08. 06.2018

مدونة ديمتري فاسياروف.

الرمز الثنائي - أين وكيف يتم استخدامه؟

يسعدني اليوم بشكل خاص أن ألتقي بكم أيها القراء الأعزاء، لأنني أشعر وكأنني مدرس يبدأ في الدرس الأول في تعريف الفصل بالحروف والأرقام. وبما أننا نعيش في عالم التكنولوجيا الرقمية، سأخبرك ما هو الرمز الثنائي، وهو أساسهم.

لنبدأ بالمصطلحات ونكتشف معنى الثنائية. للتوضيح، دعونا نعود إلى حساب التفاضل والتكامل المعتاد لدينا، والذي يسمى "العدد العشري". أي أننا نستخدم 10 أرقام، مما يجعل من الممكن التعامل بسهولة مع أرقام مختلفة والاحتفاظ بالسجلات المناسبة.

باتباع هذا المنطق، يوفر النظام الثنائي استخدام حرفين فقط. في حالتنا، هذه فقط "0" (صفر) و"1" واحد. وهنا أريد أن أحذرك من أنه من الناحية النظرية قد تكون هناك رموز أخرى في مكانها، ولكن هذه القيم بالتحديد، التي تشير إلى الغياب (0، فارغ) ووجود الإشارة (1 أو "العصا")، هي التي ستساعد نحن نفهم كذلك بنية الكود الثنائي.

لماذا هناك حاجة إلى الكود الثنائي؟

قبل ظهور أجهزة الكمبيوتر، تم استخدام أنظمة أوتوماتيكية مختلفة، وكان مبدأ تشغيلها يعتمد على استقبال الإشارة. يتم تشغيل المستشعر، ويتم إغلاق الدائرة وتشغيل جهاز معين. لا يوجد تيار في دائرة الإشارة - لا يوجد تشغيل. لقد كانت الأجهزة الإلكترونية هي التي مكنت من تحقيق التقدم في معالجة المعلومات المتمثلة في وجود أو عدم وجود الجهد في الدائرة.

أدت تعقيداتها الإضافية إلى ظهور المعالجات الأولى، التي قامت أيضًا بعملها، حيث قامت بمعالجة إشارة تتكون من نبضات متناوبة بطريقة معينة. لن نخوض في تفاصيل البرنامج الآن، ولكن ما يلي مهم بالنسبة لنا: تبين أن الأجهزة الإلكترونية قادرة على التمييز بين تسلسل معين من الإشارات الواردة. بالطبع، من الممكن وصف التركيبة الشرطية بهذه الطريقة: "هناك إشارة"؛ "لا توجد تغطية"؛ "هناك إشارة"؛ "هناك إشارة." يمكنك أيضًا تبسيط الترميز: "هناك"؛ "لا"؛ "هنالك"؛ "هنالك".

ولكن من الأسهل بكثير الإشارة إلى وجود إشارة بوحدة "1"، وغيابها بصفر "0". ثم يمكننا استخدام رمز ثنائي بسيط وموجز بدلاً من ذلك: 1011.

بالطبع، تقدمت تكنولوجيا المعالجات كثيرًا، والآن أصبحت الرقائق قادرة على إدراك ليس فقط سلسلة من الإشارات، ولكن أيضًا برامج كاملة مكتوبة بأوامر محددة تتكون من أحرف فردية.

ولكن لتسجيلها، يتم استخدام نفس الرمز الثنائي، الذي يتكون من الأصفار والواحدات، بما يتوافق مع وجود الإشارة أو عدم وجودها. سواء كان موجودا أم لا، لا يهم. بالنسبة للرقاقة، أي من هذه الخيارات عبارة عن قطعة واحدة من المعلومات، تسمى "البت" (البت هو وحدة القياس الرسمية).

تقليديا، يمكن ترميز الرمز كسلسلة من عدة أحرف. يمكن لإشارتين (أو غيابهما) وصف أربعة خيارات فقط: 00؛ 01;10; 11. تسمى طريقة التشفير هذه ثنائي البت. ولكن يمكن أن يكون أيضًا:

• أربعة بت (كما في المثال في الفقرة أعلاه 1011) تسمح لك بكتابة 2^4 = 16 مجموعة رموز؛
• ثمانية بت (على سبيل المثال: 0101 0011؛ 0111 0001). في وقت ما كانت ذات أهمية كبيرة للبرمجة لأنها غطت 2 ^ 8 = 256 قيمة. هذا جعل من الممكن وصف جميع الأرقام العشرية والأبجدية اللاتينية والأحرف الخاصة؛
• ستة عشر بت (1100 1001 0110 1010) وما فوق. لكن السجلات بهذا الطول مخصصة بالفعل للمهام الحديثة والأكثر تعقيدًا. تستخدم المعالجات الحديثة بنية 32 و64 بت؛

بصراحة، لا توجد نسخة رسمية واحدة، ولكن حدث أن مجموعة من ثمانية أحرف أصبحت المقياس القياسي للمعلومات المخزنة التي تسمى "البايت". يمكن تطبيق ذلك حتى على حرف واحد مكتوب بشفرة ثنائية 8 بت. لذا، أيها الأصدقاء الأعزاء، يرجى تذكر (إذا كان أي شخص لا يعرف):

8 بت = 1 بايت.

