Digitale Daten

Digitaluhr. Die Zeit, die die Ziffern im Gesicht zu jedem Zeitpunkt gezeigt haben, sind digitale Daten. Die tatsächliche genaue Zeit sind analoge Daten.

Digitale Daten, in Informationstheorie und Informationssysteme, ist Information als eine Zeichenfolge diskreter Symbole dargestellt, von denen jeweils nur eine von einer endlichen Anzahl von Werten von einigen annehmen kann Alphabet, wie Briefe oder Ziffern. Ein Beispiel ist a Text dokument, was aus einer Reihe von besteht Alphanumerische Zeichen . Die häufigste Form digitaler Daten in modernen Informationssystemen ist Binärdaten, was durch eine Reihe von dargestellt wird Binär-Zahlen (Bits) Jeder kann einen von zwei Werten haben, entweder 0 oder 1.

Digitale Daten können im Gegensatz zu Gegenstand Analogdaten, was durch einen Wert von a dargestellt wird kontinuierlich Bereich von reale Nummern. Analogdaten werden von einem übertragen Analogsignal, was nicht nur kontinuierliche Werte annimmt, sondern auch mit der Zeit kontinuierlich variieren kann, eine kontinuierliche reale Funktion von Zeit. Ein Beispiel ist die Luftdruckvariation in a Schallwelle.

Das Wort Digital kommt aus der gleichen Quelle wie die Wörter Ziffer und Digitus (das Latein Wort für Finger), wie Finger häufig zum Zählen verwendet werden. Mathematiker George Stibitz von Bell Telefonlabors verwendete das Wort Digital In Bezug auf die schnellen elektrischen Impulse, die 1942 von einem Gerät zum Ziel und Brand von Flugabwehrpistolen ausgestattet sind.^[1] Der Begriff wird am häufigsten in verwendet Computer und Elektronik, insbesondere wenn reale Informationen in Bezug auf Informationen konvertiert werden binär numerische Form wie in digitaler Ton und Digitale Fotografie.

Symbol für die digitale Konvertierung

Da Symbole (zum Beispiel, alphanumerisch Figuren) sind nicht kontinuierlich, die digitale Darstellung von Symbolen ist ziemlich einfacher als die Umwandlung kontinuierlicher oder analoge Informationen in digitale. Anstatt von Probenahme und Quantisierung wie in Analog-Digital-Konvertierung, solche Techniken wie Umfragen und Codierung werden verwendet.

Ein Symbol -Eingangsgerät besteht normalerweise aus einer Gruppe von Schalter, die in regelmäßigen Abständen befragt werden, um zu erkennen, welche Schalter geschaltet sind. Die Daten gehen verloren, wenn innerhalb eines einzelnen Wahlintervalls zwei Schalter gedrückt oder ein Schalter gedrückt, freigegeben und erneut gedrückt werden. Diese Umfrage kann von einem spezialisierten Prozessor im Gerät durchgeführt werden, um zu verhindern, dass die Hauptbelastung belastet wird Zentralprozessor. Wenn ein neues Symbol eingegeben wurde, sendet das Gerät normalerweise eine unterbrechen, in einem speziellen Format, damit die CPU sie lesen kann.

Für Geräte mit nur wenigen Schalter (z. B. die Tasten auf a Joystick), der Status jedes einzelnen kann als Bits (normalerweise 0 für freigegeben und 1 für gedrückt) in einem einzigen Wort codiert werden. Dies ist nützlich, wenn Kombinationen von Tastendrücken aussagekräftig sind und manchmal zum Übergeben des Status von Modifikator -Tasten auf einer Tastatur (z. B. Verschiebung und Steuerung) verwendet werden. Es wird jedoch nicht gesetzt, um mehr Schlüssel zu unterstützen als die Anzahl der Bits in einem einzigen Byte oder einem einzelnen Wort.

Geräte mit vielen Schalter (wie a Computer Tastatur) ordnen Sie diese Schalter normalerweise in einer Scanmatrix an, wobei die einzelnen Schalter an den Kreuzungen von X- und Y -Linien sind. Wenn ein Schalter gedrückt wird, verbindet er die entsprechenden X- und Y -Linien miteinander. Umfragen (in diesem Fall häufig Scannen genannt) erfolgt durch Aktivierung jeder x -Linie nacheinander und erkennen, welche y -Linien dann a haben Signal, also welche Schlüssel gedrückt werden. Wenn der Tastaturprozessor erkennt, dass ein Schlüssel den Status geändert hat, sendet er ein Signal an die CPU, die den Scan -Code des Schlüssels und seines neuen Zustands angibt. Das Symbol ist dann codiert oder in eine Nummer konvertiert, die auf dem Status von Modifikatorschlüssel und den gewünschten Basis basiert Zeichenkodierung.

