Двоичное алфавитное представление данных на компьютере в виде текстов в двоичном алфавите
Обновлено: 21.11.2024
Ваш персональный компьютер представляет собой тип цифрового электронного компьютера. Он называется цифровым, потому что вся информация внутри него представлена и обрабатывается в виде чисел (первоначальное значение слова «цифра» — «палец», а поскольку люди часто считают пальцами, термин «цифра» также стал применяться к числам). ). Все числа в электронной таблице, все текстовые символы в документе Word, все изображения и звуки, хранящиеся на компьютере, ВСЕ представлены в виде чисел.
Вы используете систему счисления с основанием 10 (поскольку у людей 10 пальцев, это им подходит). Когда вы пишете число 1853, например, это означает:
Каждая цифра (0–9) в числе с основанием 10 умножается на степень десяти, соответствующую ее положению. Обратите внимание, что значение каждого разряда в 10 раз превышает значение разряда справа от него. Но вы все это знали, конечно.
Двоичные числа
Но как быть с бедным компьютером, у которого нет пальцев, чтобы считать? База 10 неудобна для использования на компьютере без пальцев. Компьютеры ДЕЙСТВИТЕЛЬНО имеют электрические цепи, которые либо включены, либо выключены. Всего два состояния для работы. Таким образом, натуральная система счисления для использования в электронном компьютере — это основание 2 (так называемая двоичная система счисления). В отличие от вас, у которого есть десять цифр для вычислений (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), у компьютера есть только две цифры (0 и 1), с которыми он должен все делать. Таким образом, в памяти компьютера крошечный транзистор, который включен (проводит ток), может представлять 1, а выключенный транзистор будет представлять 0 (ноль). .
Например, двоичное число 11100111101 означает:
Ах! Значит, это одно и то же число!
1853 (по основанию 10) = 11100111101 (по основанию 2)
Обратите внимание, что каждая позиция двоичной цифры в числе по основанию 2 имеет 2 значение, умноженное на позицию двоичной цифры справа от нее (поскольку это база 2; помните, как работала база 10).
Все время говорить «двоичная цифра» становится громоздко, поэтому был изобретен более короткий термин «бит». Бит — это одна двоичная цифра. Бит может содержать либо 1, либо 0 (ноль). Строка битов может содержать большие числа (точно так же, как вы используете строки из 10-кратной базы для представления чисел больше 9).
| Двоичное представление чисел | |
| Основание 10 | Основание 2 |
| 0 | 00000000 |
| 1 | 00000001 |
| 2 | 00000010 |
| 3 | 00000011 |
| 4 | 00000100 |
| 5 | 00000101 |
| . | . |
| 65 | 01000001 |
| 66 | 01000010 |
| 67 | 01000011 |
| . | . |
| 254 | 11111110 |
| 255 | 11111111 |
Особенно удобный фрагмент компьютерной памяти имеет длину 8 бит. Этот кусок памяти может использоваться для представления любого числа от нуля (00000000) до 255 (11111111). Почему 11111111 (по основанию 2) равно 255 (по основанию 10)? Потому что это означает:
1 x 128 + 1 x 64 + 1 x 32 + 1 x 16 +
1 x 8 + 1 x 4 + 1 x 2 + 1 x 1 = 255
И почему это кусок памяти удобного размера? Потому что, если мы хотим представить все символы английского алфавита, 8 цифр — это первая степень числа 2, которая дает вам достаточно возможностей для этого (длинный 4-битный фрагмент может содержать только числа от нуля до 7. недостаточно) .
У нас есть специальное имя для фрагмента памяти длиной 8 бит: он называется байтом. Это основная единица, которую мы используем для измерения объема памяти компьютера. (Кусок памяти длиной 4 бита называется «кусок», но вам не нужно знать это для теста.)