هذا هو الحال. على الرغم من أن الحرف المكتوب بقيمة 2 أو 32 بت يمكن أيضًا أن يسمى بايت. بالمناسبة، بفضل الكود الثنائي يمكننا تقدير حجم الملفات المقاسة بالبايت وسرعة المعلومات ونقل الإنترنت (بت في الثانية).

الترميز الثنائي قيد التنفيذ

لتوحيد تسجيل المعلومات لأجهزة الكمبيوتر، تم تطوير العديد من أنظمة الترميز، أحدها، ASCII، الذي يعتمد على تسجيل 8 بت، أصبح منتشرًا على نطاق واسع. يتم توزيع القيم فيه بطريقة خاصة:

• أول 31 حرفًا هي أحرف تحكم (من 00000000 إلى 00011111). خدمة أوامر الخدمة، والإخراج إلى الطابعة أو الشاشة، وإشارات الصوت، وتنسيق النص؛
• ما يلي من 32 إلى 127 (00100000 – 01111111) الأبجدية اللاتينية والرموز المساعدة وعلامات الترقيم؛
• الباقي حتى الرقم 255 (10000000 – 11111111) – البديل، جزء من الجدول للمهام الخاصة وعرض الحروف الهجائية الوطنية؛

ويوضح الجدول فك القيم فيه.

إذا كنت تعتقد أن "0" و"1" يقعان في ترتيب فوضوي، فأنت مخطئ بشدة. باستخدام أي رقم كمثال، سأعرض لك نمطًا وأعلمك كيفية قراءة الأرقام المكتوبة بالرمز الثنائي. لكن لهذا سنقبل بعض الاتفاقيات:

• سنقرأ بايتًا مكونًا من 8 أحرف من اليمين إلى اليسار؛
• إذا استخدمنا في الأعداد العادية أرقام الآحاد والعشرات والمئات، فهنا (القراءة بترتيب عكسي) لكل بت يتم تمثيل القوى المختلفة لـ "اثنين": 256-124-64-32-16-8- 4-2 -1؛
• الآن ننظر إلى الكود الثنائي للرقم، على سبيل المثال 00011011، حيث توجد إشارة "1" في الموضع المقابل، نأخذ قيم هذا البت ونجمعها بالطريقة المعتادة. وعليه: 0+0+0+32+16+0+2+1 = 51. يمكنك التحقق من صحة هذه الطريقة من خلال النظر إلى جدول التعليمات البرمجية.

الآن، يا أصدقائي الفضوليين، أنتم لا تعرفون فقط ما هو الرمز الثنائي، ولكنكم تعرفون أيضًا كيفية تحويل المعلومات المشفرة به.

لغة مفهومة للتكنولوجيا الحديثة

بالطبع، تعد خوارزمية قراءة الكود الثنائي بواسطة أجهزة المعالج أكثر تعقيدًا. ولكن يمكنك استخدامه لكتابة أي شيء تريده:

• معلومات نصية مع خيارات التنسيق؛
• الأرقام وأي عمليات معهم؛
• الصور الرسومية والفيديو؛
• الأصوات، بما في ذلك تلك التي تقع خارج نطاق السمع لدينا؛

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لبساطة "العرض التقديمي"، هناك طرق مختلفة لتسجيل المعلومات الثنائية:

عن طريق تغيير المجال المغناطيسي بواسطة ;

تكتمل مزايا التشفير الثنائي بإمكانيات غير محدودة تقريبًا لنقل المعلومات عبر أي مسافة. هذه هي طريقة الاتصال المستخدمة مع المركبات الفضائية والأقمار الصناعية.

لذلك، أصبح نظام الأرقام الثنائية اليوم لغة مفهومة من قبل معظم الأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها. والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أنه لا يوجد بديل آخر متوقع في الوقت الحالي.

أعتقد أن المعلومات التي قدمتها ستكون كافية بالنسبة لك للبدء. وبعد ذلك، إذا نشأت مثل هذه الحاجة، فسيكون الجميع قادرين على التعمق في دراسة مستقلة لهذا الموضوع.

سأقول وداعًا وبعد استراحة قصيرة سأعد لك مقالًا جديدًا على مدونتي حول موضوع مثير للاهتمام.

من الأفضل أن تخبرني بذلك بنفسك ;)

اراك قريبا.

الإشارة الرقمية الواحدة ليست مفيدة للغاية، لأنها يمكن أن تأخذ قيمتين فقط: صفر وواحد. ولذلك، في الحالات التي يكون فيها من الضروري نقل أو معالجة أو تخزين كميات كبيرة من المعلومات، عادة ما يتم استخدام عدة إشارات رقمية متوازية. علاوة على ذلك، ينبغي النظر في كل هذه الإشارات في وقت واحد فقط، فكل منها على حدة لا معنى له. في مثل هذه الحالات، نتحدث عن الرموز الثنائية، أي الرموز التي تتكون من إشارات رقمية (منطقية، ثنائية). تسمى كل إشارة منطقية مدرجة في الكود بت. كلما زاد عدد البتات المضمنة في الكود، زادت القيم التي يمكن أن يأخذها هذا الكود.