Ein Brauch Codierung Kann für eine bestimmte Anwendung ohne Datenverlust verwendet werden. Verwendung einer Standardcodierung wie z. B. ASCII ist problematisch, wenn ein Symbol wie 'ß' konvertiert werden muss, aber nicht im Standard ist.

Es wird geschätzt, dass im Jahr 1986 weniger als 1% der weltweit technologischen Kapazität zum Speichern von Informationen digital und 2007 bereits 94% waren.^[2] Es wird angenommen digitales Zeitalter").^[3][4]

Zustände

Digitale Daten sind in diesen drei Zuständen vorhanden: Daten in Ruhe, Daten im Transport und verwendete Daten. Das Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit müssen während des gesamten Lebenszyklus von "Geburt" bis zur Zerstörung der Daten verwaltet werden.^[5]

Eigenschaften digitaler Informationen

Alle digitalen Informationen besitzen gemeinsame Eigenschaften, die sie von analogen Daten in Bezug auf Kommunikation unterscheiden:

• Synchronisation: Da digitale Informationen durch die Reihenfolge vermittelt werden, in der Symbole geordnet werden, haben alle digitalen Schemata eine Methode zur Bestimmung des Beginns einer Sequenz. In schriftlichen oder gesprochenen menschlichen Sprachen wird die Synchronisation normalerweise von bereitgestellt Pausen (Räume), Kapitalisierung, und Interpunktion. Maschinenkommunikation verwenden normalerweise speziell Synchronisationssequenzen.
• Sprache: Alle digitalen Kommunikation erfordern a formelle Sprache, was in diesem Zusammenhang aus allen Informationen besteht, die der Absender und der Empfänger der digitalen Kommunikation im Voraus besitzen müssen, damit die Kommunikation erfolgreich ist. Sprachen sind im Allgemeinen willkürlich und geben die Bedeutung an, die bestimmten Symbolsequenzen zugewiesen werden soll, der zulässige Wertebereich, Methoden zur Synchronisation usw.
• Fehler: Störungen (Lärm) In analoge Kommunikation stellen immer einige, allgemein kleine Abweichungen oder Fehler zwischen der beabsichtigten und der tatsächlichen Kommunikation ein. Störungen in der digitalen Kommunikation führen nicht zu Fehlern, es sei denn, die Störung ist so groß, dass ein Symbol als ein anderes Symbol falsch interpretiert wird oder die Abfolge von Symbolen stört. Es ist daher im Allgemeinen möglich, ein vollständiges zu haben fehlerfrei digitale Kommunikation. Darüber hinaus können Techniken wie Checkcodes verwendet werden, um Fehler zu erkennen und fehlerfreie Kommunikation durch Redundanz oder Wiedervermittlung zu garantieren. Fehler in der digitalen Kommunikation können die Form von annehmen Substitutionsfehler in dem ein Symbol durch ein anderes Symbol ersetzt wird, oder Einfügung/Löschen Fehler, in denen ein extra falsches Symbol in eine digitale Nachricht eingefügt oder gelöscht wird. Nicht korrigierte Fehler in der digitalen Kommunikation haben unvorhersehbare und im Allgemeinen große Auswirkungen auf den Informationsinhalt der Kommunikation.
• Kopieren: Aufgrund des unvermeidlichen Vorhandenseins von Lärm ist es unmöglich, viele aufeinanderfolgende Kopien einer analogen Kommunikation zu machen, da jede Generation das Rauschen erhöht. Da die digitale Kommunikation im Allgemeinen fehlerfrei ist, können Kopien von Kopien auf unbestimmte Zeit erstellt werden.
• Die Granularität: Die digitale Darstellung eines kontinuierlich variablen Analogwerts beinhaltet typischerweise eine Auswahl der Anzahl der Symbole, die diesem Wert zugeordnet werden sollen. Die Anzahl der Symbole bestimmt die Genauigkeit oder Auflösung des resultierenden Datums. Der Unterschied zwischen dem tatsächlichen Analogwert und der digitalen Darstellung wird als bezeichnet als Quantisierungsfehler. Wenn die tatsächliche Temperatur beispielsweise 23.234456544453 Grad beträgt, aber wenn nur zwei Ziffern (23) diesem Parameter in einer bestimmten digitalen Darstellung zugewiesen werden, ist der Quantisierungsfehler: 0,234456544453. Diese Eigenschaft der digitalen Kommunikation ist bekannt als Die Granularität.
• Komprimierbar: Laut Miller sind "unkomprimierte digitale Daten sehr groß und in seiner Rohform tatsächlich ein größeres Signal (daher schwieriger zu übertragen) als analoge Daten. Digitale Daten können jedoch komprimiert werden. Die Komprimierung verringert die Menge an Bandbreitenraum zum Senden von Informationen benötigt, um Informationen zu senden. Daten können komprimiert, gesendet und dann am Standort des Verbrauchs dekomprimiert werden. Dies ermöglicht es, viel mehr Informationen zu senden und beispielsweise zu entstehen. digitaler Fernseher Signale, die mehr Platz im Airwave -Spektrum für mehr Fernsehsender bieten. "^[4]

