How exactly does binary code work? - José Américo N L F de Freitas

Переводчик: Nataliia Pysemska Редактор: Yekaterina Jussupova

Imagine trying to use words to describe every scene in a film,

Представьте, что вам нужно словами описать каждую сцену в фильме,

every note in your favorite song,

каждую ноту в любимой песне

or every street in your town.

или каждую улицу в родном городе.

Now imagine trying to do it using only the numbers 1 and 0.

Теперь представьте, что при описании вы можете использовать только 1 и 0.

Every time you use the Internet to watch a movie,

Каждый раз, когда вы смо́трите фильм в интернете,

listen to music,

слушаете музыку

or check directions,

или прокладываете маршрут,

that’s exactly what your device is doing,

именно это делает ваше устройство —

using the language of binary code.

использует двоичный код.

Computers use binary because it's a reliable way of storing data.

Для компьютеров двоичный код является самым надёжным способом хранения данных.

For example, a computer's main memory is made of transistors

Оперативная память компьютера состоит из транзисторов,

that switch between either high or low voltage levels,

которые переключаются между высоким и низким напряжением:

such as 5 volts and 0 volts.

5 и 0 вольт.

Voltages sometimes oscillate, but since there are only two options,

Напряжение иногда колеблется, но поскольку у нас всего два состояния,

a value of 1 volt would still be read as "low."

напряжение в 1 вольт всегда будет расцениваться как «низкое».

That reading is done by the computer’s processor,

Данные считывает процессор компьютера,

which uses the transistors’ states to control other computer devices

который с помощью состояний транзистора управляет другими компьютерными элементами

according to software instructions.

согласно инструкциям программного обеспечения.

The genius of this system is that a given binary sequence

Гениальность системы состоит в том, что эта двоичная последовательность

doesn't have a pre-determined meaning on its own.

сама по себе не имеет предопределённого значения.

Instead, each type of data is encoded in binary

Вместо этого каждый тип данных кодируется в двоичном формате

according to a separate set of rules.

в соответствии с чёткими правилами.

Let’s take numbers.

Возьмём, к примеру, чи́сла.

In normal decimal notation,

В обычной десятичной системе

each digit is multiplied by 10 raised to the value of its position,

каждое число умножается на 10 в степени его местоположения,

starting from zero on the right.

начиная с нулевой для крайней правой цифры.

So 84 in decimal form is 4x10⁰ + 8x10¹.

Например, 84 в десятичной форме: 4x10⁰ + 8x10¹.

Binary number notation works similarly,

Образование двоичных чисел происходит похожим образом,

but with each position based on 2 raised to some power.

но в основе каждой позиции лежит число 2, возведённое в определённую степень.

So 84 would be written as follows:

Следовательно, 84 будет выглядеть так:

Meanwhile, letters are interpreted based on standard rules like UTF-8,

В свою очередь, буквы преобразовываются по кодировкам, например UTF-8,

which assigns each character to a specific group of 8-digit binary strings.

согласно которым у каждого символа есть уникальная 8-значная последовательность.

In this case, 01010100 corresponds to the letter T.

Например, 01010100 — это латинская Т.

So, how can you know whether a given instance of this sequence

Как же узнать, что эти примеры последовательностей

is supposed to mean T or 84?

обозначают латинскую Т или 84?

Well, you can’t from seeing the string alone

Для этого недостаточно просто взглянуть на строку с цифрами,

– just as you can’t tell what the sound "da" means from hearing it in isolation.

так же как невозможно определить значение звука «da» самого по себе.

You need context to tell whether you're hearing Russian, Spanish, or English.

Без контекста не отличить русское «да» от испанского или английского «da».

And you need similar context

Контекст нужен также чтобы понять,

to tell whether you’re looking at binary numbers or binary text.

что перед вами — двоичные числа или двоичный текст.

Binary code is also used for far more complex types of data.

Двоичный код также используется для гораздо более сложных типов данных.

Each frame of this video, for instance,

Например, каждый кадр этого видео

is made of hundreds of thousands of pixels.

состоит из сотен тысяч пикселей.

In color images,

В цветных изображениях

every pixel is represented by three binary sequences

каждый пиксель представлен тремя двоичными последовательностями,

that correspond to the primary colors.

которые соответствуют основным цветам.

Each sequence encodes a number

В каждой последовательности скрыто число,

that determines the intensity of that particular color.

которое определяет интенсивность конкретного цвета.

Then, a video driver program transmits this information

Затем видео-драйвер передаёт эту информацию

to the millions of liquid crystals in your screen

миллионам жидких кристаллов на экране,

to make all the different hues you see now.

и вы можете увидеть такое буйство красок.

The sound in this video is also stored in binary,

Звук в этом видео также хранится в двоичном формате

with the help of a technique called pulse code modulation.

с применением техники импульсно-кодовой модуляции.

Continuous sound waves are digitized

Непрерывные звуковые сигналы оцифровываются

by taking "snapshots" of their amplitudes every few milliseconds.

захватом значений их амплитуды каждые несколько миллисекунд.

These are recorded as numbers in the form of binary strings,

Они записаны цифрами в форме двоичных строк,

with as many as 44,000 for every second of sound.

по 44 000 на каждую секунду звука.

When they’re read by your computer’s audio software,

Когда их воспроизводит компьютерный аудиоплеер,

the numbers determine how quickly the coils in your speakers should vibrate

чи́сла определяют скорость вибрации катушек динамиков

to create sounds of different frequencies.

для создания звуков разных частот.

All of this requires billions and billions of bits.

Всё это требует множества миллиардов бит.

But that amount can be reduced through clever compression formats.

Однако этот объём можно уменьшить благодаря грамотным форматам сжатия.

For example, if a picture has 30 adjacent pixels of green space,

Например, если изображение состоит из 30 смежных пикселей зелёного спектра,

they can be recorded as "30 green" instead of coding each pixel separately -

их можно записать как «30 зелёный», а не кодировать каждый пиксель отдельно —

a process known as run-length encoding.

процесс называется кодированием длин серий.

These compressed formats are themselves written in binary code.

Эти форматы сжатия сами по себе записаны в виде двоичного кода.

So is binary the end-all-be-all of computing?

И что же, компьютер работает только с применением двоичного кода?

Not necessarily.

Не обязательно.

There’s been research into ternary computers,

Проводились исследования троичных компьютеров

with circuits in three possible states,

со схемами в трёх возможных состояниях

and even quantum computers,

и даже квантовых компьютеров,

whose circuits can be in multiple states simultaneously.

чьи схемы могут находиться в нескольких состояниях одновременно.

But so far, none of these has provided

Однако пока что ни один из них не является

as much physical stability for data storage and transmission.

физически стабильным для хранения и передачи данных.

So for now, everything you see,

Поэтому на данный момент всё, что вы видите,

hear,

and read through your screen

слышите

и читаете на экране,

comes to you as the result of a simple "true" or "false" choice,

является результатом простого выбора: «ложь» или «истина»,

made billions of times over.

сделанного миллиарды раз.