Текстовые символы представлены в памяти компьютера в виде чисел. Как? Вам нужна схема приравнивания букв к цифрам. Используемая система называется кодом ASCII (американский стандартный код для обмена информацией). Заглавная буква A представлена числом 65 в коде ASCII (65 — это 01000001 в двоичном формате). Первые 65 кодов ASCII (от 0 до 64) используются для набора управляющих символов и специальных символов, поэтому заглавная буква А оказалась 65. Заглавная буква Б равна 66 (01000010) и так далее.
| Представление символов ASCII (просто пример ) | ||
| Символ | Основание 10 | Основание 2 |
| (возврат ) | 13 | 00001101 |
| (пробел) | 32 | 00100000 |
| ! | 33 | 00100001 |
| 1 | 49 | 00110001 |
| 2 | 50 | 00110010 |
| @ | 64 | 01000000 |
| A | 65 | 01000001 |
| B | 66 | 01000010 |
| C | 67 | 01000011 |
| a | 97 | 01100001 |
| b | 98 | 01100010 |
| c | 99 | 01100011 | < /tr>
| (удалить) | 127 | 01111111 |
Как компьютер узнает, является ли 01000001 в байте памяти числом 65 или буквой A? Поскольку прикладная программа отслеживает, что и куда помещается в память, MS Word знает, что данный байт, в котором хранится текст, содержит числа, представляющие буквы.
Для иностранных алфавитов, которые содержат намного больше букв, чем английский (например, японский кандзи), теперь используется более новое расширение схемы ASCII, называемое Unicode (для хранения каждой буквы используется два байта; два байта дают 65 535 различных значений для представления символов).
Изображения также представлены в виде чисел на компьютере. Если вы внимательно посмотрите на экран своего дисплея, то увидите, что изображение на нем состоит из множества маленьких точек, называемых элементами изображения (что чаще сокращается до пикселя). Каждый пиксель изображения на экране может быть представлен в компьютере тремя байтами; числа в байтах сообщают дисплею, сколько красного, синего и зеленого света нужно смешать, чтобы получился цвет пикселя (три байта могут представлять миллионы возможных цветов для каждого пикселя).
Программы, выполняемые компьютером, также хранятся в виде чисел. Каждое число в этом случае представляет собой инструкцию для микропроцессора (каждая операция, которую может выполнить процессор, например, «выбрать число в регистр» и «сложить вместе содержимое двух резисторов», представлена уникальными двоичными кодами).
Килобайты, мегабайты, гигабайты и т. д.
Емкость памяти и емкость хранилища данных для компьютеров измеряются в байтах. Размеры файлов также измеряются в байтах (помните, что один байт равен 8 битам). Однако размер байта невелик (он может содержать только один символ), поэтому мы используем более крупные единицы:
Килобайт ( КБ ) составляет примерно 1000 байт. Но это НЕ ровно 1000 байт; это 1024 байта. Почему такое странное число, как 1024? Потому что 1024 — это ровно 10000000000 в двоичном формате; хорошее число, кратное двум, очень удобно для компьютера. Так что помните: когда компьютер сообщает вам, что ваш файл занимает 40 килобайт, на самом деле он использует 40 960 байт (а не 40 000). Но вы можете думать о килобайте как о «примерно 1000 байтов», откуда он и получил свое название. Размер этого файла веб-страницы составляет примерно 20 КБ.
Точно так же вы можете думать о мегабайте ( МБ ) примерно как о миллионе байтов, но это точно 1 048 576 байт (1024 x 1024). Приложение MS Word занимает около 13 МБ на жестком диске компьютера (в зависимости от версии). Типичный персональный компьютер может иметь 512 МБ памяти.
Гигабайт ( ГБ ) равен приблизительно одному миллиарду байтов (точно 1 073 741 824). Корневое слово для слова «гига» такое же, от которого произошло наше слово «гигант», поэтому технически «гигабайт» следует произносить с мягкой «г», но допустимо произношение как с твердой, так и с мягкой «г». Емкость стандартного жесткого диска измеряется десятками или сотнями ГБ.