Historische digitale Systeme

Obwohl digitale Signale im Allgemeinen mit den in modernen Elektronik und Computing verwendeten elektronischen elektronischen digitalen Systemen verbunden sind, sind digitale Systeme tatsächlich uralt und müssen nicht binär oder elektronisch sein.

• DNA genetischer Code ist eine natürlich vorkommende Form der digitalen Datenspeicherung.
• Geschriebener Text (aufgrund des begrenzten Zeichensatzes und der Verwendung diskreter Symbole - das Alphabet in den meisten Fällen)
• Das Abakus wurde irgendwann zwischen 1000 v. Chr. Und 500 v. Chr. Erstellt, es wurde später zu einer Form der Berechnungsfrequenz. Heutzutage kann es als sehr fortgeschrittener, dennoch grundlegender digitaler Taschenrechner verwendet werden, der Perlen auf Zeilen verwendet, um Zahlen darzustellen. Perlen haben in diskreten Auf- und Abständen nur eine Bedeutung, nicht in analogen Zwischenzuständen.
• A Leuchtfeuer ist vielleicht das einfachste nicht elektronische digitale Signal mit nur zwei Zuständen (ein- und ausgeschaltet). Im Speziellen, Rauch signale sind eines der ältesten Beispiele für ein digitales Signal, bei dem ein analoge "Träger" (Rauch) ist moduliert mit einer Decke, um ein digitales Signal (Puffs) zu erzeugen, das Informationen vermittelt.
• Morse-Code verwendet sechs digitale Zustände-Dot, Dash, Intra-Charakter-Lücke (zwischen jedem Punkt oder Dash), kurzer Lücke (zwischen jedem Buchstaben), mittlerer Lücke (zwischen Wörtern) und Long Lücke (zwischen Sätzen)-, um Nachrichten über eine Sorte zu senden von potenziellen Trägern wie Strom oder Licht, beispielsweise mit einem elektrischer Telegraph oder ein blinkendes Licht.
• Das Blindenschrift Verwendet einen Sechs-Bit-Code als Punktmuster.
• Flag -Semaphor Verwendet Stäbe oder Flaggen, die in bestimmten Positionen gehalten werden, um Nachrichten an den Empfänger zu senden, der sie in einiger Entfernung beobachtet.
• Internationale maritime Signalflaggen Haben Sie charakteristische Markierungen, die Buchstaben des Alphabets darstellen, damit Schiffe Nachrichten aneinander senden können.
• In jüngerer Zeit erfunden, a Modem Moduliert ein analoges "Träger" Signal (z. B. Sound), um binäre elektrische digitale Informationen als eine Reihe von binären digitalen Klangimpulsen zu codieren. Eine etwas frühere, überraschend zuverlässige Version desselben Konzepts bestand darin, eine Abfolge von Audio -digitalen "Signal" und "No Signal" Informationen (d. H. "Sound" und "Silence") zu bündeln Magnetisches Kassettenband zur Verwendung mit früh Heimcomputer.

Siehe auch

Verweise

Weitere Lektüre

• Tocci, R. 2006. Digitale Systeme: Prinzipien und Anwendungen (10. Ausgabe). Prentice Hall. ISBN0-13-172579-3