على عكس الترميز العشري للأرقام المألوفة لدينا، أي رمز ذو قاعدة من عشرة، مع تشفير ثنائي، فإن قاعدة الكود هي الرقم اثنين (الشكل 2.9). أي أن كل رقم كودي (كل رقم) من الكود الثنائي لا يمكن أن يأخذ عشر قيم (كما في الكود العشري: 0، 1، 2، 3، 4، 5، 6، 7، 8، 9)، ولكن فقط اثنان - 0 و 1. يظل نظام التسجيل الموضعي كما هو، أي أن الرقم الأقل أهمية يُكتب على اليمين، والرقم الأكثر أهمية على اليسار. ولكن إذا كان وزن كل رقم لاحق في النظام العشري أكبر بعشر مرات من وزن الرقم السابق، فإنه في النظام الثنائي (مع الترميز الثنائي) يكون أكبر بمرتين. يُطلق على كل بت من الكود الثنائي اسم "بت" (من "الرقم الثنائي" الإنجليزي - "الرقم الثنائي").

أرز. 2.9.الترميز العشري والثنائي

في الجدول يوضح الشكل 2.3 المراسلات بين أول عشرين رقمًا في النظامين العشري والثنائي.

يوضح الجدول أن العدد المطلوب من بتات الكود الثنائي أكبر بكثير من العدد المطلوب من بتات الكود العشري. الحد الأقصى لعدد ممكن مع عدد أرقام يساوي ثلاثة هو 999 في النظام العشري، و 7 فقط في النظام الثنائي (أي 111 في الكود الثنائي). بشكل عام، يمكن أن يأخذ الرقم الثنائي n-بت 2n من القيم المختلفة، ويمكن أن يأخذ الرقم العشري n-bit 10n قيمًا مختلفة. أي أن كتابة أرقام ثنائية كبيرة (أكثر من عشرة أرقام) تصبح غير مريحة للغاية.

الجدول 2.3. المراسلات بين الأرقام في الأنظمة العشرية والثنائية
النظام العشري	النظام الثنائي	النظام العشري	النظام الثنائي

ومن أجل تبسيط تسجيل الأرقام الثنائية، تم اقتراح ما يسمى بالنظام السداسي العشري (الترميز السداسي العشري). في هذه الحالة، يتم تقسيم كافة البتات الثنائية إلى مجموعات من أربع بتات (بدءًا بالبت الأقل أهمية)، ثم يتم تشفير كل مجموعة برمز واحد. يتم استدعاء كل مجموعة من هذا القبيل عاب(أو عاب, دفتر)، ومجموعتين (8 بت) - بايت. من الطاولة يوضح الشكل 2.3 أن الرقم الثنائي المكون من 4 بتات يمكن أن يأخذ 16 قيمة مختلفة (من 0 إلى 15). ولذلك، فإن عدد الأحرف المطلوبة للكود السداسي العشري هو أيضًا 16، ومن هنا جاء اسم الكود. الأحرف العشرة الأولى هي الأرقام من 0 إلى 9، ثم يتم استخدام الأحرف الستة الأولى من الأبجدية اللاتينية: A، B، C، D، E، F.

أرز. 2.10.التدوين الثنائي والست عشري للأرقام

في الجدول يوضح الشكل 2.4 أمثلة على التشفير السداسي العشري للأرقام العشرين الأولى (ترد الأرقام الثنائية بين قوسين)، والشكل 2.4. يوضح الشكل 2.10 مثالاً لكتابة رقم ثنائي بالصيغة السداسية العشرية. للإشارة إلى التشفير السداسي العشري، يتم أحيانًا استخدام الحرف "h" أو "H" (من اللغة الإنجليزية السداسية العشرية) في نهاية الرقم، على سبيل المثال، يشير الإدخال A17F h إلى الرقم السداسي العشري A17F. يمثل A1 هنا البايت العالي للرقم و7F هو البايت المنخفض للرقم. يتم استدعاء الرقم بالكامل (في حالتنا، رقم ثنائي البايت). في كلمة واحدة.

الجدول 2.4. نظام الترميز الست عشري
النظام العشري	نظام سداسي عشري	النظام العشري	نظام سداسي عشري
	0 (0)		أ (1010)
	1(1)		ب (1011)
	2 (10)		ج (1100)
	3 (11)		د (1101)
	4 (100)		ه(1110)
	5 (101)		ف (1111)
	6 (110)		10 (10000)
	7 (111)		11 (10001)
	8 (1000)		12 (10010)
	9 (1001)		13 (10011)

لتحويل رقم سداسي عشري إلى رقم عشري، تحتاج إلى ضرب قيمة الرقم الأدنى (صفر) في واحد، وقيمة الرقم (الأول) التالي في 16، والرقم الثاني في 256 (16 2)، وما إلى ذلك. ، ثم قم بإضافة كافة المنتجات. على سبيل المثال، خذ الرقم A17F:

A17F=F*16 0 + 7*16 1 + 1*16 2 + أ*16 3 = 15*1 + 7*16+1*256+10*4096=41343

لكن كل متخصص في المعدات الرقمية (مطور، مشغل، مصلح، مبرمج، إلخ) يحتاج إلى تعلم كيفية التعامل مع الأنظمة السداسية العشرية والثنائية بحرية كما هو الحال مع الأنظمة العشرية العادية، بحيث لا تكون هناك حاجة إلى عمليات نقل من نظام إلى آخر.

