Digitale data - Digital data

Digital klokke . Tiden som vises med tallene i ansiktet når som helst er digitale data. Den faktiske presise tiden er analoge data.

Digitale data , i informasjonsteori og informasjonssystemer , er informasjon representert som en streng med diskrete symboler som hver kan ta en av bare et begrenset antall verdier fra et alfabet , for eksempel bokstaver eller sifre . Et eksempel er et tekstdokument , som består av en streng med alfanumeriske tegn . Den vanligste formen for digitale data i moderne informasjonssystemer er binære data , som er representert av en streng med binære sifre (biter) som hver kan ha en av to verdier, enten 0 eller 1.

Digitale data kan kontrasteres med analoge data , som er representert med en verdi fra et kontinuerlig område med reelle tall . Analoge data overføres av et analogt signal , som ikke bare tar på seg kontinuerlige verdier, men kan variere kontinuerlig med tiden, en kontinuerlig real-verdi funksjon av tid. Et eksempel er lufttrykkvariasjonen i en lydbølge .

Ordet digital kommer fra samme kilde som ordene digit og digitus (det latinske ordet for finger ), ettersom fingre ofte brukes til å telle. Matematiker George Stibitz fra Bell Telephone Laboratories brukte ordet digital i referanse til de raske elektriske pulser som sendes ut av en enhet designet for å sikte og skyte luftfartsvåpen i 1942. Begrepet brukes oftest innen databehandling og elektronikk , spesielt der den virkelige verden informasjon konverteres til binær numerisk form som i digital lyd og digital fotografering .

Symbol for digital konvertering

Siden symboler (for eksempel alfanumeriske tegn ) ikke er kontinuerlige, er det ganske enkelt å representere symboler digitalt enn å konvertere kontinuerlig eller analog informasjon til digital. I stedet for prøvetaking og kvantisering som ved analog-til-digital konvertering , brukes slike teknikker som polling og koding .

En symbolinnmatingsenhet består vanligvis av en gruppe brytere som blir spurt med jevne mellomrom for å se hvilke brytere som byttes. Data vil gå tapt hvis du trykker på to brytere i løpet av et enkelt avstemningsintervall, eller hvis en bryter trykkes, slippes og trykkes igjen. Denne avstemningen kan utføres av en spesialisert prosessor i enheten for å forhindre belastning av hoved -CPU . Når et nytt symbol er lagt inn, sender enheten vanligvis et avbrudd i et spesialisert format, slik at CPU -en kan lese det.

For enheter med bare noen få brytere (for eksempel knappene på en joystick ) kan statusen til hver enkelt kodes som biter (vanligvis 0 for frigitt og 1 for trykket) i et enkelt ord. Dette er nyttig når kombinasjoner av tastetrykk er meningsfylte, og noen ganger brukes til å sende statusen til modifikatorstaster på et tastatur (for eksempel skift og kontroll). Men den skalerer ikke for å støtte flere nøkler enn antall biter i en enkelt byte eller et ord.

Enheter med mange brytere (for eksempel et datatastatur ) ordner vanligvis disse bryterne i en skannematrise, med de enkelte bryterne i kryssene mellom x- og y -linjene. Når du trykker på en bryter, kobler den de tilsvarende x- og y -linjene sammen. Avstemning (ofte kalt skanning i dette tilfellet) gjøres ved å aktivere hver x -linje i rekkefølge og oppdage hvilke y -linjer som deretter har et signal , og dermed hvilke knapper som trykkes. Når tastaturprosessoren oppdager at en tast har endret tilstand, sender den et signal til CPUen som angir skannekoden til nøkkelen og den nye tilstanden. Symbolet blir deretter kodet eller konvertert til et tall basert på statusen til modifikatorstaster og ønsket tegnkoding .

En tilpasset koding kan brukes for et bestemt program uten tap av data. Imidlertid er bruk av en standardkoding som ASCII problematisk hvis et symbol som 'ß' må konverteres, men ikke er i standarden.

Det anslås at i 1986 var mindre enn 1% av verdens teknologiske kapasitet til å lagre informasjon digital, og i 2007 var den allerede 94%. År 2002 antas å være året da menneskeheten klarte å lagre mer informasjon i digitalt enn i analogt format ("begynnelsen på den digitale tidsalderen ").

Stater

Digitale data kommer i disse tre tilstandene: data i hvile , data i transitt og data i bruk . Den konfidensialitet, integritet og tilgjengelighet må forvaltes gjennom hele livssyklusen fra fødsel "til ødeleggelse av data.

Egenskaper for digital informasjon

All digital informasjon har felles egenskaper som skiller den fra analoge data med hensyn til kommunikasjon:

