Несмотря на то, что цифровые технологии становятся неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, их основы многим остаются непонятными. При этом, многие даже не подозревают, как вся цифровизация строится на простой логике, с использованием только двух состояний и символов. В этой статье мы расскажем, как работает двоичная система, как обрабатывает данные и как ее понимание может побудить интерес к технологиям.
Так, двоичная система использует только два символа — 0 и 1, и в отличие от десятичной системы с цифрами от 0 до 9, она работает по принципу вкл/выкл, то есть наличие или отсутствие сигнала. Компьютеры используют ее, потому как их электронные компоненты, такие как транзисторы, могут находиться в двух состояниях: есть ток (1) или его нет (0).
К примеру, число 5 в двоичной системе записывается как 101. Это рассчитывается так: 1 × 2² + 0 × 2¹ + 1 × 2⁰ = 4 + 0 + 1 = 5. Помимо чисел, текст, изображения или видео в компьютере тоже представлены в виде 0 и 1. Например, буква «A» в стандарте ASCII это 01000001. Двоичная система лежит в основе всех цифровых устройств.
На вопрос того, как обрабатываются данные в двоичной системе можно ответить следующим образом.
Так, данные в компьютере хранятся в виде последовательностей битов (0 и 1), организованных в ячейки памяти, например байты (из 8 битов). Чтобы извлечь нужные значения, компьютер считывает биты из ячеек памяти, где 1 обозначает наличие сигнала, а 0 его отсутствие.
Следовательно, для обработки данных, компьютер считывает биты из байтов. Представьте, что байт это ряд из 8 лампочек, пронумерованных справа налево: лампочка №0 (младшая, самая правая), №7 (старшая, самая левая). Например, байт 10110010 (что в сумме выходит 178) это 8 лампочек, где горят №7, №5, №4 и №1 (вторая справа) (начинается с нулевой лампочки).
Если нужно взять значения в обратном порядке, например сначала старший бит (№7, 1), а потом младший (№0, 0), компьютер не читает байт от начала до конца, а может сразу обратиться к нужному биту, с выполнением одной команды, без лишних проверок. Например, для старшего бита компьютер смотрит только на позицию №7, а для младшего на №0. Все это выполняется автоматически, потому как процессор использует специальные команды, которые выдергивают нужный бит (используя битовые операции и маски).
Если нужно найти повторяющиеся числа, например 888, в списке данных, компьютер с использованием двоичной системы через 1101111000 выводит на число 888, которое представляет собой сумму степеней 2: 2^9 (512) + 2^8 (256) + 2^6 (64) + 2^5 (32) + 2^4 (16) + 2^3 (8).
Примечание: при полной версии 1×512 (2^9) + 1×256 (2^8) + 0×128 (2^7) + 1×64 (2^6) + 1×32 (2^5) + 1×16 (2^4) + 1×8 (2^3) + 0×4 (2^2) + 0×2 (2^1) + 0×1 (2^0)) = 888.
Так, цифровизация переводит информацию из реального мира в цифровой формат для обработки компьютерами и здесь двоичная система является основой данного процесса. При этом, для людей предусмотрены иные инструменты. Языки программирования, такие как Python, R, Java или C++, это специально подготовленные для людей языки (коды) и при компиляции (как перевод текста с иностранного языка) переводятся в машинный язык из 0 и 1, то есть в понятный уже компьютеру язык (код). То есть, все имеющие в компьютере данные хранятся в двоичном виде, а интернет передает всю информацию в виде двоичных пакетов. Зная их основы, со временем приходит понимание того, как работают приложения, сайты или умные устройства.
Так, понимание двоичной системы делает технологии более доступными. К примеру, можно начать с записи своего имени в двоичном коде или перевести число (например 42 это 101010). В онлайн-симуляторах можно создать простые логические схемы, чтобы понять, как работает процессор. Отсюда легко перейти к созданию игр или ботов на Scratch или Python. Данные шаги показывают, как технологии могут стать доступными каждому. Исследования подтверждают, что знакомство с основами информатики увеличивает интерес к техническим наукам. Это помогает увидеть, как цифровизация решает различные задачи, в том числе такие как автоматизация процессов или создание новых сервисов. Это относится и к другим сферам деятельности, где первичное понимание материала влияет на последующее погружение.
Таким образом, изучение двоичной системы и осознание ее красоты и простоты, лежащих в основе цифрового мира, могут побудить интерес к последующему погружению, в том числе в программирование, анализ данных и другие современные технологии.
Даулет Жамбайбеков, независимый эксперт, специально для www.economyKZ.org