بالإضافة إلى الرموز التي تمت مناقشتها، هناك أيضًا ما يسمى بالتمثيل الثنائي العشري للأرقام. كما هو الحال في الكود السداسي العشري، في كود BCD، يتوافق كل رقم من الكود مع أربعة أرقام ثنائية، ومع ذلك، يمكن لكل مجموعة مكونة من أربعة أرقام ثنائية أن تأخذ ليس ستة عشر، ولكن عشر قيم فقط، مشفرة بالأحرف 0، 1، 2، 3، 4 ، 5، 6، 7، 8، 9. أي أن منزلة عشرية واحدة تتوافق مع أربعة منازل ثنائية. ونتيجة لذلك، اتضح أن كتابة الأرقام بالرمز العشري الثنائي لا تختلف عن الكتابة بالرمز العشري العادي (الجدول 2.6)، ولكنه في الواقع مجرد رمز ثنائي خاص، يمكن أن يأخذ كل رقم منه قيمتين فقط: 0 و 1. أحيانًا يكون رمز BCD مناسبًا جدًا لتنظيم المؤشرات الرقمية العشرية ولوحات النتائج.

الجدول 2.6. نظام الترميز العشري الثنائي
النظام العشري	النظام العشري الثنائي	النظام العشري	النظام العشري الثنائي
	0 (0)		10 (1000)
	1(1)		11 (1001)
	2 (10)		12 (10010)
	3 (11)		13 (10011)
	4 (100)		14 (10100)
	5 (101)		15 (10101)
	6 (110)		16 (10110)
	7 (111)		17 (10111)
	8 (1000)		18 (11000)
	9 (1001)		19 (11001)

في الكود الثنائي، يمكنك إجراء أي عمليات حسابية على الأرقام: الجمع والطرح والضرب والقسمة.

خذ بعين الاعتبار، على سبيل المثال، إضافة رقمين ثنائيين كل منهما 4 بت. دعونا نضيف الرقم 0111 (الرقم العشري 7) والرقم 1011 (الرقم العشري 11). إن إضافة هذه الأرقام ليس أكثر صعوبة من التدوين العشري:

عند إضافة 0 و 0 نحصل على 0، عند إضافة 1 و 0 نحصل على 1، عند إضافة 1 و 1 نحصل على 0 ونحمل إلى الرقم التالي 1. والنتيجة هي 10010 (عشري 18). يمكن أن تؤدي إضافة أي رقمين ثنائيين بت n إلى رقم بت n أو رقم بت (n+1).

ويتم الطرح بنفس الطريقة. ليطرح الرقم 0111 (7) من الرقم 10010 (18). نكتب الأرقام المحاذية للرقم الأقل أهمية ونطرح بنفس الطريقة كما في حالة النظام العشري:

عند طرح 0 من 0 نحصل على 0، عند طرح 0 من 1 نحصل على 1، عند طرح 1 من 1 نحصل على 0، عند طرح 1 من 0 نحصل على 1 ونقترض 1 في الرقم التالي. والنتيجة هي 1011 (عشري 11).

عند الطرح من الممكن الحصول على أرقام سالبة، لذا يجب عليك استخدام التمثيل الثنائي للأرقام السالبة.

لتمثيل كلا من الأرقام الثنائية الموجبة والثنائية السالبة في وقت واحد، يتم استخدام ما يسمى بالرمز المكمل الثنائي في أغلب الأحيان. يتم التعبير عن الأرقام السالبة في هذا الرمز برقم، عند إضافته إلى رقم موجب له نفس القيمة، سينتج عنه صفر. للحصول على رقم سالب، تحتاج إلى تغيير جميع بتات نفس الرقم الموجب إلى البتات المقابلة (من 0 إلى 1، ومن 1 إلى 0) وإضافة 1 إلى النتيجة، على سبيل المثال، اكتب الرقم -5. يبدو الرقم 5 في الكود الثنائي مثل 0101. نستبدل البتات بالبتات المقابلة: 1010 ونضيف واحدًا: 1011. نجمع النتيجة بالرقم الأصلي: 1011 + 0101 = 0000 (نتجاهل النقل إلى الرقم الخامس) .

يتم تمييز الأرقام السالبة في الكود المكمل لاثنين عن الأرقام الموجبة بقيمة الرقم الأكثر أهمية: يحدد الرقم الموجود في الرقم الأكثر أهمية رقمًا سالبًا، ويحدد الصفر رقمًا موجبًا.

بالإضافة إلى العمليات الحسابية القياسية، يستخدم نظام الأرقام الثنائية أيضًا بعض العمليات المحددة، على سبيل المثال، وحدة الجمع 2. هذه العملية (المشار إليها بـ A) تتم بنظام البت، أي أنه لا توجد عمليات نقل من رقم إلى آخر ولا توجد استعارة في أعلى الأرقام. قواعد الجمع modulo 2 هي كما يلي: , , . نفس العملية تسمى وظيفة حصري أو. على سبيل المثال، لنجمع modulo 2 رقمين ثنائيين 0111 و1011:

تتضمن العمليات الأخرى المتعلقة بالبت على الأرقام الثنائية الدالة AND والدالة OR. تؤدي الدالة AND إلى واحد فقط إذا كانت البتات المقابلة من الرقمين الأصليين كلاهما، وإلا فإن النتيجة هي -0. تنتج الدالة OR واحدًا عندما تكون إحدى البتات المقابلة للأرقام الأصلية على الأقل 1، وإلا تكون النتيجة 0.

