Dane i system dwójkowy

JAK DZIAŁAJĄ KOMPUTERY DANE I SYSTEM DWÓJKOWY Cześć, jestem Limor Fried, inżynier w Adafruit Industries. Tutaj zajmuję się projektowaniem. Projektuję obwody na potrzeby mody, muzyki i technologii. Nazywam się Federico Gomez Suarez, jestem programistą w Microsoft Hack for Good. Interesuje mnie wykorzystanie technologii w rozwiązywaniu wielkich problemów społecznych. Mogliście słyszeć, że komputery pracują na jedynkach i zerach, albo nawet widzieliście takie przerażające obrazki. Dziś prawie nikt nie używa tych zer i jedynek bezpośrednio, ale odgrywają ważną rolę w wewnętrznej pracy komputera. W komputerze znajdują się przewody elektryczne i obwody, którymi krążą wszystkie informacje. Jak przechować i przedstawiać informacje z użyciem elektryczności? Weźmy jeden przewód, przez który może płynąć prąd. Są dwa stany: włączony lub wyłączony. Niewielki wybór, ale to bardzo ważny początek. Za pomocą jednego przewodu przedstawimy „tak” lub „nie”, „prawda” lub „fałsz”, 1 lub 0... każdy wybór z dwóch elementów. Stan włączony/wyłączony pojedynczego przewodu nazywamy bitem. To najmniejsza porcja informacji, jaką przechowuje komputer. Więcej przewodów - to więcej bitów. Za pomocą większej liczby zer i jedynek można wyrażać bardziej złożone informacje. Aby to zrozumieć, musimy poznać dwójkowy, inaczej binarny, system liczbowy. W systemie dziesiętnym mamy 10 cyfr: od 0 do 9. Tak wszyscy nauczyliśmy się liczyć. W systemie dwójkowym mamy tylko dwie cyfry: 0 i 1. Za pomocą tych cyfr możemy wyrazić każdą liczbę. A działa to tak. W systemie dziesiętnym, do którego przywykliśmy, każda pozycja w liczbie ma inną wartość. Jest pozycja jedności, pozycja dziesiątek, pozycja setek itd. Np. 9 na pozycji setek oznacza 900. Także w układzie binarnym każda pozycja ma wartość, ale zamiast mnożyć za każdym razem przez 10, mnożymy przez 2. Jest pozycja jedności, pozycja dwójek, czwórek, ósemek itd. Np. liczba 9 w systemie dwójkowym to 1001. Obliczmy wartość: jedna ósemka plus zero czwórek plus zero dwójek plus jedna jedynka. Prawie nikt tak nie liczy. Wyręcza nas komputer. To ważne: każdą liczbę można przedstawić za pomocą jedynek i zer albo przez pęk przewodów, którymi płynie prąd lub nie. Im więcej przewodów, tym większe liczby można przechowywać. Mając osiem kabli, można przechowywać liczby od 0 do 255. To jest osiem jedynek. Mając tylko 32 przewody, możemy przechować liczby od zera do ponad czterech miliardów. W systemie dwójkowym można przedstawić dowolną liczbę. A co z innymi rodzajami informacji, np. tekstem, obrazami czy dźwiękami? Okazuje się, że to wszystko także można przedstawić liczbami. TEKST W SYSTEMIE DWÓJKOWYM Pomyślmy o wszystkich literach alfabetu. Każdej można przypisać liczbę. A może być jedynką, B dwójką itd. Można więc przedstawić zdanie czy akapit jako sekwencję liczb. Jak widzieliśmy, liczby te można przechowywać jako przepływ prądu lub jego brak. Każde słowo, które widzicie na stronie www czy w telefonie, jest wyrażone w takim systemie. OBRAZY W SYSTEMIE DWÓJKOWYM Pomyślmy teraz o zdjęciach, filmikach i całej grafice na ekranie. Wszystkie te obrazy składają się z maleńkich kropek, pikseli. Każdy piksel ma kolor. Każdy z kolorów może być przedstawiony w postaci liczb. Przeciętny obraz ma miliony takich pikseli, a w przeciętnym filmiku jest 30 obrazów na sekundę, więc danych jest mnóstwo! DŹWIĘKI W UKŁADZIE DWÓJKOWYM Każdy dźwięk to seria drgań w powietrzu. Drgania można przestawić graficznie jako wykres dźwięku. Każdy punkt na tym wykresie można wyrazić liczbowo. W ten sposób każdy dźwięk da się podzielić na serię liczb. Chcąc mieć dźwięk lepszej jakości, wybierzemy audio 32-bitowe zamiast 8-bitowego. Więcej bitów - to szerszy zakres liczb. Tworząc program lub aplikację w komputerze, nie macie do czynienia z zerami i jedynkami, tylko z obrazami, dźwiękami lub filmikami. Wewnętrzne działanie komputerów sprowadza się do jedynek i zer oraz sygnałów elektrycznych w obwodach. Właśnie w ten sposób wszystkie komputery przyjmują, przechowują, przetwarzają i zwracają informacje.