Один бит может определять два противоположных состояния: «Да» – «Нет», «Истина» – «Ложь», и т. д.
На базе двоичного кода строится вся работа компьютера – более сложные процессы. «Умная» электроника ПК четко различает два состояния: ноль и единица. Последовательность электрических сигналов физически представляет двоичные числа, что обеспечивает высокую надежность хранения и обработки данных.
В вычислительной технике применяется двоичная система по причине того, что для ее моделирования требуются электронные схемы только с двумя устойчивыми состояниями. Есть напряжение – нет напряжения, есть намагниченность – нет намагниченности и т. д.
В случае применения десятичной системы потребовались бы устройства, которые могли бы находиться в десяти разных состояниях.
Благодаря тому, что схемные элементы находятся лишь в двух состояниях, обеспечивается надежность, помехоустойчивость и простота операций.
Для выполнения логических преобразований используется булева алгебра, а с помощью комбинации нулей и единиц происходит передача информации.
Поскольку бит – слишком мелкая единица информации, то в вычислительной технике используется число битов, кратное 8. Оно называется байтом. «Слово» – 16 битов – 2 байта, 32 бита – 4 байта, 64 бита – 8 байтов.
С помощью комбинирования битов компьютеры отображают десятичные числа. Любое число от 0 до 255 представляется в виде восьмибитного числа. С помощью 16 битов можно представить числа в диапазоне от 0 до 65 535.
Уровни логического нуля и единицы
Цифровые микросхемы могут находиться в одном из двух состояний, они описаны двумя цифрами: 0 и 1, что физически реализовывается различными параметрами – ток или напряжение в цепях микросхемы, открытый или запертый транзистор на выходе микросхемы, светится или не светится светодиод (если он в составе микросхемы).
В качестве логических состояний цифровых микросхем принимается напряжение на их входе и выходе. Высокое напряжение считается единицей, а низкое напряжение – нулем. В идеале напряжение на выходе микросхем должно равняться напряжению питания или общего провода схемы. В реальности это не происходит.
Даже на полностью открытом транзисторе есть падение напряжения. В итоге на выходе цифровой микросхемы напряжение окажется меньше напряжения питания и больше потенциала общего провода. Поэтому напряжение, меньшее заданного уровня (уровень логического нуля), считается нулем, а напряжение, большее заданного уровня (уровень логической единицы), считается единицей. Если же напряжение на выходе микросхемы будет больше уровня логического нуля, но меньше уровня логической единицы, состояние микросхемы неопределенное.
В таблице приведены допустимые уровни выходных логических сигналов для ТТЛ-микросхем. Чем ближе выходное напряжение к напряжению питания или к напряжению общего провода схемы, тем выше КПД цифровой микросхемы.
Таблица 1.1. Уровни логических сигналов на выходе цифровых ТТЛ-микросхем
Напряжение с выхода одной микросхемы поступает на вход другой микросхемы по проводнику. В процессе передачи на этот проводник может наводиться напряжение от каких-либо генераторов помех (мобильные телефоны, различные импульсные генераторы, электро– и радиоприборы). Помехоустойчивость цифровых микросхем определяется максимальным напряжением помех, которое не приводит к превращению логического нуля в логическую единицу и зависит от разности логических уровней цифровой микросхемы. То же относится и к помехам, превращающим логический ноль в логическую единицу.