لا تفهم أجهزة الكمبيوتر الكلمات والأرقام بالطريقة التي يفهمها الناس. تسمح البرامج الحديثة للمستخدم النهائي بتجاهل ذلك، ولكن في أدنى المستويات، يعمل جهاز الكمبيوتر الخاص بك على إشارة كهربائية ثنائية لديها دولتين فقط: ما إذا كان هناك الحالي أم لا. "لفهم" البيانات المعقدة، يجب على جهاز الكمبيوتر الخاص بك تشفيرها بتنسيق ثنائي.

يعتمد النظام الثنائي على رقمين، 1 و0، يتوافقان مع حالات التشغيل والإيقاف التي يمكن لجهاز الكمبيوتر الخاص بك فهمها. ربما تكون على دراية بالنظام العشري. ويستخدم عشرة أرقام، من 0 إلى 9، ثم ينتقل إلى الترتيب التالي لتكوين أرقام مكونة من رقمين، بحيث يكون كل رقم أكبر بعشر مرات من الرقم السابق. النظام الثنائي مشابه، حيث يكون كل رقم ضعف حجم الرقم السابق.

العد في شكل ثنائي

في التعبير الثنائي، الرقم الأول يعادل 1 في النظام العشري. الرقم الثاني هو 2، والثالث هو 4، والرابع هو 8، وهكذا - مضاعفة في كل مرة. إضافة كل هذه القيم سيعطيك الرقم بالتنسيق العشري.

1111 (بالنظام الثنائي) = 8 + 4 + 2 + 1 = 15 (بالنظام العشري)

حساب 0 يعطينا 16 قيمة محتملة لأربعة بتات ثنائية. حرك 8 بتات وستحصل على 256 قيمة محتملة. وهذا يستغرق مساحة أكبر بكثير لتمثيله، نظرًا لأن أربعة أرقام عشرية تعطينا 10000 قيمة محتملة. بالطبع، يشغل الكود الثنائي مساحة أكبر، لكن أجهزة الكمبيوتر تفهم الملفات الثنائية بشكل أفضل بكثير من النظام العشري. وبالنسبة لبعض الأشياء، مثل المعالجة المنطقية، فإن النظام الثنائي أفضل من النظام العشري.

ويجب القول أن هناك نظام أساسي آخر يستخدم في البرمجة: السداسي عشري. على الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر لا تعمل بالتنسيق السداسي العشري، إلا أن المبرمجين يستخدمونه لتمثيل العناوين الثنائية بتنسيق يمكن قراءته بواسطة الإنسان عند كتابة التعليمات البرمجية. وذلك لأن رقمين من الرقم السداسي العشري يمكن أن يمثلا بايتًا كاملاً، مما يعني أنهما يحلان محل ثمانية أرقام في النظام الثنائي. يستخدم النظام السداسي العشري الأرقام من 0 إلى 9، بالإضافة إلى الحروف من A إلى F، لإنشاء ستة أرقام إضافية.

لماذا تستخدم أجهزة الكمبيوتر الملفات الثنائية؟

الإجابة المختصرة: الأجهزة وقوانين الفيزياء. كل حرف في جهاز الكمبيوتر الخاص بك هو إشارة كهربائية، وفي الأيام الأولى للحوسبة، كان قياس الإشارات الكهربائية أكثر صعوبة. كان من المنطقي التمييز بين حالة "التشغيل" فقط، ممثلة بشحنة سالبة، وحالة "إيقاف التشغيل"، ممثلة بشحنة موجبة.

بالنسبة لأولئك الذين لا يعرفون سبب تمثيل كلمة "off" بشحنة موجبة، فذلك لأن الإلكترونات لها شحنة سالبة، والمزيد من الإلكترونات يعني المزيد من التيار بشحنة سالبة.

وهكذا، تم استخدام أجهزة كمبيوتر مبكرة بحجم الغرفة الملفات الثنائيةلإنشاء أنظمتهم، وعلى الرغم من أنهم استخدموا معدات أقدم وأضخم، إلا أنهم عملوا على نفس المبادئ الأساسية. تستخدم أجهزة الكمبيوتر الحديثة ما يسمى الترانزستور لإجراء العمليات الحسابية باستخدام الكود الثنائي.

فيما يلي رسم تخطيطي للترانزستور النموذجي:

بشكل أساسي، يسمح للتيار بالتدفق من المصدر إلى المصرف إذا كان هناك تيار في البوابة. وهذا يشكل مفتاح ثنائي. يمكن للمصنعين أن يجعلوا هذه الترانزستورات صغيرة بشكل لا يصدق، يصل حجمها إلى 5 نانومتر، أو بحجم شريطين من الحمض النووي. هذه هي الطريقة التي تعمل بها المعالجات الحديثة، وحتى أنها يمكن أن تعاني من مشاكل في التمييز بين حالات التشغيل والإيقاف (على الرغم من أن هذا يرجع إلى أن حجمها الجزيئي غير الواقعي يخضع لـ غرابة ميكانيكا الكم).

لماذا النظام الثنائي فقط

لذا ربما تفكر: "لماذا 0 و1 فقط؟ لماذا لا تضيف رقم آخر؟ على الرغم من أن هذا يرجع جزئيًا إلى تقاليد إنشاء أجهزة الكمبيوتر، إلا أن إضافة رقم آخر في الوقت نفسه يعني الحاجة إلى التمييز بين حالة أخرى من التيار، وليس فقط "إيقاف" أو "تشغيل".