Если вам интересно, триллион байт – это терабайт, но возможности ПК еще не достигли этого предела.
Примечание. Чтобы еще больше запутать ситуацию, многие производители указывают емкость своих жестких дисков и других устройств в килобайтах, которые составляют ровно 1000 байт. Это имеет преимущество (для них) в том, что их продукты кажутся на 2,4% больше. Для целей этого класса мы будем использовать определение килобайта = 1024 байта.
активность кода, экспоненциальные отношения, представление чисел с помощью символов
01001000 01100101 01101100 01101100 01101111 00100001
Эти единицы и нули могут показаться вам ни на что не похожими, но в двоичном коде числа на самом деле говорят «Привет!»
Любой код, в котором для представления информации используются всего два символа, считается двоичным кодом. Различные версии двоичного кода существовали веками и использовались в различных контекстах. Например, шрифт Брайля использует выпуклые и невыпуклые выступы для передачи информации слепым, азбука Морзе использует длинные и короткие сигналы для передачи информации, а в приведенном выше примере для представления букв используются наборы нулей и единиц.Возможно, в настоящее время двоичный код чаще всего используется в компьютерах: двоичный код — это способ, с помощью которого большинство компьютеров и компьютеризированных устройств в конечном итоге отправляют, получают и хранят информацию.
Если вы хотите, чтобы рука следила за вашей работой, распечатайте этот удобный лист преобразования двоичного текста!
Напишите свое имя в двоичном коде разными способами
Нули и единицы двоичного кода несколько произвольны. Любой символ, цвет или физический объект, который может существовать в двух разных формах или состояниях, например, монета (орел и решка), переключатель (включено и выключено), цвет (синий и зеленый), формы (круг и квадрат) — можно использовать как двоичный код. Например, вот слова «Правила научной пятницы!» записано в двоичном формате с использованием гороха и моркови:
«Правила научной пятницы!» записано в двоичном формате с использованием гороха (0) и моркови (1) – А. Зыч
Почему двоичный код так важен?
В компьютерах и других компьютеризированных устройствах (таких как калькуляторы, принтеры, кофеварки и микроволновые печи) биты обычно передаются в электронном виде. Но эта электронная информация мимолетна. Чтобы он существовал какое-то время — и без источника питания — он должен храниться физически внутри аппаратного обеспечения устройства. Это означает, что каждый фрагмент двоичного кода в компьютере должен быть преобразован в физический объект или состояние. Двоичный код, как оказалось, легко преобразовать из электронной информации (например, нулей и единиц) в физическую информацию, потому что нужны только два типа физических объектов или состояний.
Преобразование электрической информации в физическое хранилище информации аналогично тому, как кто-то произносит двоичный код «собака» из нулей и единиц, пока вы записываете их на листе бумаги. Произнесенные 0 и 1 нельзя бесконечно слышать после того, как они были произнесены, но, записав их физически на листе бумаги, вы можете обращаться к ним снова и снова. В случае с компьютером этот двоичный код может храниться при высоком и низком напряжении, в намагниченных или размагниченных сегментах металлического диска или, в очень старых компьютерах, в перфорированных и неперфорированных отверстиях на картоне.
В получившей Пулитцеровскую премию книге Душа новой машины автор Трейси Киддер объясняет, как компьютеры Data General сохраняют информацию на двоичном языке:
«Часто говорят, что компьютеры манипулируют символами. Они имеют дело не с числами напрямую, а с символами, которые могут представлять не только числа, но также слова и изображения. Внутри схем цифрового компьютера эти символы существуют в электрической форме, а основных символов всего два – высокое напряжение и низкое напряжение. Ясно, что это чудесный символизм для машины; схемам не нужно различать девять различных оттенков серого, а нужно различать только черное и белое, или, говоря электрическим языком, высокое и низкое напряжение». Авторское право © 1981, Джон Трейси Киддер. Перепечатано с разрешения Little, Brown and Company, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. Все права защищены.
