Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Цифровые часы.

Цифровые данные в теории информации и информационных системах - это дискретное, прерывистое представление информации или произведений. Обычно используются цифры и буквы .

Цифровые данные можно противопоставить аналоговым сигналам, которые ведут себя непрерывно, и непрерывным функциям, таким как звуки, изображения и другие измерения.

Слово digital происходит из того же источника, что и слова digit и digitus ( латинское слово, обозначающее палец ), поскольку пальцы часто используются для дискретного счета. Математик Джордж Стибиц из Bell Telephone Laboratories использовал слово « цифровой» в отношении быстрых электрических импульсов, излучаемых устройством, предназначенным для прицеливания и стрельбы из зенитных орудий в 1942 году. [1] Этот термин чаще всего используется в вычислительной технике и электронике , особенно там, где реальная информация преобразуется в двоичную числовую форму, как в цифровом аудиои цифровая фотография .

Преобразование символа в цифровое [ править ]

Так как символы (например, буквенно - цифровые символы ) не являются непрерывными, представляющими символами в цифровом виде , скорее проще , чем преобразование непрерывной или аналоговой информации в цифровой. Вместо дискретизации и квантования, как при аналого-цифровом преобразовании , используются такие методы, как опрос и кодирование .

Устройство ввода символов обычно состоит из группы переключателей, которые опрашиваются через равные промежутки времени, чтобы узнать, какие переключатели переключены. Данные будут потеряны, если в течение одного интервала опроса будут нажаты два переключателя или переключатель будет нажат, отпущен и снова нажат. Этот опрос может выполняться специализированным процессором устройства, чтобы не перегружать основной ЦП . Когда вводится новый символ, устройство обычно отправляет прерывание в специальном формате, чтобы ЦП мог его прочитать.

Для устройств с несколькими переключателями (например, кнопок на джойстике ) состояние каждого может быть закодировано в виде битов (обычно 0 для отпущенного и 1 для нажатого) в одном слове. Это полезно, когда комбинации нажатий клавиш имеют смысл, и иногда используется для передачи состояния клавиш-модификаторов на клавиатуре (например, Shift и Control). Но он не масштабируется для поддержки большего количества ключей, чем количество битов в одном байте или слове.

Устройства с множеством переключателей (например, клавиатура компьютера ) обычно размещают эти переключатели в матрице сканирования, причем отдельные переключатели находятся на пересечении линий x и y. Когда переключатель нажат, он соединяет вместе соответствующие линии x и y. Опрос (в данном случае часто называемый сканированием) выполняется путем последовательной активации каждой строки x и определения, какие строки y затем имеют сигнал , и, следовательно, какие клавиши нажимаются. Когда процессор клавиатуры обнаруживает изменение состояния клавиши, он отправляет в ЦП сигнал, указывающий скан-код клавиши и ее новое состояние. Затем символ кодируется или преобразуется в число в зависимости от состояния клавиш-модификаторов и желаемой кодировки символов .

Пользовательская кодировка может использоваться для конкретного приложения без потери данных. Однако использование стандартной кодировки, такой как ASCII , проблематично, если нужно преобразовать такой символ, как 'ß', но он не входит в стандарт.

Подсчитано, что в 1986 году менее 1% мирового технологического потенциала для хранения информации было цифровым, а в 2007 году он уже составлял 94%. [2] Предполагается, что 2002 год станет годом, когда человечество смогло хранить больше информации в цифровом формате, чем в аналоговом («начало цифровой эры »). [3] [4]

Штаты [ править ]

Цифровые данные находятся в трех состояниях: данные в состоянии покоя , данные в пути и данные в использовании . Конфиденциальность, целостность и доступность должны управляться в течение всего жизненного цикла от «рождения» до уничтожения данных. [5]

Свойства цифровой информации [ править ]

Вся цифровая информация обладает общими свойствами, которые отличают ее от аналоговых данных в отношении обмена данными:

  • Синхронизация: поскольку цифровая информация передается посредством последовательности, в которой упорядочены символы, все цифровые схемы имеют некоторый метод определения начала последовательности. В письменных или устных человеческих языках синхронизация обычно обеспечивается паузами (пробелами), заглавными буквами и пунктуацией . Машинная связь обычно использует специальные последовательности синхронизации .
  • Язык: все цифровые коммуникации требуют формального языка , который в данном контексте состоит из всей информации, которой отправитель и получатель цифровой коммуникации должны заранее владеть, чтобы коммуникация была успешной. Языки, как правило, произвольные и определяют значение, которое должно быть присвоено конкретным последовательностям символов, допустимый диапазон значений, методы, которые будут использоваться для синхронизации и т.
  • Ошибки: Помехи ( шум ) в аналоговой связи неизменно вносят некоторое, как правило, небольшое отклонение или ошибку между предполагаемым и фактическим обменом данными. Нарушения цифровой связи не приводят к ошибкам, если только помехи не настолько велики, что могут привести к неправильной интерпретации символа как другой символ или нарушению последовательности символов. Таким образом, как правило, возможна полностью безошибочная цифровая связь. Кроме того, для обнаружения ошибок и гарантии безошибочной связи посредством избыточности или повторной передачи могут использоваться такие методы, как контрольные коды. Ошибки в цифровой связи могут принимать форму ошибок замещения, в которых символ заменяется другим символом, или вставки / удаления.ошибки, при которых в цифровое сообщение вставляется лишний неправильный символ или удаляется из него. Неисправленные ошибки в цифровых коммуникациях оказывают непредсказуемое и, как правило, большое влияние на информационное содержание сообщения.
  • Копирование : из-за неизбежного присутствия шума создание множества последовательных копий аналоговой связи невозможно, потому что каждое поколение увеличивает шум. Поскольку цифровая связь, как правило, не содержит ошибок, копии можно делать бесконечно.
  • Степень детализации : цифровое представление непрерывно изменяемого аналогового значения обычно включает в себя выбор количества символов, которые должны быть присвоены этому значению. Количество символов определяет точность или разрешение результирующих данных. Разница между фактическим аналоговым значением и цифровым представлением называется ошибкой квантования . Например, если фактическая температура составляет 23,234456544453 градуса, но если этому параметру назначены только две цифры (23) в конкретном цифровом представлении, ошибка квантования будет: 0,234456544453. Это свойство цифровой связи известно как гранулярность .
  • Сжимаемость : согласно Миллеру, «несжатые цифровые данные очень большие, и в их необработанной форме они на самом деле производят более крупный сигнал (поэтому их труднее передавать), чем аналоговые данные. Однако цифровые данные можно сжимать. Сжатие уменьшает объем полосы пропускания, необходимый для отправки информации. Данные могут быть сжаты, отправлены и затем распакованы на месте потребления. Это позволяет отправлять гораздо больше информации, что приводит, например, к сигналам цифрового телевидения, предлагающим больше места в спектре атмосферных волн. для большего количества телеканалов ". [4]

