Mã nhị phân của thông tin là gì

Một phát minh vĩ đại mang tên “mã nhị phân” đã giúp cho Máy tính hiểu được con người. Có thể nói mã nhị phân là ngôn ngữ chung giữa con người và máy tính. Hệ nhị phân (hay hệ đếm cơ số 2) là hệ đếm chỉ sử dụng hai ký tự 0 và 1 để biểu diễn một giá trị số. Hệ nhị phân có ưu điểm là tính toán đơn giản, dễ thực hiện về mặt vật lý như trên mạch điện tử nên hệ nhị phân đã trở thành một phần cơ bản của máy tính hiện đại. Hãy cùng tìm hiểu rõ hơn qua bài viết sau.

1. Mã nhị phân là gì?

Mã nhị phân là một loại bảng mã chỉ gồm hai ký tự 0 và 1. Trong máy tính, hai ký tự 0 và 1 được sử dụng để có thể thực hiện quy ước “đóng mở”. Mã nhị phân là một trong những mã hiếm mà máy tính có thể hiểu được.

Tất nhiên, mã nhị phân không phải là duy nhất, hiện tại các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu phát triển mã hóa ba chiều và nhiều thứ khác nữa để áp dụng cho máy tính lượng tử. Tuy nhiên, cho đến nay, công nghệ trên toàn thế giới của chúng ta vẫn chủ yếu dựa trên mã nhị phân.

Như các bạn đã biết, không chỉ ở máy tính có CPU hoạt động nhờ bóng bán dẫn mà ở các thiết bị công nghệ khác cũng phải có bộ vi xử lý dựa trên bóng bán dẫn để hoạt động (điện thoại, tivi,…). tủ lạnh,…). Transistor chính là một loại công tắc điện tự động (bật hoặc tắt) dựa trên bản chất của dòng điện. Nó chỉ có 2 trạng thái “đóng và mở” khớp với mã nhị phân “0 và 1”. Đó là lý do tại sao máy tính chỉ có thể hiểu mã nhị phân.

2. Vì sao máy tính sử dụng nhị phân?

Bởi vì phần cứng và các định luật vật lý. Mỗi số trong máy tính của bạn đều là một tín hiệu điện và trong những ngày đầu của máy tính, các tín hiệu điện rất khó đo lường và kiểm soát một cách chính xác. Sẽ hợp lý hơn nếu chỉ phân biệt giữa trạng thái ở trạng thái trên – được biểu thị bằng điện tích âm – và trạng thái thoát ra – được biểu thị bằng điện tích dương. Đối với những người không chắc chắn tại sao điện thoại ngoài trời lại được biểu thị bằng điện tích dương, thì đó là vì các điện tử có điện tích âm – nhiều điện tử hơn có nghĩa là nhiều dòng điện hơn với âm thanh phân tích.

Vì vậy, những chiếc máy tính cỡ phòng ban đầu đã con người sử dụng hệ thống nhị phân để xây dựng hệ thống của chúng và mặc dù chúng sử dụng phần cứng cũ hơn, cồng kềnh hơn rất nhiều, nhưng chúng tôi vẫn quyết giữ nguyên tắc cơ bản. Các thiết bị máy tính hiện đại sử dụng cái gọi là bóng bán dẫn để thực hiện các phép tính với hệ thống phân tích nhị phân.

Về cơ bản, nó chỉ cho phép dòng điện chạy từ nguồn đến cổng nếu có dòng điện trong cổng. Điều này tạo thành một chuyển đổi nhị phân. Các nhà sản xuất có thể làm cho các bóng bán dẫn này cực kỳ nhỏ – lên tới 5 nanomet hoặc kích thước của một sợi DNA. Đây là cách hoạt động của các CPU hiện đại và ngay cả khi đúng như vậy, chúng ta có thể gặp khó khăn trong việc phân biệt giữa trạng thái bật và tắt (mặc dù đó chủ yếu là kích thước theo cấp số nhân không có thật của chúng). Tùy thuộc vào sự kỳ lạ của cơ học lượng tử).

