • 1 – Hochspannung.
  • 0 – niedrig.

Oder für Einheiten – das Vorhandensein von Spannung und für Nullen – das Fehlen.

Grundlage des binären Rechensystems sind Binärcodes. Was ist ein Binärcode?

Der Prozess der Umwandlung von Daten in Nullen und Einsen wird als "Binärkonvertierung" bezeichnet, und ihre endgültige Bezeichnung ist "Binärcode".

Bittiefe des Binärcodes

Alle Binärzahlen sind eine Sammlung von Bits, d. h. Einsen und Nullen, und jedes Bit ist ein Bit oder eine Position in einer Binärzahl. Oft stellt sich bei Informatikaufgaben die Frage, wie viel Information dieser oder jener Binärcode trägt. Sie sollten wissen, dass jede Ziffer des Binärcodes die Informationsmenge enthält, die einem Bit entspricht .

Was ist die Bittiefe eines Binärcodes? Aus arithmetischer Sicht bezieht sich die Bittiefe auf den Platz, den eine Ziffer beim Schreiben von Zahlen einnimmt. Dann bedeutet die Bittiefe des Binärcodes die Anzahl der Zeichenstellen (Ziffern) oder die Anzahl der Bits, die vorab zugewiesen werden, um die Zahl aufzuschreiben.

Binäre Entschlüsselung

Wie entschlüsselt man den Binärcode? Die Dezimalschreibweise orientiert sich an dem im Alltag gebräuchlichen Dezimalsystem und die Zahlenwerte werden hier als zehn Ziffern von null bis neun dargestellt. Jede der Stellen in den Zahlen ist zehnmal wertvoller als die Stelle rechts. Um eine Zahl größer als 9 im Dezimalsystem darzustellen, wird eine Null verwendet, die rechts platziert wird. Und das Gerät befindet sich links an der nächsten, wertvolleren Stelle.

Das Binärsystem funktioniert ähnlich, bei dem nur zwei Ziffern verwendet werden – Null und Eins. Sitze auf der linken Seite sind doppelt so wertvoll wie Sitze auf der rechten Seite. Für einen Binärcode ist es also typisch, dass nur 0 und 1 einzelne Zahlen sein können, und für alle Zahlen größer als eins sind bereits 2 Stellen erforderlich.

Nach 0 und 1 folgen die folgenden Binärzahlen:

  • 10 (d. h. 1,0).
  • 11 (1.1).
  • 100(1,0,0).

Im Binärformat ist 100 das dezimale Äquivalent von 4. Somit kann jede Zahl als Binärcode ausgedrückt werden, nimmt jedoch mehr Platz ein. Durch die Zuordnung bestimmter binärer Zahlen zu jedem Buchstaben des Alphabets kann jedes Wort in einen binären Code übersetzt werden.

Video über das Konvertieren von Zahlen in Binärcode

Um beispielsweise eine Nachricht über einen digitalen Kommunikationskanal zu übertragen, wird diese verschlüsselt, dh jedes Zeichen der ursprünglichen Nachricht wird mit einem bestimmten Code (Codewort) verglichen. Dazu werden Binärcodes verwendet – eine Folge von Einsen und Nullen.

Um beispielsweise das Wort „Mutter” zu codieren, wird der folgende Code gewählt:

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

Raum ist 11.

Die verschlüsselten Buchstaben werden zu einer Bitfolge zusammengefasst und in dieser Form über das Netzwerk übertragen:

MOM SOAP LAMU → 0010011100010111010010

Nachdem diese Zeichenfolge an ihr Ziel geliefert wurde, muss das Problem der Wiederherstellung der ursprünglichen Nachricht gelöst werden. Nachdem Sie also die Nachricht "001001" erhalten haben, kann sie auf verschiedene Arten decodiert werden. Angenommen, es besteht beispielsweise nur aus den Buchstaben L (Code 0) und A (Code 1), erhalten Sie:

LLALLAALLLLALAAAALLALL

Das bedeutet, dass der obige Code nicht eindeutig dekodierbar ist. Eindeutig decodierbare Codes sind solche, bei denen beliebige Codenachrichten nur auf eine Weise decodiert werden können.

Einheitliche Codes

Dieses Problem wird gelöst, indem die Bitkette richtig in separat codierte Wörter aufgeteilt wird. Dies kann beispielsweise durch einen einheitlichen Code erfolgen, dessen Wortlänge immer gleich ist. Diese Phrase besteht beispielsweise aus sechs Zeichen, was bedeutet, dass ein Drei-Bit-Code angewendet werden kann.

Wenn Sie beispielsweise den obigen Satz mit dem folgenden Code codieren:

  • M-000.
  • A-001.
  • Y-010.
  • L-011.
  • Leerzeichen – 101, dann erhalten Sie Folgendes:

MOM SOAP LAMU → 000001000001101000010011001101011001000100

Diese Nachricht ist 42 Bit lang. Obwohl es länger ist als das erste, das nur 22 Bit umfasst, ist es viel einfacher, es zum Decodieren in einzelne Wörter zu zerlegen:

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 

Obwohl ein solcher einheitlicher Code nicht als wirtschaftlich bezeichnet werden kann, kann er eindeutig decodiert werden.

