Как представить информацию в цифровых устройствах?

Под информацией в широком смысле принято понимать различные сведения о событиях в общественной жизни, явлениях природы, о процессах в технических устройствах. Она содержатся в нашей речи, в текстах книг и газет, в показаниях измерительных приборов и отображает разнообразие, присущее объектам и явлениям реального мира. Информацию, воплощенную и зафиксированную а некоторой материальной форме, называют сообщением и передают с помощью сигналов. Природа большинства физических величин такова, что они могут принимать любые значения в каком-то диапазоне (температура, давление, скорость и т.д.). Сигнал, отображающий эту информацию и возникающий на выходе соответствующего датчика, на любом временном интервале может иметь бесконечное число значений. Так как в данном случае непрерывный сигнал изменяется аналогично исходной информации, его обычно называют аналоговым, а устройства, в которых действуют такие сигналы – аналоговыми. Существуют также дискретные сообщения, параметры которых содержат фиксированный набор отдельных значений. А так как этот набор конечен, то и объем информации в таких сообщениях конечен.

На практике непрерывные сообщения можно представлять в дискретной форме. Непрерывность сообщений по величине не может быть реализована в связи с погрешностью источников и приемников информации и наличием помех в канале передали информации. Поэтому к непрерывным сигналам, отображающим сообщения, можно применять квантование по уровню и по времени, При квантовании по уровню совокупность возможных значений напряжения или тока заменяют конечным набором дискретных значений из этого из этого интервала. Квантование по времени предусматривает замену непрерывного сигнала последовательностью импульсов, следующих через определенные промежутки временя (рис. 1), называемых тактовыми. Если тактовые интервалы выбраны соответствующим образом, то потери информации не происходит. При одновременном введении квантования по времени и по уровню амплитуда каждой выборки будет принимать ближайшее разрешенное значение из выбранного конечного набора значений. Совокупность всех выборок образует дискретный или цифровой сигнал. Каждое значение дискретного сигнала можно представить числом. В цифровой технике такой процесс называется кодированием (дискретизацией), а совокупность полученных чисел—кодом сигнала.

Вместо преобразования или передачи конкретных сигналов эти операции в устройствах цифровой техники могут быть выполнены над их кодами. При этом можно оперировать и аналоговыми сигналами, которые преобразуются в цифровые -с помощью АЦП.

Таким образом, дискретное сообщение состоит из набора чисел и символов (например, знаков «+» и «-»). Каждое число состоит из цифр. Способ записи чисел цифровыми знаками называется системой счисления. В цифровой технике используются так называемые позиционные системы счисления [20, 32]. Значение каждой входящей в число цифры зависит от ее положения в записи числа. Количество различных цифр, применяемых в позиционной системе, называют основанием системы. В зависимости от основания, позиционные системы счисления могут быть десятичными – с основанием 10, двоичными – с основанием 2 и др. Образовании чисел я любой системе счисления производят следующим образом: фиксируют позиции, называемые разрядами; каждому разряду присваивают свой вес h_i (где i номер разряда); h_i=pⁱ(p – основание системы); в разрядах размещают цифры a_i Тогда любое число A может быть представлено в виде

Здесь n – число знаков до запятой; m – число знаков после запятой. Последовательность цифр.

можно рассматривать как код числа в заданной системе счисления.

В цифровой технике наибольшее распространение получила двоичная сиcтема счисления, содержащая только цифры 0 и 1, п ее основанием служит число 2. Например, число 25,5 в десятичной и двоичной системах счисления может быть представлено в виде

Значительно реже используют восьмеричную и шестнадцатеричную системы. Их, в частности, применяют при составлении программ для более удобной. и короткой записи двоичных кодов команд, так как эти системы не требуют специальных операций для перевода в двоичную систему. Так, для перевода восьмеричного или шестнадцатеричного числа в двоичное каждую цифру переводимых чисел заменяют соответственно трех- и четырехразрядными двоичными числами. Например, восьмеричное число 726,4 в двоичной системе имеет. вид (726,4)₈== (111010110,1)₂. Для удобства изображения шестнадцатеричных цифр, больших 9, шесть старших цифр обычно изображают символами A, B, C, D, E, F.

В цифровых устройствах широко используют и так называемые двоично-десятичный код. В этом коде каждый разряд десятичного числа представляется в двоичном коде. В таблице 1 приведены коды чисел в различных системах счисления.

Код

Десятичный	Двоичный	Восьмеричный	Двоично-десятичный	Шестнадцатеричный
0	0	0	0	0
1	1	1	1	1
2	10	2	10	2
3	11	3	11	3
4	100	4	100	4
5	101	5	101	5
6	110	6	110	6
7	111	7	111	7
8	1000	10	1000	8
9	1001	11	1001	9
10	1010	12	0001 0000	A
11	1011	13	0001 0001	B
12	1100	14	0001 0010	C
13	1101	15	0001 0011	D
14	1110	16	0001 0100	E
15	1111	17	0001 0101	F
16	10000	20	0001 0110	10
17	10001	21	0001 0111	11
18	10010	22	0001 1000	12
19	10011	23	0001 1001	13
20	10100	24	0010 0000	14
21	10101	25	0010 0001	15
22	10110	26	0010 0010	16
23	10111	27	0010 0011	17
24	11000	30	0010 0100	18
25	11001	31	0010 0101	19
26	11010	32	0010 0110	1A
27	11011	33	0010 0111	1B
28	11100	34	0010 1000	1C
29	11101	35	0010 1001	1D
30	11110	36	0011 0000	1E
31	11111	37	0011 0001	1F
32	100000	38	0011 0010	20

Числа десятичной системы счисления нетрудно перевести в числа двоичной системы. При этом порядок перевода целых чисел отличается от перевода дробей. Чтобы перевести целое число Х с основанием 10 в систему с основанием 2, необходимо последовательно делить заданное число и получающиеся в процессе деления частные на 2 до тех, пор пока последнее частное не окажется меньше 2. Результат перевода записывается в виде последовательности цифр слева на право, начиная с последнего частного и кончая первым остатком (при этом число младшего разряда есть первый остаток). Все действия в процессе деления числа производят в десятичной системе счисления.