Независимо от носителя двоичный код является золотым стандартом физического хранения информации в вычислительных устройствах, от калькуляторов до суперкомпьютеров.
Совершенный параллельный процессор: квантовые биты
Расширение: имеет ли значение номер бита?
Упорядочивание и чтение битов в упорядоченных группах — это то, что делает двоичные файлы исключительно эффективными для хранения и передачи огромных объемов информации. Чтобы понять почему, полезно рассмотреть альтернативу: что, если бы за раз использовался только один бит? Что ж, вы сможете обмениваться только двумя типами информации — один тип представлен 0, а другой — 1. Забудьте о кодировании всего алфавита или знаков препинания — вы просто получите два вида информации.
Но когда вы группируете биты по два, вы получаете четыре вида информации:
Увеличив количество двухбитных групп до трехбитных, вы удвоите объем информации, которую можете закодировать:
000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111
Хотя восьми различных видов информации по-прежнему недостаточно для представления всего алфавита, возможно, вы сможете увидеть, к чему ведет шаблон.
Используя любое представление двоичного кода, которое вы хотите, попробуйте выяснить, сколько возможных комбинаций битов вы можете составить, используя биты, сгруппированные по четыре. Затем попробуйте еще раз, используя биты, сгруппированные по пять. Как вы думаете, сколько возможных комбинаций вы можете получить, используя шесть битов за раз или 64? Объединяя отдельные биты во все более и более крупные группы, компьютеры могут использовать двоичный код для поиска, систематизации, отправки и хранения все большего количества видов информации.
Киддер доводит эту мысль до конца в Душе новой машины:
«Компьютерные инженеры называют одно высокое или низкое напряжение битом, и оно символизирует один фрагмент информации.Один бит не может символизировать многое; у него есть только два возможных состояния, поэтому его можно использовать, например, для обозначения только двух целых чисел. Однако поместите много битов подряд, и количество вещей, которые можно представить, увеличится в геометрической прогрессии».
По мере развития компьютерных технологий компьютерным инженерам понадобились способы одновременной отправки и хранения больших объемов информации. В результате битовая длина, используемая компьютерами, неуклонно росла на протяжении истории компьютеров. Если у вас новый iPhone, он использует 64-битный микропроцессор, а это означает, что он хранит и получает информацию в группах по 64 двоичных разряда, а это означает, что он способен хранить 2 64 или более 18 000 000 000 000 000 000 уникальных 64-битных комбинаций. двоичных целых чисел. Ого.
Идея кодирования информации большим количеством битов за раз для повышения мощности и эффективности компьютеров с самого начала была движущей силой компьютерной инженерии и до сих пор. Хотя этот отрывок из книги Душа новой машины был впервые опубликован в 1981 году, основной принцип кодирования информации в двоичном коде с возрастающей сложностью по-прежнему отражает развитие вычислительной мощности сегодня:
«В некоторых важных частях типичного современного компьютера биты — электрические символы — обрабатываются пакетами. Как и телефонные номера, пакеты имеют стандартный размер. Машины IBM традиционно обрабатывали информацию в пакетах длиной 32 бита. NOVA от Data General и большинство мини-компьютеров после него, включая Eclipses, работают с пакетами длиной всего 16 бит. Различие не имеет значения в теории, поскольку любой компьютер гипотетически способен делать то, что может делать любой другой компьютер. Но легкость и скорость, с которой разные компьютеры могут выполнять одну и ту же работу, сильно различаются, и в целом машина, которая обрабатывает символы порциями по 32 бита, работает быстрее, а для некоторых целей — обычно больших — она проще. программировать, чем машину, которая обрабатывает только 16 бит за раз».
Из книги ДУША НОВОЙ МАШИНЫ Трейси Киддер. Авторские права © 1981, Джон Трейси Киддер. Перепечатано с разрешения Little, Brown and Company, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. Все права защищены.
