Mã nhị phân của thông tin là?

Máy tính không hiểu từ hoặc số theo cách con người làm. Phần mềm hiện đại cho phép người dùng cuối bỏ qua điều này, nhưng ở mức thấp nhất trong máy tính của bạn, mọi thứ được thể hiện bằng tín hiệu điện nhị phân đăng ký ở một trong hai trạng thái: bật hoặc tắt. Để hiểu được dữ liệu phức tạp, máy tính của bạn phải mã hóa nó thành nhị phân.

Nhị phân là một hệ thống 2 số cơ sở. Cơ sở 2 có nghĩa là chỉ có hai chữ số -1 và 0 - tương ứng với trạng thái bật và tắt mà máy tính của bạn có thể hiểu. Có lẽ bạn đã quen thuộc với cơ sở 10 - hệ thập phân. Thập phân sử dụng mười chữ số nằm trong khoảng từ 0 đến 9, sau đó bọc xung quanh để tạo thành các số có hai chữ số, với mỗi chữ số có giá trị gấp mười lần so với số cuối (1, 10, 100, v.v) Nhị phân là tương tự, với mỗi chữ số có giá trị gấp hai lần so với trước.

1. Vậy tại sao máy tinh sử dụng nhị phân?

Câu trả lời ngắn gọn: phần cứng và các định luật vật lý. Mỗi số trong máy tính của bạn là một tín hiệu điện và trong những ngày đầu của máy tính, tín hiệu điện khó đo lường và kiểm soát rất chính xác. Thật có ý nghĩa hơn khi chỉ phân biệt giữa một trạng thái trên một trạng thái trên - được biểu thị bằng điện tích âm - và trạng thái ra khỏi - được thể hiện bằng một điện tích dương. Đối với những người không chắc chắn về lý do tại sao các điện thoại ngoài trời được biểu thị bằng một điện tích dương, đó là vì các điện tử có điện tích âm - nhiều electron hơn có nghĩa là nhiều dòng điện hơn với một điện tích âm.

Vì vậy, các máy tính có kích thước phòng ban đầu đã sử dụng hệ nhị phân để xây dựng hệ thống của chúng và mặc dù chúng sử dụng phần cứng cũ hơn, cồng kềnh hơn nhiều, chúng tôi vẫn giữ nguyên tắc cơ bản. Các máy tính hiện đại sử dụng được cái gọi là bóng bán dẫn để thực hiện tính toán với hệ nhị phân. Dưới đây là sơ đồ của bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET) trông như thế nào:

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 chế tạo các bóng bán dẫn này cực kỳ nhỏ - đến tận 5 nanomet, hoặc có kích thước bằng hai sợi DNA. Đây là cách các CPU hiện đại hoạt động và thậm chí chúng có thể gặp phải các vấn đề khác biệt giữa trạng thái bật và tắt (mặc dù điều đó chủ yếu là do kích thước phân tử không thật của chúng, chịu sự kỳ lạ của cơ học lượng tử).

2. Mã nhị phân là gì?

Mã nhị phân là một loại bảng mã chỉ gồm có hai ký tự đó là 0 và 1. Trong máy tính, hai ký tự 0 và 1 được dùng để thể hiện cho quy ước "đóng và mở". Mã nhị phân là một trong những mã hiếm hoi mà máy tính có thể hiểu được.

Đương nhiên mã nhị phân không phải duy nhất, hiện nay các nhà khoa học còn đang nghiên cứu phát triển bảng mã tam phân và nhiều hơn thế nữa để áp dụng cho máy tính lượng tử. Tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện tại, công nghệ trên toàn thế giới của chúng ta vẫn chủ yếu là dựa vào mã nhị phân.

Như các bạn đã biết, không chỉ trong máy tính có CPU hoạt động là dựa vào bóng bán dẫn, mà trong các thiết bị công nghệ khác cũng đều phải có bộ vi xử lý dựa vào bóng bán dẫn để hoạt động (điện thoại, ti vi, tủ lạnh,...). Bóng bán dẫn chính là một loại công tắc điện tự động (ngắt hoặc bật) dựa theo tính chất của dòng điện. Nó chỉ có 2 trạng thái là "đóng và mở" phù hợp với mã nhị phân là "0 và 1". Chính vì vậy mà máy tính chỉ hiểu được mã nhị phân.

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

Mã nhị phân gồm 2 ký tự chính đó là 0 và 1. Người ta đã nghĩ ra rất nhiều bộ quy tắc để đổi các ký tự, con số, chữ cái sang mã nhị phân. Mỗi bộ quy tắc sẽ cho ra kết quả khác nhau. Ví dụ bạn tạo ra một bộ quy tắc có chữ "a" đứng đầu bảng ký tự và mã nhị phân tương ứng sẽ là 0000001. Nhưng hãng Microsoft lại quy ước kiểu khác, trong bảng quy tắc của hãng này chữ cái "a" lại đứng ở vị trí 100 và dãy nhị phân tương ứng với chữ "a" sẽ là 1100100. Chính vì vậy mà tùy thuộc vào bộ quy tắc mà máy tính sẽ hiểu được mã nhị phân có ý nghĩa như thế nào.

Ví dụ: Để hiện thị chữ số 6 trân màn hình máy tính với quy tắc của chúng ta. Chúng ta sẽ lấy 6 chia cho 2, rồi lấy kết quả là 3 chia tiếp cho 2 dư 1, lấy 1 chia tiếp cho 2. Bạn nhìn xuống hình bên dưới để dễ hình dung, phần số được bôi màu xanh chính là dãy nhị phân của chữ số 6.

