Двоичное кодирование информации

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.

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.

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.

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.