صفر و یک چیست؟
مقدمه
در دنیای کامپیوتر، ۰ و ۱ ها به عنوان زبان اصلی برای نمایش اطلاعات به‌کار می‌روند. این زبان دیجیتال، که به زبان دوگانه یا بیتی معروف است، پایه‌ای‌ترین سیستم نمایش اطلاعات در کامپیوترهاست. اما چرا از دو عدد به‌جای تعداد زیادی از اعداد استفاده می‌شود؟ چگونه این دو عدد می‌توانند تمام اطلاعات و عملیات ماشینی را ارائه دهند؟ در این مقاله، به بررسی مفهوم ۰ و ۱ در دنیای کامپیوتری می‌پردازیم.
۰ و ۱: زبان دیجیتال
۰ و ۱ به‌تنهایی اعداد ساده‌ای هستند، اما به‌واسطه ترکیب آنها می‌توان تمام انواع اطلاعات را نمایش داد. در زبان دیجیتال، هر رشته از ۰ و ۱ بیانگر یک بیت است. بیت، کوتاه‌ترین واحد اطلاعاتی است که می‌تواند در کامپیوتر ذخیره شود و تنها دارای دو حالت ۰ و ۱ است. اما با ترکیب بیت‌ها، می‌توان انواع مختلفی از اطلاعات را نمایش داد.
«مقدارهای صفر و یک همیشه عکس هم هستند»
مفهوم بیت (bit) و بایت (Byte)
از قرار دادن ۸ بیت یا هشتا از اعداد ۰ و ۱ کنار هم یک بایت تشکیل می‌شود. بیت، کوچکترین واحد حافظه است، که یک وضعیت را نشان می‌دهد. اما بایت، واحدی است که می‌تواند یک (حرف، عدد، یک کاراکتر و…) را در خودش ذخیره کند.
هر بایت می‌تواند ۲۵۶ (کاراکتر) را تشکیل دهد؛ این بدین معناست که یک بایت از ۸ بیت تشکیل شده و هر بیت می‌تواند دو حالت ۰ یا ۱ را نشان دهد. بنابراین، هر بایت می‌تواند از ۲ به توان ۸ حالت مختلف داشته باشد.
مثالی از این تبدیلات، می‌تواند به این صورت باشد: حرف “a” که به صورت بایت، معادل با ۰۱۱۰۰۰۰۱ و حرف “b” که معادل با ۰۱۱۰۰۰۱۰ است. به این ترتیب، هر بایت می‌تواند ۲۵۶ حالت مختلف را نمایان کند.
همچنین، با توجه به این که هر بایت از ۸ بیت تشکیل شده، محاسبه می‌شود که ۲ به توان ۱۰ (یعنی ۲^۱۰) برابر ۱۰۲۴ بایت است، که به این مقدار یک کیلوبایت گفته می‌شود. از آنجا که هر کیلوبایت معادل با ۱۰۲۴ بایت است، و بایت نیز معادل با ۸ بیت است، بنابراین یک کیلوبایت برابر با ۸۱۹۲ بیت می‌باشد (۱۰۲۴ × ۸).
اما با افزایش توان دوم، یعنی ۲ به توان ۲۰ (۲^۲۰)، می‌توانیم به مقداری برابر با ۱٬۰۴۸٬۵۷۶ بایت برسیم، که این مقدار به عنوان یک مگابایت شناخته می‌شود. مگابایت با علامت MB نمایش داده می‌شود و معادل با یک میلیون کاراکتر است.
- یک KB برابر ۱۰۲۴ B
- یک MB برابر ۱۰۲۴ KB
- یک GB برابر ۱۰۲۴ MB
- یک TB برابر ۱۰۲۴ GB
- یک PB برابر ۱۰۲۴ TB
- یک EB برابر ۱۰۲۴ PT
با توجه به این مفاهیم ابتدایی، می‌توانید بهتر درک کنید که چگونه اطلاعات در حافظه ذخیره می‌شوند و واحدهای حافظه از یکدیگر متفاوتند و از چه مقداری استفاده می‌کنند.