المشكلة هنا هي أنه إذا كنت تريد استخدام مستويات جهد متعددة، فأنت بحاجة إلى طريقة لإجراء العمليات الحسابية عليها بسهولة، والأجهزة الحالية القادرة على ذلك ليست قابلة للتطبيق كبديل للحسابات الثنائية. على سبيل المثال، هناك ما يسمى الكمبيوتر الثلاثي، تم تطويره في الخمسينيات، لكن التطور توقف عند هذا الحد. المنطق الثلاثي أكثر كفاءة من الثنائي، ولكن لا يوجد حتى الآن بديل فعال للترانزستور الثنائي، أو على الأقل لا يوجد ترانزستور على نفس المقياس الصغير مثل الثنائي.

يعود سبب عدم قدرتنا على استخدام المنطق الثلاثي إلى كيفية توصيل الترانزستورات في الكمبيوتر وكيفية استخدامها في الحسابات الرياضية. يستقبل الترانزستور المعلومات عند مدخلين، ويقوم بإجراء عملية ما، ويعيد النتيجة إلى مخرج واحد.

وبالتالي، فإن الرياضيات الثنائية أسهل للكمبيوتر من أي شيء آخر. يتم تحويل المنطق الثنائي بسهولة إلى أنظمة ثنائية، حيث يتوافق True وFalse مع حالات التشغيل والإيقاف.

سيكون لجدول الحقيقة الثنائي الذي يعمل على المنطق الثنائي أربعة مخرجات محتملة لكل عملية أساسية. لكن بما أن البوابات الثلاثية تستخدم ثلاثة مدخلات، فإن جدول الحقيقة الثلاثي سيحتوي على 9 أو أكثر. بينما يحتوي النظام الثنائي على 16 عاملًا محتملاً (2^2^2)، فإن النظام الثلاثي سيكون لديه 19683 (3^3^3). يصبح القياس مشكلة لأنه على الرغم من أن الثالوث أكثر كفاءة، إلا أنه أيضًا أكثر تعقيدًا بشكل كبير.

من تعرف؟في المستقبل، قد نرى أجهزة كمبيوتر ثلاثية حيث يواجه المنطق الثنائي تحديات التصغير. في الوقت الحالي، سيستمر العالم في العمل في الوضع الثنائي.

قررت أن أصنع أداة مثل تحويل النص إلى كود ثنائي والعكس صحيح، هناك مثل هذه الخدمات، لكنها عادة ما تعمل مع الأبجدية اللاتينية، ولكن لي يعمل المترجم بتشفير Unicode بتنسيق UTF-8، الذي يشفر الأحرف السيريلية في بايتين.في الوقت الحالي، تقتصر قدرات المترجم على الترميزات ثنائية البايت، أي. ليس من الممكن ترجمة الأحرف الصينية، ولكنني سأقوم بتصحيح سوء الفهم المزعج هذا.

لتحويل النص إلى تمثيل ثنائيأدخل النص في النافذة اليسرى وانقر فوق TEXT->BIN في النافذة اليمنى وسيظهر تمثيله الثنائي.

لتحويل الكود الثنائي إلى نصأدخل الرمز في النافذة اليمنى واضغط على BIN->TEXT؛ وسيظهر تمثيله الرمزي في النافذة اليسرى.

لو ترجمة الكود الثنائي إلى نصأو العكس لم ينجح - تحقق من صحة بياناتك!

تحديث!

التحويل العكسي للنص للنموذج متاح الآن:

العودة الى الوضع الطبيعى. للقيام بذلك، تحتاج إلى تحديد المربع: "استبدل 0 بمسافات، و1 بعنصر نائب █." ثم الصق النص في المربع الأيمن: "النص في التمثيل الثنائي" وانقر على الزر الموجود أسفله "BIN->TEXT".

عند نسخ مثل هذه النصوص عليك أن تكون حذرا لأن... يمكنك بسهولة أن تفقد المسافات في البداية أو النهاية. على سبيل المثال، يبدو السطر في الأعلى كما يلي:

██ █ █ ███████ █ ██ ██ █ █ ███ ██ █ █ ██ █ ██ █ █ ██ █ ███ █ ██ █ █ ██ █ █ ███ ██ █ █ ███ ██ █ ██

وعلى خلفية حمراء:

██ █ █ ███████ █ ██ ██ █ █ ███ ██ █ █ ██ █ ██ █ █ ██ █ ███ █ ██ █ █ ██ █ █ ███ ██ █ █ ███ ██ █ ██

هل ترى كم عدد المساحات في النهاية التي يمكن أن تخسرها؟

يمثل الرمز الثنائي نصًا أو تعليمات معالج الكمبيوتر أو بيانات أخرى باستخدام أي نظام مكون من حرفين. والأكثر شيوعًا هو نظام مكون من 0 و1 يقوم بتعيين نمط من الأرقام الثنائية (البتات) لكل رمز وتعليمات. على سبيل المثال، يمكن لسلسلة ثنائية مكونة من ثمانية بتات أن تمثل أيًا من 256 قيمة محتملة، وبالتالي يمكنها إنشاء العديد من العناصر المختلفة. تشير مراجعات الكود الثنائي من المجتمع المهني العالمي للمبرمجين إلى أن هذا هو أساس المهنة والقانون الرئيسي لعمل أنظمة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية.

