Buzz
Máy tính không hiểu từ ngữ hay số theo cách của con người. Mặc dù phần mềm hiện đại giúp người dùng không phải lo lắng về điều này, nhưng ở mức cơ bản nhất, mọi thứ trong máy tính được biểu diễn bằng tín hiệu điện nhị phân ở hai trạng thái: bật hoặc tắt. Để xử lý dữ liệu phức tạp, máy tính phải chuyển đổi chúng thành dạng nhị phân.
Nhị phân là hệ thống cơ số 2, nghĩa là chỉ sử dụng hai chữ số - 0 và 1 - đại diện cho trạng thái bật và tắt mà máy tính có thể hiểu. Nếu bạn quen thuộc với hệ thập phân, sử dụng mười chữ số từ 0 đến 9 để tạo thành các số có nhiều chữ số, thì nhị phân cũng tương tự, nhưng với mỗi chữ số có giá trị gấp đôi so với chữ số trước.
1. Tại sao máy tính lại sử dụng hệ nhị phân?
Trả lời ngắn gọn: do phần cứng và nguyên lý vật lý. Trong máy tính, mỗi số được biểu diễn dưới dạng tín hiệu điện, và vào thời kỳ đầu, việc đo lường và kiểm soát tín hiệu điện rất khó khăn. Việc phân biệt giữa hai trạng thái - bật (điện tích âm) và tắt (điện tích dương) - là cách hợp lý hơn. Nếu bạn thắc mắc tại sao các điện thoại ngoài trời lại biểu thị bằng điện tích dương, đó là do electron mang điện tích âm; nhiều electron hơn đồng nghĩa với nhiều điện tích âm hơn.
Các máy tính đầu tiên, có kích thước lớn như cả phòng, đã áp dụng hệ nhị phân trong thiết kế của chúng. Mặc dù phần cứng của chúng rất cồng kềnh, nguyên tắc cơ bản vẫn được duy trì. Ngày nay, các máy tính hiện đại sử dụng bóng bán dẫn để thực hiện các phép toán theo hệ nhị phân. Dưới đây là hình ảnh của bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET).
Cơ chế hoạt động cơ bản của bóng bán dẫn là cho phép dòng điện chỉ đi từ nguồn đến cổng khi có dòng điện trong cổng. Điều này tạo ra sự chuyển đổi nhị phân. Các bóng bán dẫn có thể được chế tạo nhỏ đến mức 5 nanomet, tương đương với kích thước của hai sợi DNA. Đây là cách các CPU hiện đại hoạt động, mặc dù chúng có thể gặp phải các vấn đề về sự khác biệt giữa trạng thái bật và tắt, chủ yếu do kích thước phân tử và sự kỳ lạ của cơ học lượng tử.
2. Mã nhị phân là gì?
Mã nhị phân là một hệ thống mã hóa sử dụng hai ký tự duy nhất: 0 và 1. Trong máy tính, 0 và 1 đại diện cho các trạng thái 'tắt' và 'bật'. Đây là một trong những hệ mã mà máy tính có thể nhận biết và xử lý.
Mặc dù mã nhị phân không phải là hệ thống mã duy nhất, các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu phát triển các bảng mã tam phân và nhiều hệ thống khác để phục vụ cho máy tính lượng tử. Tuy nhiên, đến nay, công nghệ toàn cầu vẫn chủ yếu dựa vào mã nhị phân.
Như bạn đã biết, không chỉ CPU trong máy tính mà các thiết bị công nghệ khác như điện thoại, ti vi, và tủ lạnh cũng sử dụng bóng bán dẫn. Bóng bán dẫn hoạt động như một công tắc điện tự động với hai trạng thái: 'đóng' và 'mở', phù hợp với mã nhị phân 0 và 1. Do đó, máy tính chỉ có thể hiểu và xử lý mã nhị phân.
3. Mã nhị phân làm thế nào để biểu diễn số, chữ cái, hình ảnh, video...?
Mã nhị phân sử dụng hai ký tự chính là 0 và 1. Để chuyển đổi các ký tự, số và chữ cái thành mã nhị phân, người ta áp dụng nhiều bộ quy tắc khác nhau. Ví dụ, một bộ quy tắc có thể quy định chữ 'a' là 0000001, trong khi một bộ quy tắc khác, như của Microsoft, quy định chữ 'a' là 1100100. Do đó, cách hiểu mã nhị phân phụ thuộc vào bộ quy tắc sử dụng.
Ví dụ: Để hiện thị số 6 trên màn hình máy tính theo quy tắc của chúng ta, chúng ta cần chia 6 cho 2, rồi chia tiếp kết quả là 3 cho 2 và lấy phần dư là 1, tiếp tục chia 1 cho 2. Bạn có thể xem hình minh họa dưới đây để dễ hình dung, phần số được tô màu xanh là dãy nhị phân của số 6.
Vậy là bạn đã hiểu cách các chữ cái và số được chuyển đổi thành dãy nhị phân. Nhưng còn hình ảnh và âm thanh thì sao? Làm thế nào chúng được chuyển đổi thành con số?