علت کم بودن فضای واقعی هارد
قبل از آغاز، یک مثال مطرح می‌کنم تا مفهوم را بهتر درک کنید. در شرکت ما، یک سرور QNAP با ۸ هارد ۱/۵ ترابایتی و آرایه RAID5 داریم. با یک محاسبه ساده، باید ۱۰/۵ ترابایت را داشته باشیم (۱/۵ ضربدر ۸ = ۱۰/۵). اما سیستم نشان می‌دهد که تنها ۹۶۱۷.۰۶ گیگابایت داریم، تقریبا یک ترابایت کمتر!
دلیل اصلی کاهش این فضا این است که هاردهای ۱/۵ ترابایت این حجم را فراهم نمی‌کنند و همچنین QNAP و RAID بخشی از فضای ذخیره‌سازی را اشغال می‌کنند، نتیجه‌اش همان فضای باقی‌مانده است.
فروشندگان هارد و دستگاه‌های ذخیره‌سازی خود را با گیگ‌ها به صورت رند فروخته و حجم ذخیره‌سازی را به ۱۰۰۰ مگابایت تفسیر می‌کنند. به جای استفاده از ۱۰۲۴ مگابایت. دلیل صحیح این کار این است که ای تی بر پایه زبان باینری (Base2) است نه بر پایه دسیمال (Base10) هگزادسیمال (Base16) که به مراتب کمتر از این دو است.
در اینجا یک جدول مقایسه‌ای بین واحدهای اندازه‌گیری داده‌ها را ارائه می‌دهم:
- ۸ بیت = ۱ بایت
- ۱۰۲۴ بایت = ۱ کیلوبایت
- ۱۰۲۴ کیلوبایت = ۱ مگابایت
- ۱۰۲۴ مگابایت = ۱ گیگابایت
- ۱۰۲۴ گیگابایت = ۱ ترابایت
به همین دلیل برای محاسبه ظرفیت واقعی هارد دیسک‌ها، می‌توانیم از فرمول زیر استفاده کنیم:
ظرفیت واقعی هارد دیسک = ظرفیت تعیین شده توسط سازنده × ۰.۹۳۱۳
برای مثال، برای یک دیسک ۱.۵TB، می‌توانیم به این صورت محاسبه کنیم: ظرفیت واقعی هارد = ۱.۵TB × ۰.۹۳۱۳ = ۱،۳۹۶ ترابایت
در ادامه، یک جدول آورده شده است که ما را در درک بهتر کمک می‌کند و نیازی به استفاده از فرمول محاسبه ظرفیت واقعی هارد دیسک نیست:
| حجم هارد (گیگابایت) | حجم واقعی هارد (گیگابایت) |
|---|---|
| ۱۶۰ گیگابایت | ۱۴۹ گیگابایت |
| ۲۵۰ گیگابایت | ۲۳۲ گیگابایت |
| ۳۲۰ گیگابایت | ۲۹۸ گیگابایت |
| ۵۰۰ گیگابایت | ۴۶۵ گیگابایت |
| ۱ ترابایت (۱۰۰۰ مگابایت) | ۹۳۱ گیگابایت |
| ۱/۵ ترابایت (۱۵۰۰ مگابایت) | ۱۳۹۶ گیگابایت |
| ۲ ترابایت (۲۰۰۰ مگابایت) | ۱۸۶۲ گیگابایت |
| ۳ ترابایت (۳۰۰۰ مگابایت) | ۲۷۹۳ گیگابایت |
حالا که این موضوع برایمان روشن شده است، به موضوع RAID5 و QNAP باز می‌گردیم. در حال حاضر، می‌توانیم مشخص کنیم که چه مقدار فضایی برای ذخیره‌سازی نیاز داریم. به طور خاص:
۸ هارد ضربدر ۱۳۹۶ گیگ = ۹۷۷۲ گیگابایت
باید در مجموع ۹۷۷۲ گیگابایت فضا در اختیار داشته باشیم، اما فقط ۹۶۱۷.۰۶ گیگابایت داریم. پس ۱۵۵ گیگابایت مفقود شده کجاست؟
حالا به نکته دوم موضوع اصلی، یعنی RAID و NAS، می‌پردازیم! هر RAID برای کار به مقداری از فضای شما نیاز دارد، باید در نظر داشت که یک RAID 5 چیست؟ برای استفاده از یک RAID 5، همیشه نیاز به فضای اضافی وجود دارد تا در صورت خرابی دیسک یا از دست رفتن اطلاعات، داده‌ها را بازیابی کند.
