Hoe werkt binaire code precies? - José Américo N L F Freitas

Bekijk hier de volledige les: https://ed.ted.com/lessons/how-exactly-does-binary-code-work-jose-americo-n-l-f-freitas

Stel je probeert met woorden elke scène uit een film, elke muzieknoot van je favoriete lied of elke straat in je stad te beschrijven. Stel nu dat je dit doet door alleen de cijfers één en nul te gebruiken. Elke keer dat je op internet een film bekijkt, naar muziek luistert of routebeschrijvingen zoekt, is dat precies waar je apparaat mee bezig is: met de taal van binaire code. José Américo N L F de Freitas legt uit hoe binaire code werkt.

Les door José Américo N L F de Freitas, animatie door Qa'ed Mai.

Stel je voor dat je met woorden
probeert elke scène uit een film,

elke muzieknoot van je favoriete lied

of elke straat in je stad te beschrijven.

Stel je nu voor dat je dit doet door
alleen de cijfers 1 en 0 te gebruiken.

Elke keer dat je op internet
een film bekijkt,

naar muziek luistert

of routebeschrijvingen zoekt,

is dat precies waar
je apparaat mee bezig is:

met de taal van binaire code.

Computers gebruiken binaire code,

omdat het een betrouwbare manier is
om data op te slaan.

Het hoofdgeheugen in een computer,
bijvoorbeeld, bestaat uit transistors

die schakelen tussen
hoge en lage spanningsniveaus,

zoals 5 en 0 volt.

Zo nu en dan fluctueren spanningsniveaus,
maar aangezien er enkel twee opties zijn,

zal een waarde van 1 volt
toch afgelezen worden als 'laag'.

Dit afleesproces gebeurt
door de computerprocessor,

die op basis van de toestand
van die transistors

andere computeronderdelen bestuurt
volgens de programma-instructies.

Het vernuft van dit systeem

is dat een gegeven binaire reeks
geen vooraf vastgestelde betekenis heeft.

In plaats daarvan is
elk datatype binair gecodeerd

volgens een afzonderlijke set regels.

Laten we nummers erbij pakken.

In de normale decimale schrijfwijze

is elk cijfer vermenigvuldigd
met tien tot de waarde van zijn positie,

te beginnen met nul
aan de uiterste rechterzijde.

Zodoende wordt 84 decimaal
weergegeven als 4x10⁰ + 8x10¹.

De binaire schrijfwijze
werkt op dezelfde manier,

maar met elke positie gebaseerd
op 2 tot de macht van de plaatswaarde.

Dus wordt 84 als volgt geschreven:

Verder worden letters geïnterpreteerd
volgens standaardregels zoals UTF-8,

die elk karakter toekent

aan een specifieke groep
binaire strings van 8 cijfers.

In dit geval komt 01010100
overeen met de letter T.

Hoe weet je dan of deze reeks
in dit specifieke geval

T of 84 aanduidt?

Nou, je kan het niet enkel
aan de string herkennen --

net zoals je het geluid 'da' niet kan
plaatsen als je het afzonderlijk hoort.

Je hebt context nodig om te horen
of het Russisch, Spaans of Engels is.

En je hebt net zo goed context nodig

om te zien of je te maken hebt
met binaire getallen of teksten.

Binaire code wordt ook toegepast
voor veel complexere soorten data.

Elke frame in deze video, bijvoorbeeld,

bestaat uit honderdduizenden pixels.

In kleurafbeeldingen

wordt elke pixel weergegeven
door drie binaire reeksen

die corresponderen
met de primaire kleuren.

Elke reeks bevat een gecodeerd getal

dat de kleurdiepte bepaalt
van die specifieke kleur.

Vervolgens geeft een videostuurprogramma
deze informatie door

aan miljoenen vloeibare
kristallen in je beeldscherm

om al de verschillende tinten
te maken die je nu waarneemt.

De audio in deze video
is ook opgeslagen in binaire code,

met behulp van een techniek
genaamd pulscodemodulatie.

Continue geluidsgolven
worden gedigitaliseerd

door om de paar milliseconden
amplitudes te bemonsteren.

Deze worden vastgelegd als
numerieke waarden in binaire strings --

tot wel 44.000 stuks
voor iedere seconde geluid.

Wanneer het audioprogramma
op je computer dit afleest,

bepalen de cijfers hoe snel de spoelen
in je luidsprekers dienen te vibreren

om verschillende toonhoogtes te maken.

Dit alles vereist
miljarden en miljarden bits.

Maar die hoeveelheid kan door
slimme compressie worden gereduceerd.

Zo kunnen 30 naast elkaar gelegen
groene pixels in een foto

vastgelegd worden als '30 groen'
in plaats van afzonderlijk gecodeerd --

een proces dat Run-Lengthcodering heet.

Deze gecomprimeerde wijze van vastleggen
is zelf ook in binaire code vastgelegd.

Is binaire code dan het beste
voor gegevensverwerking?

Niet per definitie.

Er is onderzoek gedaan
naar ternaire computers,

met schakelingen die drie
mogelijke waardes kunnen hebben,

en zelfs kwantumcomputers,

waarvan de schakelingen verschillende
waardes tegelijk kunnen hebben.

Maar tot op heden geven deze computers

minder fysieke stabiliteit
voor dataopslag en -transmissie.

Vooralsnog is alles wat je ziet,

hoort

en leest op je beeldscherm,

het resultaat van een simpele
'waar of niet waar'-keuze

die miljarden keren is gemaakt.