系列报告

第二次会议
如何利用数字化，改变人类活动

2018.01.31

文：津田健二

数字化的进步使计算机离我们更近了。计算机已经变得如此熟悉，以至于我们常常没有意识到它们是计算机。业内工程师将与计算机工作方式相同但不是计算机的系统称为“嵌入式系统”。通过充分利用该嵌入式系统，数字化取得了进展。数字化甚至改变了沟通方式。得益于此，互联网变得更加熟悉，来自世界各地的信息可以在瞬间获得。这次我想给大家介绍一下这种数字技术的特点。

数字技术有哪些特点？数字技术可以实现许多功能，仅使用 1 和 0 来表达所有功能，而这是模拟技术无法实现的。如果我们总结一下，似乎有四种主要类型。这些包括高速传输、易于压缩、易于错误检测以及与半导体技术结合时易于高度集成。

计算机在内部和外部高速传输以 1 和 0 表示的数据。这使得我们能够顺利运行计算机和智能手机，将数据从计算机发送到打印机，以及通过互联网向外部发送数据。在模拟中，信号波形必须按原样发送，因此如果您尝试发送得太快，信号波形将崩溃并且信息将变得不可读。对于数字，它仅由信号波形的存在或不存在来确定，因此即使稍微失真也可以读取。

易于压缩意味着，例如，在发送天空图像时，可以通过复制具有相似蓝色的图像的多个像素来减少数据量。这允许将大文件压缩成更小的数据块。

此外，数据通常以 8 位（1 和 0 的 8 位字符串）为一个单位（称为 1 字节）传递。要检查该数据是否有错误，只需添加一位数字，用 9 位表示，并确保 1 和 0 的总和始终为偶数或奇数。换句话说，你可以制定规则，如果违反了规则，就将其定义为错误。

例如，图1简要介绍了一种使用奇偶校验检测误码的方法。在使用 8 位作为一个字节的计算机系统中，必须对 8 位数字进行排列，使得数字之和为偶数或奇数。在这种情况下，添加 1 位作为奇偶校验位。第一列“10011010”的数字之和为4，为偶数，因此奇偶校验位为0。第二列“01111001”的数字之和为5，为奇数，因此如果奇偶校验位为1，则9位的总数为6，为偶数。通过预先将奇偶校验位添加到8位数据数中，9位的总数变为偶数。

如果在数据传输过程中或由于α射线等宇宙射线突然到来，8位数据中的1转换为0或0转换为1，则9位总列之一将变为奇数。通过这种方式，可以检测到错误。顺便说一句，这种位转换通常是导致 PC 死机的原因。除了宇宙射线之外，我们周围还充斥着来自Wi-Fi、微波炉、电磁炉等的各种电磁波，这些电磁波很容易造成电气干扰（噪音）。然而，这种位转换是由于暂时的噪声等原因，并且当电源关闭时返回到原始状态。这就是所谓的通过重启恢复到原来的状态。