همچنین، یک کامپیوتر NAS همیشه دو پارتیشن را در هارد ایجاد می‌کند، یکی برای داده‌های قابل دسترس و یکی دیگر برای پیکربندی NAS که شامل تنظیمات مختلفی مانند IP، تیم‌ها، کاربران، گروه‌ها و سایر اطلاعات می‌شود.
بنابراین، ۱۵۵ گیگابایت مفقود شده شامل این موارد می‌شود، از جمله تنظیمات RAID5 و QNAP که پاراگراف بالا به آن اشاره کرده است.
باینری چیست؟
اصطلاح “دودویی” به یک سیستم عددی اشاره دارد که در آن تنها دو رقم ممکن وجود دارد: ۰ و ۱. در مقابل سیستم عددی دهدهی که از ده رقم (از ۰ تا ۹) استفاده می‌کند، دودویی مسئله را ساده‌تر می‌کند با اینکه گزینه‌ها را به دو تنظیم محدود می‌کند. این سیستم دودویی پایه‌ای‌ترین اصولی است که تمامی کدهای دودویی مورد استفاده در سیستم‌های کامپیوتری را تشکیل می‌دهد.
سیستم‌های کامپیوتری از این کد برای تفسیر دستورات عملیاتی، پردازش ورودی کاربر و تولید خروجی مناسب برای کاربر استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، وقتی شما یک حرف را روی صفحه کلیدتان بنویسید، کامپیوتر آن ورودی را به کد دودویی تبدیل کرده و سپس آن را پردازش می‌کند. به همین ترتیب، وقتی کامپیوتر محاسباتی انجام می‌دهد یا دستورات را اجرا می‌کند، بر روی نمایشگر از نمایشگرهای دودویی داده‌های دیجیتالی استفاده می‌کند.
به طور خلاصه، دودویی زبان اساسی کامپیوترهاست که امکان ارتباط، پردازش اطلاعات و انجام وظایف را به آنها می‌دهد. با استفاده از تنها دو رقم، کامپیوترها می‌توانند اطلاعات پیچیده‌ای را نمایش دهند و عملیات پیچیده‌ای را با سرعت و دقت قابل توجهی انجام دهند.
سیستم شمارشی دودویی توسط گوتفرید لایبنیتس در قرن هفدهم بهبود یافت. در ریاضیات و سیستم‌های کامپیوتری، یک رقم دودویی یا بیت، کوچکترین واحد داده است. هر بیت دارای یک مقدار تنها از ۱ یا ۰ است، که به این معناست که نمی‌تواند هیچ مقدار دیگری را به خود بگیرد.
کامپیوترها می‌توانند اعداد را با استفاده از کد دودویی به شکل اعداد دیجیتال ۱ و ۰ درون واحدهای پردازش مرکزی (CPU) و حافظه رم نمایش دهند. این اعداد دیجیتالی، سیگنال‌های الکتریکی هستند که در داخل CPU یا RAM، یا به صورت روشن یا خاموش قرار می‌گیرند.
دودویی در مقابل دهدهی (Binary vs decimal):
سیستم شمارشی دودویی با استفاده از تنها دو رقم یا بیت و نمایش اعداد با الگوهای مختلف از ۱ و ۰، به عنوان یک سیستم پایه-۲ شناخته می‌شود. در اینجا، ۱ به “روشن” یا “درست” اشاره دارد، در حالی که ۰ به “خاموش” یا “غلط” اشاره دارد.