Video zum Konvertieren von Buchstaben in Binärcode

Ungleiche Codes

Ungleicher Binärcode – was ist das? Es wird manchmal verwendet, um die Länge von Nachrichten zu verkürzen. Bei einem uneinheitlichen Code kann sich das Codewort, das einem bestimmten Zeichen im Alphabet entspricht, in der Länge von anderen Wörtern unterscheiden.

Wenn Sie beispielsweise den folgenden Code verwenden, um „Mama hat das Lama eingeseift” zu codieren:

  • M – 01.
  • A – 00.
  • Y-1011
  • L-100.
  • U-1010.
  • Space – 11, es wird sich herausstellen:

MOM SOAP LAMU → 0100010011011011100001110000011010

Diese Nachricht besteht aus 34 Bit. Diese Bitfolge kann eindeutig dekodiert werden, da im ersten Buchstaben – M, der den Code 01 hat, der Code eindeutig ist, da andere Codewörter nicht mit 01 beginnen. Auf die gleiche Weise können Sie den zweiten Buchstaben – A bestimmen. Die Eigenschaft, wenn die Codewörter nicht mit den anderen Codewörtern am Anfang übereinstimmen, wird als Fano-Bedingung bezeichnet, und Codes, die unter Verwendung der Fano-Eigenschaft decodiert werden, werden als Präfixcodes bezeichnet.

Präfixcodes haben eine wichtige praktische Bedeutung – mit ihrer Hilfe werden die Zeichen empfangener Nachrichten bei ihrem Eintreffen decodiert, ohne darauf zu warten, dass die gesamte Nachricht beim Empfänger ankommt.

Arten von Binärcodes

Zur Darstellung ganzer Zahlen gibt es folgende Arten von Binärcodes:

  • Ikonisch.
  • Ohne Vorzeichen.

Negative Zahlen können nur vorzeichenbehaftet dargestellt werden. Ganzzahlen werden in einem Computer in einem Festkommaformat gespeichert.

Unsignierte Codes

In ganzzahligen vorzeichenlosen Binärcodes werden alle Binärziffern hoch 2 dargestellt:

Übersetzung von Informationen in Binärcode - was ist das, seine Typen, Dekodierung

Der Wert der minimal möglichen Zahl ist Null, und das Maximum wird durch die Formel bestimmt:

Übersetzung von Informationen in Binärcode - was ist das, seine Typen, Dekodierung

Diese beiden Zahlen definieren den Zahlenbereich, der im Binärcode dargestellt wird.

  • Wird eine achtstellige Ganzzahl ohne Vorzeichen dargestellt, dann wird der Zahlenbereich mit dem Code geschrieben: 0…255.
  • Wenn ein sechzehnstelliger Code angezeigt wird – 0 … 65535.

In Acht-Bit-Prozessoren werden solche Zahlen in zwei Speicherzellen gespeichert, die sich in benachbarten Adressen befinden. Die Arbeit mit solchen Nummern erfolgt mit speziellen Befehlen.

Codes signieren

Bei direkten ganzzahligen vorzeichenbehafteten Codes erfolgt die Darstellung des Vorzeichens einer Zahl durch die höchstwertige Ziffer im Wort. Bei einem direkten Zeichencode wird Null verwendet, um das „+”-Zeichen anzuzeigen, und Eins wird verwendet, um das „-“-Zeichen anzuzeigen. Die Eingabe eines Vorzeichenbits verschiebt den Zahlenbereich in Richtung negativer Werte.

  • Eine binäre 8-Bit-Ganzzahl mit Vorzeichen wird unter Verwendung des folgenden Bereichs geschrieben: -127…+127.
  • Der sechzehnstellige Code wird in den Bereich geschrieben: -32767…+32767.

Bei Acht-Bit-Prozessoren werden solche Zahlen auch in zwei Speicherzellen gespeichert, deren Adressen nebeneinander liegen.

Der Nachteil dieses Codes ist die Notwendigkeit einer getrennten Verarbeitung von Vorzeichen und digitalen Bits. Programme, die in solchen Algorithmen laufen, sind ziemlich komplex. Um das Vorzeichenbit auszuwählen und zu ändern, müssen Sie die Bitmaskierungsmethode anwenden, was zu einer Vergrößerung des Programms und einer Verringerung seiner Leistung führt. Um Unterschiede im Algorithmus zur Verarbeitung von Digital- und Vorzeichenbits zu vermeiden, werden umgekehrte Binärcodes verwendet.

Der Unterschied zwischen vorzeichenbehafteten umgekehrten Binärcodes und direkten ist die Bildung negativer Zahlen durch Invertieren aller Zahlenbits. Digital- und Vorzeichenbits unterscheiden sich jedoch nicht. Solche Codes können den Arbeitsalgorithmus erheblich vereinfachen.

Trotzdem erfordert das Arbeiten mit inversen Codes einen speziellen Algorithmus, um Vorzeichen zu erkennen, die Absolutwerte von Zahlen zu berechnen und das Vorzeichen des Ergebnisses einer Zahl wiederherzustellen. Außerdem erfordert der direkte Umkehrcode einer Zahl die Verwendung von zwei Codes, um sich an Null zu erinnern, wenn bekannt ist, dass Null eine positive Zahl ist und niemals negativ sein kann.

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