Khi ta nhìn vào máy tính, ta thấy hình ảnh, văn bản, video, biểu tượng, âm thanh,… Nhưng với máy tính thì chúng không hiểu được những thứ như vậy. Tất cả dữ liệu trên máy tính đều được biểu diễn dưới dạng số nhị phân gồm 0 và 1.
Trong bài này, ta sẽ cùng tìm hiểu chi tiết về cách mà máy tính biểu diễn dữ liệu như thế nào?
Tại sao lại sử dụng số nhị phân để biểu diễn dữ liệu?
Tất cả bắt đầu từ việc hiểu rằng máy tính hoạt động dựa trên các vi mạch điện tử. Các vi mạch này chỉ có thể nhận và xử lý hai trạng thái: đóng và mở, hoặc nói cách khác là 0 và 1. Đây chính là lý do chúng ta sử dụng hệ thống nhị phân để biểu diễn dữ liệu trong máy tính.
- Sự đơn giản của việc đếm: Hệ thống nhị phân chỉ có hai ký tự số: 0 và 1. Điều này làm cho việc đếm trở nên đơn giản hơn rất nhiều so với hệ thống thập phân của chúng ta (0 đến 9).
- Dễ dàng tương thích với vi điều khiển và mạch điện tử: Các vi mạch điện tử có thể dễ dàng phân biệt giữa trạng thái đóng và mở, giúp chúng hoạt động một cách hiệu quả.
- Thuận tiện cho lưu trữ và truyền dữ liệu: Dữ liệu được biểu diễn dưới dạng nhị phân có thể lưu trữ và truyền tải một cách dễ dàng, đảm bảo tính toàn vẹn và độ tin cậy.
- Thích hợp cho nhiều loại dữ liệu: Dù là văn bản, hình ảnh, âm thanh hay video, tất cả đều có thể được biểu diễn bằng dữ liệu nhị phân. Điều này tạo ra một hệ thống linh hoạt và đa dạng cho các ứng dụng máy tính.
- Hiệu suất tính toán: Việc sử dụng nhị phân giúp máy tính thực hiện các phép tính logic và toán học một cách hiệu quả và nhanh chóng hơn, đồng thời giảm thiểu lỗi phát sinh trong quá trình tính toán.
Cách máy tính biểu diễn dữ liệu như hình ảnh, văn bản, video, âm thanh
Để đưa các dữ liệu khác nhau vào máy tính, ta sẽ mã hóa nó về dạng nhị phân. Các kiểu dữ liệu khác nhau cần có cách mã hóa riêng. Cụ thể như sau:
- Hình ảnh và biểu tượng: Mỗi pixel trong một hình ảnh được biểu diễn bằng một số lượng bit nhất định. Ví dụ, trong một hình ảnh RGB (Red, Green, Blue), mỗi pixel thường được biểu diễn bằng 24 bit, với 8 bit cho mỗi kênh màu. Mỗi bit trong các kênh màu này xác định mức độ sáng của mỗi màu cơ bản. Ví dụ, 00000000 có thể đại diện cho màu đen, trong khi 11111111 có thể đại diện cho màu trắng.
- Văn bản: Trong hệ thống mã hóa văn bản như ASCII (American Standard Code for Information Interchange) hoặc Unicode, mỗi ký tự được biểu diễn bằng một chuỗi bit nhất định. Ví dụ, ký tự ‘A’ có thể được biểu diễn bằng chuỗi bit 01000001 trong ASCII.
- Âm thanh: Âm thanh số được biểu diễn bằng các mẫu âm thanh, trong đó mỗi mẫu được biểu diễn bằng một số nhị phân. Số lượng bit được sử dụng cho mỗi mẫu xác định độ phân giải của âm thanh. Ví dụ, trong âm thanh CD chất lượng cao, mỗi mẫu có thể được biểu diễn bằng 16 bit.
- Video: Video là sự kết hợp của nhiều hình ảnh tạo thành một chuỗi thời gian. Do đó, mỗi khung hình được biểu diễn bằng dạng nhị phân tương tự như hình ảnh.
Hiểu về Bit
Bit là đơn vị nhỏ nhất của thông tin trong máy tính và viết tắt của “binary digit” – con số nhị phân. Bit có thể chỉ có hai giá trị: 0 hoặc 1. Điều này tương ứng với hai trạng thái điện tử cơ bản: một bit có thể đại diện cho trạng thái mở hoặc đóng của một vi mạch điện tử.
Trong hệ thống nhị phân, mỗi bit có thể biểu diễn một số học, với 0 đại diện cho số không và 1 đại diện cho số một. Khi kết hợp nhiều bit lại với nhau, chúng ta có thể biểu diễn các số nguyên và số thực.
Ví dụ:
- 0 (trong hệ nhị phân) có thể được biểu diễn bằng bit 0.
- 1 (trong hệ nhị phân) có thể được biểu diễn bằng bit 1.
- 2 (trong hệ nhị phân) có thể được biểu diễn bằng bit 10.
- 3 (trong hệ nhị phân) có thể được biểu diễn bằng bit 11.
- Và cứ tiếp tục như vậy.
Trong lĩnh vực điện tử và máy tính, bit thường được sử dụng để biểu diễn trạng thái logic, với 0 thường tượng trưng cho trạng thái tắt hoặc logic sai và 1 tượng trưng cho trạng thái bật hoặc logic đúng.
Ví dụ:
- Trong các mạch logic, 0 thường tượng trưng cho điện áp thấp (0 volt) và 1 tượng trưng cho điện áp cao (ví dụ: 5 volt).
- Trong lập trình, bit thường được sử dụng để biểu diễn trạng thái của các biến logic như “đúng” hoặc “sai”, “bật” hoặc “tắt”.
Bit là nền tảng của tất cả các loại dữ liệu trong máy tính. Từ các ký tự văn bản, hình ảnh, âm thanh, đến video và dữ liệu khác, tất cả đều được biểu diễn bằng các chuỗi bit.
Ví dụ:
- Trong ASCII, mỗi ký tự văn bản được biểu diễn bằng một chuỗi 8 bit.
- Trong hình ảnh, mỗi pixel thường được biểu diễn bằng một số lượng bit nhất định tùy thuộc vào độ phân giải và định dạng của hình ảnh.
- Trong âm thanh, mỗi mẫu âm thanh thường được biểu diễn bằng một số lượng bit nhất định tùy thuộc vào độ phân giải âm thanh.
Thông Tin Về Tác Giả
Nguyễn Thành Hợp là một chuyên gia về lĩnh vực thiết bị mạng, viễn thông gần 10 năm kinh nghiệm với nhiều chứng chỉ chất lượng như CCNA 200-301, CCNP, CCDA, CCDP,... do Cisco cung cấp. Sở thích cá nhân là khám phá những kiến thức mới mẻ về công nghệ nói chung và đặc biệt là liên quan đến lĩnh vực mạng!