به عکس العمل، سیستم شمارشی دهدهی یک سیستم پایه-۱۰ است، که در آن هر مکان ممکن در یک عدد می‌تواند یکی از ۱۰ رقم (از ۰ تا ۹) باشد. در یک عدد چند رقمی، رقم سمت راست در جایگاه اول است، رقم بعدی به سمت چپ در جایگاه دهم، رقم دیگری که در سمت چپ تر است، در جایگاه صدم و به همین ترتیب قرار می‌گیرد.
اهمیت کد دودویی:
سیستم عددی دودویی پایه‌ای‌ترین بستر تمامی سیستم‌ها و عملیات کامپیوتری است. این امکان را فراهم می‌کند تا دستگاه‌ها تمامی اطلاعات مورد نیاز را که به سمت و از سمت واحدهای پردازش مرکزی (CPU) یا حافظه هدایت می‌شوند، ذخیره، دسترسی و تغییر دهند. این امر امکان پذیر می‌سازد که برنامه‌هایی توسعه داده شوند که به کاربران امکان می‌دهند:
- مشاهده وب‌سایت‌ها؛
- ایجاد و به‌روزرسانی اسناد؛
- بازی‌ها؛
- تماشای ویدیوهای پخش زنده و سایر نوع اطلاعات گرافیکی؛
- دسترسی به نرم‌افزار؛
- انجام محاسبات و تجزیه و تحلیل داده‌ها.
طرح دودویی اعداد دیجیتال ۱ و ۰ یک روش ساده و زیبا برای کار کامپیوترها فراهم می‌کند. همچنین این روش یک راه کارآمد برای کنترل مدارهای منطقی و شناسایی وضعیت‌های واقعی (۱) و غلط (۰) سیگنال‌های الکتریکی است.
نمونه‌های استفاده از ۰ و ۱:
۱. نمایش اعداد: بیت‌ها می‌توانند اعداد را نمایش دهند، برای مثال، با استفاده از ۸ بیت می‌توانیم اعداد دهدهی ۰ تا ۲۵۵ را نمایش دهیم.
۲. نمایش حروف: هر حرف از الفبای لاتین و همچنین بسیاری از حروف دیگر در الفبای انگلیسی می‌تواند با استفاده از بیت‌ها نمایش داده شود.
۳. نمایش تصاویر: هر پیکسل تصویر می‌تواند با استفاده از یک سری از بیت‌ها نمایش داده شود، که هر بیت به‌تنهایی مشخص می‌کند که آن پیکسل سفید یا سیاه است.
۴. انجام عملیات منطقی: ۰ و ۱ ها می‌توانند برای انجام عملیات منطقی مانند AND، OR و NOT استفاده شوند.
اهمیت ۰ و ۱ در دنیای کامپیوتر:
استفاده از ۰ و ۱ به کامپیوترها امکان می‌دهد تا انواع مختلفی از اطلاعات را ذخیره و پردازش کنند. این سیستم نمایش اطلاعات باعث افزایش سرعت و کارایی کامپیوترها می‌شود و به آنها امکان انجام عملیات پیچیده را می‌دهد.
نتیجه‌گیری:
۰ و ۱ به عنوان زبان اصلی در دنیای کامپیوتری اساسی‌ترین سیستم نمایش اطلاعات است. این دو عدد به کامپیوترها امکان می‌دهند تا اطلاعات را ذخیره، پردازش و ارسال کنند و بدون آنها کارکرد کامپیوترها به‌طور کامل ممکن نخواهد بود. با درک اهمیت و عمق این دو عدد، می‌توانیم بهتر از قدرت و توانایی کامپیوترها در جهان مدرن بفهمیم.
برای ارسال نظر لطفا ابتدا وارد حساب کاربری خود شوید. صفحه ورود و ثبت نام