  • Synkronisering: Siden digital informasjon formidles av sekvensen der symbolene er ordnet, har alle digitale ordninger en metode for å bestemme begynnelsen på en sekvens. På skriftlige eller talte menneskelige språk er synkronisering vanligvis gitt av pauser (mellomrom), store bokstaver og tegnsetting . Maskinkommunikasjon bruker vanligvis spesielle synkroniseringssekvenser .
  • Språk: All digital kommunikasjon krever et formelt språk , som i denne sammenhengen består av all informasjon som avsenderen og mottakeren av den digitale kommunikasjonen både må ha på forhånd, for at kommunikasjonen skal lykkes. Språk er generelt vilkårlige og angir betydningen som skal tilordnes bestemte symbolsekvenser, det tillatte verdiområdet, metoder som skal brukes for synkronisering, etc.
  • Feil: Forstyrrelser ( støy ) i analog kommunikasjon introduserer alltid noen, generelt små avvik eller feil mellom den tiltenkte og faktiske kommunikasjonen. Forstyrrelser i digital kommunikasjon resulterer ikke i feil med mindre forstyrrelsen er så stor at det resulterer i at et symbol blir tolket feil som et annet symbol eller forstyrrer sekvensen av symboler. Det er derfor generelt mulig å ha en helt feilfri digital kommunikasjon. Videre kan teknikker som sjekkekoder brukes til å oppdage feil og garantere feilfri kommunikasjon gjennom redundans eller ny overføring. Feil i digital kommunikasjon kan ha form av substitusjonsfeil der et symbol erstattes av et annet symbol, eller innsettings-/slettingsfeil der et ekstra feil symbol settes inn i eller slettes fra en digital melding. Ukorrigerte feil i digital kommunikasjon har en uforutsigbar og generelt stor innvirkning på informasjonsinnholdet i kommunikasjonen.
  • Kopiering : På grunn av den uunngåelige tilstedeværelsen av støy, er det umulig å lage mange påfølgende kopier av en analog kommunikasjon fordi hver generasjon øker støyen. Fordi digital kommunikasjon generelt er feilfri, kan kopier av kopier tas på ubestemt tid.
  • Granularity : Den digitale representasjonen av en kontinuerlig variabel analog verdi innebærer vanligvis et utvalg av antall symboler som skal tilordnes denne verdien. Antall symboler bestemmer presisjonen eller oppløsningen til det resulterende nullpunktet. Forskjellen mellom den faktiske analoge verdien og den digitale representasjonen er kjent som kvantiseringsfeil . For eksempel, hvis den faktiske temperaturen er 23.234456544453 grader, men hvis bare to sifre (23) er tilordnet denne parameteren i en bestemt digital representasjon, er kvantiseringsfeilen: 0.234456544453. Denne egenskapen til digital kommunikasjon er kjent som granularity .
  • Komprimerbar : Ifølge Miller, "Ukomprimerte digitale data er veldig store, og i sin råform ville det faktisk produsere et større signal (derfor være vanskeligere å overføre) enn analoge data. Imidlertid kan digitale data komprimeres. Komprimering reduserer mengden båndbredde som trengs for å sende informasjon. Data kan komprimeres, sendes og deretter dekomprimeres på forbruksstedet. Dette gjør det mulig å sende mye mer informasjon og resultere i for eksempel digitale fjernsynssignaler som gir mer plass på luftbølgespekteret for flere TV -kanaler. "

Historiske digitale systemer

Selv om digitale signaler generelt er knyttet til de binære elektroniske digitale systemene som brukes i moderne elektronikk og databehandling, er digitale systemer faktisk gamle, og trenger ikke å være binære eller elektroniske.

  • DNA -genetisk kode er en naturlig forekommende form for digital datalagring.
  • Skrevet tekst (på grunn av det begrensede tegnsettet og bruken av diskrete symboler - alfabetet i de fleste tilfeller)
  • Den kuleramme ble laget en gang mellom 1000 BC og 500 BC, det senere ble en form for beregning frekvens. I dag kan den brukes som en veldig avansert, men likevel grunnleggende digital kalkulator som bruker perler på rader for å representere tall. Perler har bare mening i diskrete opp og ned tilstander, ikke i analoge mellomliggende tilstander.
  • Et fyrtårn er kanskje det enkleste ikke-elektroniske digitale signalet, med bare to tilstander (på og av). Spesielt er røyksignaler et av de eldste eksemplene på et digitalt signal, der en analog "bærer" (røyk) moduleres med et teppe for å generere et digitalt signal (puffer) som formidler informasjon.
  • Morsekoden bruker seks digitale tilstander-prikk, bindestrek, mellomtegn mellom tegn (mellom hver prikk eller bindestrek), kort mellomrom (mellom hver bokstav), middels mellomrom (mellom ord) og langt mellomrom (mellom setninger)-for å sende meldinger via en rekke potensielle bærere som elektrisitet eller lys, for eksempel ved bruk av en elektrisk telegraf eller et blinkende lys.
  • Den Braille bruker en seks-bits kode gjengitt som punktmønstre.
  • Flaggsemafor bruker stenger eller flagg i bestemte posisjoner for å sende meldinger til mottakeren og se dem et stykke unna.
  • Internasjonale maritime signalflagg har særegne markeringer som representerer bokstaver i alfabetet slik at skip kan sende meldinger til hverandre.
  • Mer nylig oppfunnet modulerer et modem et analogt "bærer" -signal (for eksempel lyd) for å kode binær elektrisk digital informasjon, som en serie med binære digitale lydpulser. En litt tidligere, overraskende pålitelig versjon av det samme konseptet var å pakke sammen en sekvens av audio digital "signal" og "ingen signal" informasjon (dvs. "lyd" og "stillhet") på magnetkassettbånd for bruk med tidlige hjemmemaskiner .

Se også

Referanser

Videre lesning

  • Tocci, R. 2006. Digitale systemer: prinsipper og applikasjoner (10. utgave). Prentice Hall. ISBN  0-13-172579-3