编码——隐匿在计算机软硬件背后的语言（上回）

Posted 2020-11-20 fightingforever

　　很早就听说Charles Petzold的《编码》非常值得一看，特地趁着京东6.18下单，现将阅读收获进行整理，大致分为三篇进行讲解。

第一章   至亲密友

　　编码的含义：一种传递信息的方式。

　　思路转换过程：手电筒写字母（难理解）→手电筒闪烁次数表示字母（繁琐）→莫尔斯电码。

　　莫尔斯电码规则：1~4个元素表示字母，5个元素表示数字，6个元素表示标点。字母之间间隔是一个划的长度，单词之间间隔是两个划的长度。缺点：没有区分大小写。

第二章   编码与组合

　　对莫尔斯电码的解析进行分析，给出按元素多少分类的四张表和一张总的树状图，并总结出其最重要的特点：二进制。

第三章   布莱叶盲文与二进制码

　　介绍布莱叶盲文的由来及编码思路，但本章内容略显繁琐，建议阅读时跳过了布莱叶盲文部分。重点在于代表数字和字母间转换的标识符、字母间大小写转换的标识符等概念的提出，即逃逸码。

第四章   手电筒的剖析

　　对电学与化学的基本概念进行介绍，建议本章内容不需深入了解，只需理解电路开关与二进制之间具有的相似性即可。

第五章   绕过拐角的通信

　　从远距离通信的角度进行分析，给出公用导线，接地等方案，但仍存在电阻过大的问题。建议本章内容基本可以忽略。

第六章   电报机与继电器

　　利用电磁现象来代替灯泡的亮灭，并用电报机和莫尔斯电码来传递信息，最后还结合继电器给出了自动版的电报机中转方案。

第七章   我们的十个数字

　　给出了记录同一个数字信息的多种方法介绍，十进制、罗马数字等，并介绍了阿拉伯数字系统最大的特点：0。

第八章   十的替代品

　　介绍了其他进制，如八进制和二进制，并给出了bit的定义。

第九章   二进制数

　　本章给出了一些二进制的例子，比如两盏灯、电影评分以及胶卷参数等，其中指出比特（bit）是组成信息块的基本单位，并提出用冗余来消除噪音。最后，介绍了商品上的通用产品代码（UPC）的巧妙实现思路。

                                                                                                  

　　整个UPC对应一串95为二进制数，最左边三位101是护线（用于确定基本宽度单位），之后是六组比特串，每组比特串有7个比特位，然后的5个比特位01010是中间护线，之后同样是六组比特串，最右边也是三位101的护线。

                                                                                                                                  

　　其中，左边六组比特串，都是以0开头，以1结尾，而右边六组比特串，都是以1开头，以0结尾。且右边编码为左边相同数字编码的补码，每组比特串有且仅有两组连续为1的比特位，左边1的个数为奇数，右边1的个数为偶数，可用作奇偶校验。根据第一组扫描到的是奇数个1还是偶数个1可以确定扫描的方向，从而采取不同的解码方式。

　　本人觉得本章重点不在于看懂作者给出的实际应用到底是如何实现的，关键在于理解其设置冗余的意义，即进行各类校验，最大限度地保证可靠性。

第十章   逻辑与开关

　　将代数的概念从传统代数过渡到布尔代数，使其表现的更为抽象。主要公式如下：

                                                                                                  

　　并用串联电路和并联电路的组合构建出判断布尔表达式结果的电路，根据灯泡的亮或灭即可知道布尔表达式为真或为非。

第十一章 门

　　本章用继电器代替开关，将多个继电器进行连接组合形成逻辑门，并介绍了几种基础的逻辑门结构，包括与门、或门、或非门、与非门四种逻辑门，以及反向器和原始的继电器（缓冲器）。

                                                                                                                 

                                                                                                                                                          与门及其特点

                                                                                                                  

                                                                                                                                                         或门及其特点

                                                                                                                                       

                                                                                                                                                         或非门及其特点

                                                                                                                  

                                                                                                                                                        与非门及其特点

                                                                                                                     

                                                                                                                                                      反向器及其特点

                                                                                                                                          

                                                                                                                                                      缓冲器及其特点

　　除了上述最基本的逻辑门和简单元件之外，本章还介绍了多个逻辑门和简单元件组成的复杂电路，比如下图所示的2-4译码器，特点在于两个开关控制4种输出，且末端有且仅有一个输出为1。

                                                                                                              

                                                                                                                                                        2-4译码器

　　最后介绍了摩根定律及其逻辑电路证明：

                                                                                                                         

                                                                                                     

                                                                                        带有两个反向输入的与门=或非门                                   带有两个反向输入的或门=与非门

 

　　至此，本书前十一章内容已经介绍完毕，确实都非常基础。但切忌因此小看了这本书，从下一章开始，阅读难度将呈指数级增长，毕竟搭建一台简易计算机不是说说而已。预知后事，请移步中回和下回。