فك رموز الكود الثنائي

في الحوسبة والاتصالات، تُستخدم الرموز الثنائية لطرق مختلفة لتشفير أحرف البيانات إلى سلاسل بت. يمكن لهذه الطرق استخدام سلاسل ذات عرض ثابت أو متغير العرض. هناك العديد من مجموعات الأحرف والترميزات للتحويل إلى كود ثنائي. في التعليمات البرمجية ذات العرض الثابت، يتم تمثيل كل حرف أو رقم أو حرف آخر بسلسلة بت بنفس الطول. عادةً ما يتم عرض سلسلة البت هذه، التي يتم تفسيرها على أنها رقم ثنائي، في جداول التعليمات البرمجية بترميز ثماني أو عشري أو سداسي عشري.

فك التشفير الثنائي: يمكن تحويل سلسلة البت التي يتم تفسيرها كرقم ثنائي إلى رقم عشري. على سبيل المثال، الحرف الصغير a، إذا تم تمثيله بسلسلة البت 01100001 (كما هو الحال في كود ASCII القياسي)، يمكن أيضًا تمثيله كرقم عشري 97. تحويل الكود الثنائي إلى نص هو نفس الإجراء، ولكن في الاتجاه المعاكس.

كيف تعمل

مما يتكون الكود الثنائي؟ يعتمد الكود المستخدم في أجهزة الكمبيوتر الرقمية على وجود حالتين محتملتين فقط: تشغيل. وإيقاف، يُشار إليه عادةً بالصفر والواحد. بينما في النظام العشري، الذي يستخدم 10 أرقام، كل موضع هو مضاعف للرقم 10 (100، 1000، إلخ)، في النظام الثنائي، كل موضع رقم هو مضاعف للرقم 2 (4، 8، 16، إلخ). . إشارة الكود الثنائي عبارة عن سلسلة من النبضات الكهربائية التي تمثل الأرقام والرموز والعمليات التي يتعين تنفيذها.

يرسل جهاز يسمى الساعة نبضات منتظمة، ويتم تشغيل مكونات مثل الترانزستورات (1) أو إيقاف تشغيلها (0) لنقل النبضات أو حظرها. في الكود الثنائي، يتم تمثيل كل رقم عشري (0-9) بمجموعة من أربعة أرقام ثنائية أو بتات. يمكن اختزال العمليات الحسابية الأربع الأساسية (الجمع والطرح والضرب والقسمة) إلى مجموعات من العمليات الجبرية البوليانية الأساسية على الأعداد الثنائية.

البت في نظرية الاتصالات والمعلومات هو وحدة من البيانات تعادل نتيجة الاختيار بين بديلين محتملين في نظام الأرقام الثنائية الشائع استخدامه في أجهزة الكمبيوتر الرقمية.

مراجعات الكود الثنائي

تعد طبيعة التعليمات البرمجية والبيانات جزءًا أساسيًا من عالم تكنولوجيا المعلومات الأساسي. يتم استخدام هذه الأداة من قبل متخصصين في تكنولوجيا المعلومات العالمية "وراء الكواليس" - المبرمجون الذين يكون تخصصهم مخفيًا عن انتباه المستخدم العادي. تشير مراجعات الكود الثنائي من المطورين إلى أن هذا المجال يتطلب دراسة عميقة للأساسيات الرياضية وممارسة واسعة النطاق في مجال التحليل الرياضي والبرمجة.

الكود الثنائي هو أبسط شكل من أشكال كود الكمبيوتر أو بيانات البرمجة. يتم تمثيله بالكامل بواسطة نظام الأرقام الثنائية. وفقًا لمراجعات الكود الثنائي، فإنه غالبًا ما يرتبط برمز الآلة لأنه يمكن دمج المجموعات الثنائية لتكوين كود المصدر الذي يتم تفسيره بواسطة جهاز كمبيوتر أو جهاز آخر. وهذا صحيح جزئيا. يستخدم مجموعات من الأرقام الثنائية لتكوين التعليمات.

إلى جانب الشكل الأساسي للتعليمات البرمجية، يمثل الملف الثنائي أيضًا أصغر كمية من البيانات التي تتدفق عبر جميع أنظمة الأجهزة والبرامج المعقدة والشاملة التي تعالج موارد اليوم وأصول البيانات. أصغر كمية من البيانات تسمى قليلا. تصبح سلاسل البتات الحالية بمثابة تعليمات برمجية أو بيانات يتم تفسيرها بواسطة الكمبيوتر.

عدد ثنائي

في الرياضيات والإلكترونيات الرقمية، الرقم الثنائي هو رقم يتم التعبير عنه في نظام الأرقام الأساسي 2، أو النظام الرقمي الثنائي، الذي يستخدم حرفين فقط: 0 (صفر) و1 (واحد).

نظام الأرقام ذو الأساس 2 هو تدوين موضعي بنصف قطر 2. ويشار إلى كل رقم على أنه بت. نظرا لسهولة تطبيقه في الدوائر الإلكترونية الرقمية باستخدام القواعد المنطقية، يتم استخدام النظام الثنائي من قبل جميع أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الحديثة تقريبا.

قصة

اخترع جوتفريد لايبنيز نظام الأرقام الثنائية الحديث كأساس للشفرة الثنائية في عام 1679 وقدمه في مقالته "شرح الحساب الثنائي". كانت الأعداد الثنائية مركزية في لاهوت لايبنتز. كان يعتقد أن الأعداد الثنائية ترمز إلى الفكرة المسيحية المتمثلة في الإبداع من العدم، أو الخلق من لا شيء. حاول لايبنتز إيجاد نظام من شأنه تحويل البيانات المنطقية اللفظية إلى بيانات رياضية بحتة.