Về hình ảnh, mỗi hình ảnh hiển thị trên màn hình được cấu tạo từ nhiều ô vuông nhỏ, gọi là điểm ảnh (hay pixel). Mỗi pixel mang một màu sắc riêng, và khi hàng triệu pixel kết hợp lại, chúng tạo thành một bức tranh đa màu.
Một bức ảnh 2 megapixel bao gồm 2 triệu điểm ảnh. Mỗi điểm ảnh có một màu sắc, và màu sắc này được cấu tạo từ ba màu cơ bản: đỏ, xanh lá và xanh dương (RGB). Mỗi màu cơ bản có 255 cấp độ, được biểu thị bằng số từ 1 đến 255. Những số này có thể được chuyển đổi thành mã nhị phân để máy tính có thể xử lý.
Mỗi pixel thực tế được tạo thành từ ba màu cơ bản (đỏ, xanh lá, và xanh dương), và mỗi màu này được biểu diễn bằng một dãy số nhị phân. Do đó, một pixel cần ba dãy số nhị phân, và một bức ảnh, bao gồm nhiều pixel, sẽ được biểu diễn bằng hàng triệu dãy số nhị phân.
Về video, mỗi giây của video được tạo thành từ hàng chục bức ảnh. Vì vậy, video cũng phải được chuyển đổi thành mã nhị phân để máy tính có thể hiểu. Vậy còn âm thanh thì sao? Hãy xem hình minh họa dưới đây để biết âm thanh được chuyển đổi như thế nào.
Mã nhị phân của thông tin là gì?
Mã nhị phân của thông tin chính là dãy bit dùng để biểu diễn thông tin trong máy tính. Dù thông tin có thể ở dạng số, văn bản, hình ảnh hay âm thanh, khi được đưa vào máy tính, nó sẽ được chuyển đổi thành một dãy bit chung, và đó chính là mã nhị phân của thông tin.
Giải thích chi tiết hơn
Mã hóa thông tin là quá trình chuyển đổi thông tin thành dạng bit để máy tính có thể hiểu và xử lý. Thông tin cần được mã hóa dưới dạng văn bản, âm thanh, hoặc hình ảnh.
Để mã hóa thông tin văn bản, chúng ta sử dụng bộ mã ASCII, nơi mỗi ký tự được mã hóa với các giá trị từ 0 đến 255.
Dữ liệu trong máy tính chính là thông tin đã được chuyển đổi thành dãy bit.
1/ Thông tin dạng số
a. Các hệ thống số học
Sử dụng các quy tắc và ký hiệu để diễn tả và xác định các giá trị số.
Hệ đếm La Mã:
- Không dựa vào vị trí
- Ký hiệu: I = 1; V = 5; X = 10; L = 50; C = 100; D = 500; M = 1000
b. Các hệ thống số trong tin học
- Hệ đếm cơ số 10 (hệ thập phân)
+ Các ký hiệu bao gồm 10 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
+ Giá trị của các số trong hệ thập phân được xác định theo quy tắc sau:
- Hệ đếm nhị phân:
+ Chỉ sử dụng hai ký hiệu là 0 và 1.
+ Giá trị trong hệ nhị phân được xác định theo quy tắc sau:
- Hệ đếm cơ số 16:
+ Bao gồm các ký 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 tương ứng với các giá trị 10, 11, 12, 13, 14, 15 trong hệ thập phân.
+ Giá trị trong hệ số 16 (hexa) được xác định theo quy tắc sau:
- Xem xét cách biểu diễn số nguyên bằng 1 byte, tương đương với 8 bit
- Mỗi bit có giá trị 0 hoặc 1, được đánh số từ trái sang phải
- Bit cao nhất (bit 7) dùng để biểu thị dấu, với quy ước bit 1 là âm và bit 0 là dương
Biểu diễn số thực
Sử dụng dấu chấm '.' để phân tách phần nguyên và phần thập phân.
+ 0 ≤ M < 1, trong đó 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 được viết dưới dạng 0.7 x 10^-2
2/ Thông tin phi số
Văn bản
- Máy tính sử dụng một dãy bit để biểu diễn mỗi ký tự
- Để biểu diễn một chuỗi ký tự, máy tính có thể sử dụng một dãy byte, mỗi byte đại diện cho một ký tự theo thứ tự từ trái sang phải.
- Ví dụ: chuỗi ký tự 'TIN' được mã hóa thành 01010100 01001001 01001110
Các dạng khác
- Mã hóa hình ảnh và âm thanh thành các dãy bit
- Ứng dụng: gọi video trên Facebook, Zalo
Nguyên lý mã hóa nhị phân
Thông tin có thể tồn tại dưới nhiều dạng như số, văn bản, hình ảnh, âm thanh, v.v. Khi được đưa vào máy tính, chúng đều được chuyển đổi thành dạng chung - dãy bit. Đây chính là mã nhị phân đại diện cho thông tin đó.
Vừa rồi, Mytour đã giới thiệu về Mã nhị phân của thông tin là gì? Mong rằng bài viết đã mang đến cho bạn đọc những thông tin bổ ích. Xin cảm ơn bạn đã theo dõi!