Như vật, các bạn đã hiểu được chữ cái, số được quy đổi ra dãy nhị phân là như nào rồi đúng không. Nó khá là đơn giản, cứ đặt theo một quy tắc là được. Thế nhưng, hình ảnh và âm thanh thì làm sao biến chúng thành những con số được.

Trước hết là về hình ảnh, mỗi hình ảnh hiển thị trên màn hình được ghép lại từ rất nhiều ô vuông rất bé, những ô vuông rất bé này được gọi là điểm ảnh (hay còn gọi là pixel). Mỗi Pixel lại mang một màu riêng, khi hàng triệu Pixel ghép lại thì nó thành một bức tranh nhiều màu sắc.

Một tấm ảnh 2 mega pixel thì nó được xếp bởi 2 triệu điểm ảnh pixel. Mỗi pixel lại mang một màu sắc. Mỗi màu sắc đó lại được cấu tạo từ 3 màu cơ bản gồm đỏ, xanh lá và xanh dương (hay tiếng Anh gọi là Red, Green và Blue - chính vì vậy mà người ta gọi nó là bảng màu RGB). Trong mỗi màu đó (Red, Green và Blue) lại có tới 255 cấp độ, mỗi cấp độ được biểu hiện bằng một số từ 1 đến 255. Với những chữ số từ 1 đến 255 hoàn toàn có thể quy đổi sang mã nhị phân để máy tính có thể hiểu được.

Như vật, thực ra mỗi pixel được cấu tạo từ 3 màu (red, green và blue) nên có thể biểu hiện bằng 3 dãy số nhị phân. Một pixel được thể hiện bằng 3 dãy số nhị phân, thì một bức ảnh được cấu tạo từ nhiều pixel cũng được thể hiện bằng rất nhiều dãy số nhị phân.

Còn đối với Video, mỗi giây trong video lại được hình thành từ hàng chục bức ảnh. Vì vật nó cũng được quy ra thành mã nhị phân để máy tính hiểu được. Thế còn đối với âm thanh thì sao? Âm thanh sẽ được quy đổi ra mã nhị phân như thế nào. Bạn hãy xem hình bên dưới.

Nhìn vào đồ thị âm thanh bên trên, bạn sẽ thấy có những điểm cao và điểm thấp ở đường lượn sóng. Nó thể hiện được độ cao của âm thanh tại từng thời điểm. Người ta đã ghi được độ cao của âm thanh qua từng mini giây. Hay nói cách khác, người ta thu âm bằng cách ghi lại độ cao của âm hàng nghìn lần mỗi giây, sau đó ghép lại sẽ tạo ra những đoạn âm thanh mà chúng ta nghe được. Độ cao của âm thanh lại được biểu diễn bởi các con số, mà các con số đó thì có thể dễ dàng quy đổi ra mã nhị phân, từ đó toàn bộ dải âm thanh đều có thể quy ra mã nhị phân một cách chính xác. Khi máy tính đọc mã nhị phân nó sẽ phát ra một luồng điện tương ứng với độ cao của âm ở từng mini giây. Loa sẽ nhận tín hiệu điện và rung với đúng độ cao của âm tại khoảnh khắc đó. Và việc loa rung liên tục (hàng nghìn lần mỗi giây) ứng với độ cao được ghi lại sẽ tạo ra những âm thanh trung thực và sống động như chúng ta vẫn đang được nghe. Tóm lại, việc thể hiện âm thanh bằng mã nhị phân thực chất là ghi lại độ cao của âm bằng mã nhị phân, mỗi giây ghi lại hàng chục nghìn lần.

4. Mã nhị phân của thông tin là gì?

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

Giải thích rõ ràng hơn

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

Để mã hóa thông tin dạng văn bản ta dùng bộ mã ASCII để mã hóa các ký tự. Mã ASCII các ký tự đánh số từ: 0 đến 255

Dữ liệu trong máy tính là thông tin đã được mã hóa thành dãy bit.

1/ Thông tin loại số

a. Hệ đếm

Sử dụng các quy tắc và tập kí hiệu để biểu diễn 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

b. 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:

- Hệ nhị phân:

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

+ Giá trị số trong hệ nhị phân được xác định theo quy tắc:

- 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

- 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

2/ Thông tin loại phi số

Văn bản

- Máy tính dùng 1 dãy bit để biểu diễn kí tự

- Để biểu diễn 1 xâu kí tự, máy tính có thể dùng 1 dãy byte, mỗi byte được biểu diễn 1 kí tự từ trái sang phải.

- Ví dụ: xâu kí tự "TIN" được biểu diễn bằng 01010100 01001001 01001110

Các dạng khác

- Mã hóa hình ảnh, âm thanh thành các dãy bit

- Ứng dụng: trò chuyện qua video call trên Facebook, Zalo

Nguyên lí 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 biến đổi thành dạng chung - dãy bit. Dãy bit đó là mã nhị phân của thông tin mà nó biểu diễn.

Vừa rồi Luật Minh Khuê đã trình bày nội dung về Mã nhị phân của thông tin là gì? Hy vọng bài viết đã cung cấp cho quý bạn đọc những kiến thức hữu ích. Xin chân thành cảm ơn!