الأنظمة الثنائية التي سبقت لايبنتز كانت موجودة أيضًا في العالم القديم. ومن الأمثلة على ذلك النظام الثنائي الصيني آي تشينغ، حيث يعتمد نص العرافة على ثنائية الين واليانغ. في آسيا وأفريقيا، تم استخدام الطبول ذات الشقوق ذات النغمات الثنائية لتشفير الرسائل. قام الباحث الهندي بينجالا (حوالي القرن الخامس قبل الميلاد) بتطوير نظام ثنائي لوصف العروض في عمله تشانداشوتريما.

استخدم سكان جزيرة مانغاريفا في بولينيزيا الفرنسية نظامًا هجينًا ثنائيًا عشريًا حتى عام 1450. في القرن الحادي عشر، طور العالم والفيلسوف شاو يونغ طريقة لتنظيم الأشكال السداسية التي تتوافق مع التسلسل من 0 إلى 63، كما تم تمثيلها في تنسيق ثنائي، حيث يمثل يين 0 ويانج 1. الترتيب هو أيضًا ترتيب معجمي في كتل من العناصر المختارة من مجموعة مكونة من عنصرين.

وقت جديد

في عام 1605، ناقش نظامًا يمكن من خلاله اختزال حروف الأبجدية إلى تسلسلات من الأرقام الثنائية، والتي يمكن بعد ذلك ترميزها كاختلافات دقيقة في النوع في أي نص عشوائي. ومن المهم أن نلاحظ أن فرانسيس بيكون هو الذي استكمل النظرية العامة للتشفير الثنائي بملاحظة أن هذه الطريقة يمكن استخدامها مع أي كائنات.

نشر عالم رياضيات وفيلسوف آخر يدعى جورج بول ورقة بحثية في عام 1847 بعنوان "التحليل الرياضي للمنطق"، والتي وصفت النظام الجبري للمنطق المعروف اليوم باسم الجبر البولي. اعتمد النظام على النهج الثنائي، الذي يتكون من ثلاث عمليات أساسية: AND، OR، NOT. لم يصبح هذا النظام جاهزًا للعمل حتى لاحظ طالب دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يُدعى كلود شانون أن الجبر البوليني الذي كان يتعلمه كان مشابهًا للدائرة الكهربائية.

كتب شانون أطروحة في عام 1937 توصلت إلى نتائج مهمة. أصبحت أطروحة شانون نقطة البداية لاستخدام الكود الثنائي في التطبيقات العملية مثل أجهزة الكمبيوتر والدوائر الكهربائية.

أشكال أخرى من الكود الثنائي

Bitstring ليس النوع الوحيد من التعليمات البرمجية الثنائية. النظام الثنائي بشكل عام هو أي نظام يسمح بخيارين فقط، مثل التبديل في نظام إلكتروني أو اختبار صح أو خطأ بسيط.

برايل هو نوع من الرموز الثنائية يستخدمه المكفوفون على نطاق واسع للقراءة والكتابة عن طريق اللمس، وقد سمي على اسم مخترعه لويس برايل. يتكون هذا النظام من شبكات مكونة من ست نقاط لكل منها، ثلاث لكل عمود، حيث تحتوي كل نقطة على حالتين: مرتفعة أو غائرة. مجموعات مختلفة من النقاط يمكن أن تمثل جميع الحروف والأرقام وعلامات الترقيم.

يستخدم الكود القياسي الأمريكي لتبادل المعلومات (ASCII) رمزًا ثنائيًا مكونًا من 7 بت لتمثيل النص والأحرف الأخرى في أجهزة الكمبيوتر ومعدات الاتصالات والأجهزة الأخرى. يتم تعيين رقم لكل حرف أو رمز من 0 إلى 127.

النظام العشري المشفر الثنائي أو BCD هو تمثيل ثنائي مشفر لقيم الأعداد الصحيحة التي تستخدم رسمًا بيانيًا 4 بت لتشفير الأرقام العشرية. يمكن لأربعة بتات ثنائية تشفير ما يصل إلى 16 قيمة مختلفة.

في الأرقام المشفرة بواسطة BCD، تكون القيم العشرة الأولى فقط صالحة في كل قضمة ويتم تشفير الأرقام العشرية بالأصفار بعد التسعات. القيم الست المتبقية غير صالحة وقد تتسبب في حدوث استثناء للجهاز أو سلوك غير محدد، اعتمادًا على تنفيذ الكمبيوتر لحسابات BCD.

يُفضل أحيانًا حساب BCD على تنسيقات أرقام الفاصلة العائمة في التطبيقات التجارية والمالية حيث يكون سلوك تقريب الأرقام المعقدة غير مرغوب فيه.

طلب

تستخدم معظم أجهزة الكمبيوتر الحديثة برنامج التعليمات البرمجية الثنائية للتعليمات والبيانات. تمثل الأقراص المضغوطة وأقراص DVD وأقراص Blu-ray الصوت والفيديو في شكل ثنائي. يتم إجراء المكالمات الهاتفية رقميًا في شبكات الهاتف المحمول والمسافات الطويلة باستخدام تعديل رمز النبض وفي الصوت عبر شبكات IP.