デジタルデータ

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デジタル時計いつでも顔の数字で示される時間はデジタルデータです。実際の正確な時間はアナログデータです。

情報理論および情報システムにおけるデジタルデータは文字や数字など、アルファベットからの有限数の値の1つのみをとることができる離散記号の文字列として表される情報です。例として英数字の文字列で構成されるテキストドキュメントがあります。最新の情報システムにおけるデジタルデータの最も一般的な形式はバイナリデータです。これは、それぞれが0または1の2つの値のいずれかを持つことができるバイナリ桁(ビット)の文字列で表されます

デジタルデータは実数の連続範囲からの値で表されるアナログデータと対比することができます。アナログデータは、アナログ信号によって送信されます。アナログ信号は、連続値をとるだけでなく、時間とともに連続的に変化する可能性があります。これは、時間の連続実数値関数です。例として、音波の気圧変動があります

ワードデジタルは、単語と同じソースから来ている数字DIGITUSラテンための単語の指の指は、多くの場合、カウントのために使用されているように、)。数学者 ジョージ・スティビッツベル研究所は、単語使用デジタル1942年に高速電気目指して設計された装置によって放出されたパルスと火災対空銃を参照して、[1]という用語は、最も一般的に使用されるコンピューティング及び電子特にここで、実世界の情報はデジタルオーディオのようにバイナリ数値形式に変換されますデジタル写真

シンボルからデジタルへの変換

(例えば、シンボルので英数字 文字)連続していない、デジタルシンボルを表す、デジタルへの連続的又はアナログ情報の変換よりもかなり簡単です。アナログからデジタルへの変換のようサンプリング量子化を行う代わりにポーリングエンコードなどの手法が使用されます。

シンボル入力デバイスは通常、どのスイッチが切り替えられているかを確認するために定期的にポーリングされるスイッチのグループで構成されています。 1回のポーリング間隔内に、2つのスイッチを押すか、スイッチを押して放し、もう一度押すと、データが失われます。このポーリングは、メインCPUに負担がかからないように、デバイス内の専用プロセッサによって実行できます。新しいシンボルが入力されると、デバイスは通常、CPUがそれを読み取ることができるように、特殊な形式で割り込みを送信します

スイッチが数個しかないデバイス(ジョイスティックのボタンなど)の場合、それぞれのステータスを1ワードのビット(通常はリリースの場合は0、押された場合は1)としてエンコードできます。これは、キーの押下の組み合わせに意味がある場合に役立ち、キーボードの修飾キーのステータス(ShiftやControlなど)を渡すために使用されることがあります。ただし、1バイトまたはワードのビット数よりも多くのキーをサポートするように拡張することはできません。

多くのスイッチを備えたデバイス(コンピューターのキーボードなど)は通常、これらのスイッチをスキャンマトリックスに配置し、個々のスイッチをx線とy線の交点に配置します。スイッチを押すと、対応するx線とy線が接続されます。ポーリング(この場合はスキャンと呼ばれることが多い)は、各xラインを順番にアクティブにし、どのyラインに信号があり、どのキーが押されたかを検出することによって行われます。キーボードプロセッサは、キーの状態が変化したことを検出すると、キーのスキャンコードとその新しい状態を示す信号をCPUに送信します。次に、記号は、修飾キーのステータスと目的の文字エンコードに基づいて、エンコードまたは数値に変換されます

カスタムエンコーディングは、データを失うことなく特定のアプリケーションに使用できます。ただし、「ß」などの記号を変換する必要があるが標準に含まれていない場合はASCIIなどの標準エンコーディングを使用すると問題が発生します。

1986年には、情報を保存する世界の技術的能力の1%未満がデジタルであり、2007年にはすでに94%であったと推定されています。[2] 2002年は、人類がアナログ形式よりもデジタル形式でより多くの情報を保存できた年(「デジタル時代の始まり」)と想定されています[3] [4]

状態

デジタルデータは、これらの3つの状態に来る:安静時のデータデータ転送中データを使用中機密性、完全性、可用性は、データの破壊への誕生」から全ライフサイクルの間に管理する必要があります。[5]