Исторические цифровые системы [ править ]

Несмотря на то, что цифровые сигналы обычно связаны с двоичными электронными цифровыми системами, используемыми в современной электронике и вычислительной технике, цифровые системы на самом деле древние и не обязательно должны быть двоичными или электронными.

  • Генетический код ДНК - это естественная форма хранения цифровых данных.
  • Письменный текст (из-за ограниченного набора символов и использования дискретных символов - в большинстве случаев алфавита)
  • Абака была создана где- то между 1000 г. до н.э. и 500 г. до н.э., он впоследствии стал одной из форм частоты расчета. В настоящее время его можно использовать как очень продвинутый, но базовый цифровой калькулятор, который использует бусинки на рядах для представления чисел. Бусинки имеют значение только в дискретных состояниях вверх и вниз, а не в аналоговых промежуточных состояниях.
  • Маяк , пожалуй , самый простой неэлектронным цифровой сигнал, с помощью всего два состояния (включения и выключения). В частности, дымовые сигналы являются одним из старейших примеров цифрового сигнала, где аналоговая «несущая» (дым) модулируется с помощью бланкета для генерации цифрового сигнала (затяжек), который передает информацию.
  • Код Морзе использует шесть цифровых состояний: точка, тире, внутрисимвольный промежуток (между каждой точкой или тире), короткий промежуток (между каждой буквой), средний промежуток (между словами) и длинный промежуток (между предложениями) - для отправки сообщений через различные потенциальные носители, такие как электричество или свет, например, с помощью электрического телеграфа или проблескового маячка.
  • В шрифте Брайля используется шестибитный код, отображаемый в виде точечных рисунков.
  • Семафор флагов использует стержни или флаги, удерживаемые в определенных положениях, для отправки сообщений получателю, наблюдающему за ними на некотором расстоянии.
  • Международные морские сигнальные флаги имеют отличительную маркировку, которая представляет буквы алфавита, чтобы корабли могли отправлять сообщения друг другу.
  • Недавно изобретенный модем модулирует аналоговый «несущий» сигнал (например, звук) для кодирования двоичной электрической цифровой информации в виде серии двоичных цифровых звуковых импульсов. Чуть более ранняя, на удивление надежная версия той же концепции заключалась в объединении последовательности звуковой цифровой информации «сигнал» и «отсутствие сигнала» (т.е. «звук» и «тишина») на магнитной кассете для использования с ранними домашними компьютерами .

См. Также [ править ]

  • Аналого-цифровой преобразователь
  • Код Баркера
  • Двоичное число
  • Сравнение аналоговой и цифровой записи
  • Данные (вычисления)
  • Остаточная информация
  • Цифровая архитектура
  • Цифровое искусство
  • Цифровое управление
  • Цифровой разрыв
  • Цифровая электроника
  • Цифровая бесконечность
  • Цифровой родной
  • Цифровая физика
  • Цифровая запись
  • Цифровая революция
  • Цифровое видео
  • Цифро-аналоговый преобразователь
  • Интернет-форум

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ceruzzi, Paul E (29 июня 2012). Вычислительная техника: краткая история . MIT Press . ISBN 978-0-262-51767-6.
  2. ^ «Мировой технологический потенциал хранить, передавать и вычислять информацию» , особенно вспомогательные онлайн-материалы , Мартин Гильберт и Присцила Лопес (2011), Science , 332 (6025), 60–65; бесплатный доступ к статье здесь: martinhilbert.net/WorldInfoCapacity.html
  3. ^ "видео-анимация о мировой технологической способности хранить, передавать и вычислять информацию с 1986 по 2010 год.
  4. ^ a b Миллер, Винсент (2011). Понимание цифровой культуры . Лондон: Sage Publications. сек. «Конвергенция и современный медийный опыт». ISBN 978-1-84787-497-9.
  5. ^ «Три состояния информации» . Эдинбургский университет . Проверено 21 февраля 21 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Токчи, Р. 2006. Цифровые системы: принципы и приложения (10-е издание). Прентис Холл. ISBN 0-13-172579-3