Является ли программирование языком цифровой эпохи?
Пожертвовать науке в пятницу
Сделайте подарок на конец года уже сегодня. Инвестируйте в качественную научную журналистику, сделав пожертвование в фонд Science Friday.
Чтобы понимать программирование, вам необходимо знать языки программирования. Вам также необходимо знать важность двоичных чисел, которые определяют способ хранения информации на вашем компьютере. Знание двоичного кода может дать вам еще один способ передачи важной информации, связанной с компанией, в которой вы работаете.
В этой статье мы определяем, что такое двоичный код, почему двоичный код важен, примеры двоичных буквенных кодов и способы записи в двоичном формате.
Что такое двоичный файл?
Двоичная система счисления состоит из нулей и единиц. Компьютер использует эти цифры для размещения данных внутри компьютера. Цифры могут представлять буквы, используемые для передачи важных сообщений. Например, ноль означает, что у вас нет электрического потока в аппаратных системах вашего компьютера, тогда как единица означает, что у вас есть достаточный электрический ток для его функциональной работы. Кроме того, каждый двоичный код должен быть представлен в физической форме, чтобы его можно было правильно хранить.
Почему важен двоичный код
Двоичный код важен, потому что он может использовать цифры нуля и единицы для решения сложных задач, связанных с механическими функциями компьютеров. Двоичные числа также облегчают создание дизайна для компьютеров и делают его более рентабельным. Эти цифры позволили организациям максимизировать выходную мощность этих систем, а также работать над надежными системами, которые повышают их производительность на рабочем месте.
Двоичные буквенные коды
Вы пишете двоичные коды произвольным образом, используя систему двоичного кодирования UTF-8. Эта система кодирования представляет собой совокупность систем, придающих фиксированное двоичное число всем буквам алфавита. Они также включают числа и символы и используются организациями по всему миру для создания универсального стандарта, повышающего производительность всех продуктов, использующих эту систему кодирования.
Давайте рассмотрим двоичные коды всех букв английского алфавита, чтобы дать вам представление о том, как писать функции в коде:
В Convert Binary вы можете найти буквы латинского алфавита ASCII в их двоичном кодовом представлении.
Вы ищете простой способ преобразования текста в двоичный формат? Для этого у нас есть удобный переводчик. Вы также можете преобразовать двоичный код в текст на английском языке или в формате ASCII.
Двоичный алфавит (ЗАГЛАВНЫЕ буквы)
| Буква | Двоичный |
| A | 01000001 |
| B | 01000010 |
| C | 01000011 |
| D | 01000100 |
| E | 01000101 |
| F | 01000110 |
| G | 01000111 |
| H | 01001000 |
| I | 01001001 |
| J | 01001010 |
| К | 01001011 |
| L | 01001100 |
| M | 01001101 |
| N | 01001110 |
| O | 01001111 |
| P | 01010000 |
| Q | 01010001 |
| R | 01010010 |
| S | 01010011 |
| T | 01010100 |
| U | 01010101 |
| В | 01010110 |
| В | 01010111 |
| X | 01011000 |
| Y | 01011001 |
| Z | 01011010 |
| Буква | Двоичный |
| a | 01100001 |
| b | 01100010 |
| c | 01100011 |
| d | 01100100 |
| e | 01100101 |
| f | 01100110 |
| g | 01100111 |
| ч | 01101000 |
| i | 01101001 |
| j | 01101010 |
| k | 01101011 |
| l | 01101100 |
| м | 01101101 |
| n | 01101110 |
| o | 01101111 |
| p | 01110000 |
| q | 01110001 |
| r | 01110010 |
| s | 01110011 |
| t | 01110100 |
| u | 01110101 |
| v | 01110110 |
| w | 01110111 |
| x | 01111000 |
| y | 01111001 |
| з | 01111010 |