3. Mã nhị phân làm sao hiển thị được số, chữ cái, hình ảnh, video…

Mã nhị phân gồm 2 ký tự chính là 0 và 1. Người ta đã nghĩ ra nhiều bộ quy tắc để đổi các ký tự, số, chữ thành mã nhị phân. Mỗi bộ quy tắc sẽ tạo ra các kết quả khác nhau. Ví dụ: bạn tạo một bộ quy tắc có chữ “a” ở đầu bảng ký tự và mã nhị phân tương ứng sẽ là 0000001. Nhưng ngược lại Microsoft có một quy ước kiểu khác, trong bảng quy tắc của mình lại là chữ “a”. đứng ở vị trí 100 và dãy nhị phân tương ứng với chữ “a” sẽ là 1100100. Do đó, tùy thuộc vào quy tắc đặt ra, máy tính sẽ hiểu ý nghĩa của mã nhị phân là gì.

Ví dụ: Để hiển thị chữ số 6 trên màn hình máy tính bằng quy tắc của ta. Ta sẽ lấy 6 chia tiếp cho 2, rồi lấy kết quả là 3, rồi chia 2 dư 1, lấy 1 chia 2. Các bạn nhìn hình bên dưới cho dễ hình dung, những phần tô màu xanh là dãy nhị phân phân vùng của số 6.

Như vậy, bạn đã hiểu cách các chữ cái và số được chuyển thành dãy nhị phân rồi sai. Nó khá đơn giản, chỉ cần làm theo một quy tắc. Tuy nhiên, làm thế nào để hình ảnh và âm thanh có thể biến chúng thành những con số, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu lại.

Trước hết về hình ảnh, mỗi hình ảnh hiển thị trên màn hình được ghép từ nhiều ô vuông rất nhỏ, những ô vuông rất nhỏ này được gọi là pixel (hay còn gọi là điểm ảnh). Mỗi Pixel có một màu sắc riêng, khi hàng triệu Pixel kết hợp với nhau sẽ thành một bức tranh nhiều màu sắc.

Một hình ảnh 2 mega pixel được xếp hạng bởi 2 triệu pixel. Mỗi pixel có một màu. Mỗi màu đó được tạo nên từ 3 màu cơ bản gồm đỏ, lục và lam (hay tiếng anh gọi là Red, Green and Blue – chính vì vậy mà nó có tên là bảng màu RGB). Trong mỗi màu đó (Đỏ, Xanh lục và Xanh lam) có cấp độ 255, mỗi cấp độ được biểu thị bằng một số từ 1 đến 255. Với các chữ số từ 1 đến 255 hoàn toàn có thể chuyển đổi sang phân tách mã nhị phân mà người dùng có thể hiểu được máy tính.

Như vậy, thực hiện mỗi pixel được cấu hình từ 3 màu (đỏ, lục và lam) để có thể biểu diễn bằng 3 dãy số nhị phân. Một pixel có thể được hiển thị theo 3 chuỗi nhị phân và một hình ảnh được định cấu hình với nhiều pixel cũng có thể được hiển thị theo nhiều số nhị phân.

Còn với Video, mỗi giây trong video được cấu hình từ hàng nghìn hình ảnh. Vì vậy, nó cũng được mã hóa thành mã nhị phân để máy tính hiểu được. Còn âm thanh thì sao? Âm thanh sẽ được chỉ định như thế nào trong mã nhị phân. Xin vui lòng xem hình dưới đây.

Nhìn vào biểu đồ âm thanh ở trên, bạn sẽ thấy rằng có các mức cao và mức thấp trong đường sóng. Nó không đại diện cho mức độ cao của âm thanh tại bất kỳ thời điểm nào. Cao độ của âm thanh được ghi lại trong mỗi giây nhỏ. Nói cách khác, mọi người ghi lại âm thanh bằng cách ghi lại cao độ của âm thanh mỗi giây, sau đó kết hợp nó để tạo ra âm thanh mà chúng ta nghe được. Cao độ của âm thanh lại được thể hiện bằng các con số, có thể dễ dàng chuyển đổi sang mã nhị phân, từ đó toàn bộ dải âm thanh có thể được chuyển đổi chính xác sang mã nhị phân. . Khi một máy tính đọc một chuỗi mã nhị phân, nó sẽ phát ra một dòng điện tương ứng với tốc độ cao của âm thanh trong mỗi giây nhỏ. Loa sẽ nhận tín hiệu điện và rung với độ chính xác cao của âm thanh tại thời điểm đó. Và độ rung liên tục của loa (lọc từng giây) tương ứng với tốc độ cao được ghi lại sẽ tạo ra những âm thanh trung thực và sống động như chúng ta vẫn đang nghe. Tóm lại, khả năng hiển thị âm thanh ở dạng nhị phân về cơ bản là ghi lại cao độ của âm thanh ở dạng nhị phân, ghi lại hàng chục lần mỗi giây.