デジタル情報の性質

すべてのデジタル情報は、通信に関してアナログデータと区別する共通の特性を備えています。

  • 同期:デジタル情報はシンボルが順序付けられたシーケンスによって伝達されるため、すべてのデジタルスキームには、シーケンスの開始を決定するための何らかの方法があります。書かれたまたは話された人間の言語では、同期は通常、一時停止(スペース)、大文字句読点によって提供されます。機械通信は通常、特別な同期シーケンスを使用します
  • 言語:すべてのデジタル通信には正式な言語が必要です。この言語では、通信を成功させるために、デジタル通信の送信者と受信者の両方が事前に所有している必要のあるすべての情報で構成されます。言語は一般に任意であり、特定のシンボルシーケンスに割り当てられる意味、許容される値の範囲、同期に使用される方法などを指定します。
  • エラー:アナログ通信の障害(ノイズ)は、意図した通信と実際の通信の間に、一般的に小さな偏差またはエラーを常にもたらします。デジタル通信の妨害は、妨害が大きすぎてシンボルが別のシンボルとして誤って解釈されたり、シンボルのシーケンスを妨害したりしない限り、エラーにはなりません。したがって、一般に、完全にエラーのないデジタル通信を行うことが可能です。さらに、チェックコードなどの技術を使用して、エラーを検出し、冗長性または再送信を通じてエラーのない通信を保証することができる。デジタル通信のエラーは、シンボルが別のシンボルに置き換えられる置換エラー、または挿入/削除の形をとることがあります。余分な誤った記号がデジタルメッセージに挿入されたり、デジタルメッセージから削除されたりするエラー。デジタル通信における未修正のエラーは、通信の情報コンテンツに予測不可能で一般的に大きな影響を及ぼします。
  • コピーノイズの存在は避けられないため、世代ごとにノイズが増加するため、アナログ通信のコピーを連続して多数作成することは不可能です。デジタル通信は一般にエラーがないため、コピーのコピーを無期限に作成できます。
  • 粒度連続的に変化するアナログ値のデジタル表現には、通常、その値に割り当てられるシンボルの数の選択が含まれます。シンボルの数によって、結果のデータの精度または解像度が決まります。実際のアナログ値とデジタル表現の違いは、量子化誤差として知られています。たとえば、実際の温度が23.234456544453度であるが、特定のデジタル表現でこのパラメーターに2桁(23)しか割り当てられていない場合、量子化エラーは0.234456544453になります。デジタル通信のこの特性は、粒度として知られています。
  • 圧縮可能ミラー氏によると、「非圧縮のデジタルデータは非常に大きく、生の形式では、実際にはアナログデータよりも大きな信号を生成します(したがって、転送が困難です)。ただし、デジタルデータは圧縮できます。圧縮により、情報を送信するために必要な帯域幅スペースの量。データは、消費サイトで圧縮、送信、および解凍できます。これにより、より多くの情報を送信できるようになり、たとえば、電波スペクトルにより多くのスペースを提供するデジタルテレビ信号が得られます。より多くのテレビチャンネルのために。」[4]

歴史的なデジタルシステム

デジタル信号は一般に、現代の電子機器やコンピューティングで使用されるバイナリ電子デジタルシステムに関連付けられていますが、デジタルシステムは実際には古く、バイナリまたは電子である必要はありません。

  • DNA 遺伝暗号は、自然に発生するデジタルデータストレージの形式です。
  • 書かれたテキスト(限られた文字セットと個別の記号の使用のため–ほとんどの場合アルファベット)
  • そろばんはいつか1000年BCと紀元前500年の間に作成された、それは後で計算頻度の形になりました。今日では、行のビーズを使用して数値を表す、非常に高度でありながら基本的なデジタル計算機として使用できます。ビードは、離散的なアップ状態とダウン状態でのみ意味があり、アナログの中間状態では意味がありません。
  • ビーコンは、ちょうど2つの状態(オン・オフ)で、おそらく最も簡単な非電子的なデジタル信号です。特に、スモーク信号はデジタル信号の最も古い例の1つであり、アナログの「キャリア」(スモーク)がブランケットで変調されて、情報を伝達するデジタル信号(パフ)が生成されます。
  • モールス信号は、ドット、ダッシュ、文字内ギャップ(各ドットまたはダッシュ間)、短いギャップ(各文字間)、中程度のギャップ(単語間)、および長いギャップ(文間)の6つのデジタル状態を使用して、電気や光などのさまざまな潜在的なキャリア。たとえば、電信や点滅するライトを使用します。
  • 点字は、ドットパターンとしてレンダリング6ビットコードを使用します。
  • 旗は、セマフォ少し離れ、それらを見て受信機にメッセージを送信するために、特定の位置に保持用途ロッドまたはフラグを。
  • 国際信号旗には、船が互いにメッセージを送信できるようにアルファベットの文字を表す独特のマーキングがあります。
  • より最近発明されたモデムは、アナログの「キャリア」信号(音など)を変調して、一連のバイナリデジタルサウンドパルスとしてバイナリ電気デジタル情報をエンコードします。同じ概念の少し前の驚くほど信頼できるバージョンは、初期の家庭用コンピュータで使用するために、一連のオーディオデジタル「信号」および「信号なし」情報(つまり「音」および「無音」)を磁気カセットテープにバンドルすることでした

も参照してください

参考文献

  1. ^ Ceruzzi、Paul E(2012年6月29日)。コンピューティング:簡潔な歴史MITプレスISBN 978-0-262-51767-6
  2. ^ 「情報を保存、伝達、および計算するための世界の技術的能力」、特にオンライン資料のサポート、Martin HilbertandPriscilaLópez(2011)、 Science、332(6025)、60–65; ここから記事への無料アクセス:martinhilbert.net/WorldInfoCapacity.html
  3. ^ 「1986年から2010年までの情報を保存、通信、および計算するための世界の技術的能力に関するビデオアニメーション
  4. ^ a b Miller、Vincent(2011)。デジタル文化を理解するロンドン:SagePublications。「コンバージェンスと現代のメディア体験」。ISBN 978-1-84787-497-9
  5. ^ 「情報の3つの状態」エディンバラ大学2021-02-21を取得

さらに読む

  • Tocci、R。2006. Digital Systems:Principles and Applications(10thEdition)。プレンティスホール。ISBN 0-13-172579-3