4. Mã nhị phân của thông tin là gì?

Mã nhị phân của thông tin là dãy bit biểu diễn thông tin đó bộ nhớ trong máy tính, thông tin có nhiều dạng khác nhau như số, văn bản, hình ảnh, âm thanh, khi đưa vào máy tính thì chúng đều biến đổi thành một dạng chung – dãy bit, dãy bit đó là mã nhị phân của thông tin mà nó đại diện.

Giải thích một cách rõ ràng hơn

Mã hóa thông tin là quá trình biến đổi thông tin thành định dạng bit để máy tính có thể hiểu và xử lý. Thông tin phải được mã hóa dưới dạng: văn bản, âm thanh hoặc hình ảnh.

Để mã hóa thông tin văn bản, ta sử dụng bộ mã ASCII để mã hóa các ký tự. Mã ASCII cho các ký tự được đánh số: 0 đến 255

Dữ liệu trong máy tính là các bit thông tin đã được mã hóa thành một chuỗi các bit.

4.1. Thông tin loại số:

Hệ đếm:

Sử dụng các quy tắc và tập kí hiệu để biểu thị và xác định các số

Hệ đếm la mã:

– Không phụ thuộc vào vị trí

– Tập kí hiệu: I = 1; V = 5; X = 10; L =50; C = 100; D = 500; M =1000

Các hệ đếm dùng trong tin học:

Hệ đếm thập phân (hệ cơ số 10)

– Tập kí hiệu 10 số : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

– Giá trị số trong hệ thập phân được xác định theo quy tắc sau đây:

Hệ nhị phân:

– Chỉ dùng 2 kí hiệu sau là chữ số 0 và 1.

– Giá trị số trong hệ nhị phân được xác định theo quy tắc sau đây:

Hệ cơ số mười sáu:

– Sử dụng các kí hiệu: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, trong đó A, B, C, D, E, F có giá trị tương ứng là 10, 11, 12, 13, 14, 15 trong hệ thập phân.

– Giá trị số trong hệ hexa được xác định theo quy tắc:

Biểu diễn số nguyên như sau:

– Xét việc biểu diễn số nguyên bằng 1 byte = 8 bit

– Mỗi bit là số 0 hoặc 1, đánh số từ trái sang phải

– Bit cao nhất (bit 7) thể hiện dấu, quy ước bit 1 là âm, bit 0 là dương

Biểu diễn số thực

Dùng dấu chấm “.” để ngăn cách phần nguyên và phần phân.

Biểu diễn dưới dạng: . Trong đó:

+ 0, 1 <= M < 1, M là phần định trị

+ K <= 0, K gọi là phần bậc

Ví dụ 1: 13456.25 được biểu diễn dưới dạng 0.1345625 x 10^5

Ví dụ 2: 0,007 = 0.7 x 10^-2

4.2. Thông tin loại phi số:

Dạng Văn bản:

Máy tính sử dụng chuỗi 1 bit để biểu diễn các ký tự

Để biểu diễn một chuỗi ký tự, máy tính có thể sử dụng một dãy byte, mỗi byte biểu diễn một ký tự từ trái sang phải.

Ví dụ chuỗi ký tự “TIN” được biểu diễn bằng 01010100 01001001 01001110

định dạng khác nhau

– Mã hóa hình ảnh và âm thanh thành chuỗi bit

– Ứng dụng: chat qua video call trên Facebook, Zalo

Nguyên tắc mã hóa nhị phân

Thông tin có nhiều dạng khác nhau như số, văn bản, hình ảnh, âm thanh,… Khi đưa vào máy tính, chúng đều chuyển hóa thành một dạng chung – dãy bit. Chuỗi bit đó là mã nhị phân của thông tin mà nó đại diện.

5. Bài tập vận dụng:

Câu 1: 1 đĩa mềm có dung lượng 1,44MB lưu trữ được 400 trang văn bản.

Vậy nếu dùng một ổ đĩa cứng có dung lượng 12GB thì lưu giữ được bao nhiêu trang văn bản?

Câu 2: Chuyển xâu ký tự sau thành mã nhị phân: TIN HOC

Câu 3: Dãy bit 01100010 01111001 01110100 01100101 tương ứng là mã ASCII của dãy ký tự nào.