Mã nhị phân là gì? Tại sao 0 và 1 hiển thị được hình ảnh, video ... trên màn hình?

 Máy tính hiểu được con người đó là nhờ vào một phát minh vĩ đại có tên là "mã nhị phân". Có thể nói mã nhị phân chính là ngôn ngữ chung giữa con người và máy tính. Vậy vì sao mã nhị phân lại là ngôn ngữ chính để chúng ta có thể giao tiếp với máy tính? Vì sao nhờ những ký tự 0 và 1 mà chúng ta có thể nhìn được thấy trên màn hình máy tính những hình ảnh, video, tài liệu, ... Ở bài viết này chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu nhé.

Mã nhị phân là gì?

 Mã nhị phân là một loại bảng mã chỉ gồm có hai ký tự đó là 0 và 1. Trong máy tính, hai ký tự 0 và 1 được dùng để thể hiện cho quy ước "đóng và mở". Mã nhị phân là một trong những mã hiếm hoi mà máy tính có thể hiểu được.

 Đương nhiên mã nhị phân không phải duy nhất, hiện nay các nhà khoa học còn đang nghiên cứu phát triển bảng mã tam phân và nhiều hơn thế nữa để áp dụng cho máy tính lượng tử. Tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện tại, công nghệ trên toàn thế giới của chúng ta vẫn chủ yếu là dựa vào mã nhị phân.

Mã nhị phân gồm hai ký tự 0 và 1

 Như các bạn đã biết , không chỉ trong máy tính có CPU hoạt động là dựa vào bóng bán dẫn, mà trong các thiết bị công nghệ khác cũng đều phải có bộ vi xử lý dựa vào bóng bán dẫn để hoạt động (điện thoại, ti vi, tủ lạnh, ...). Bóng bán dẫn chính là một loại công tắc điện tự động (ngắt hoặc bật) dựa theo tính chất của dòng điện. Nó chỉ có 2 trạng thái là "đóng và mở" phù hợp với mã nhị phân là "0 và 1". Chính vì vậy mà máy tính chỉ hiểu được mã nhị phân.

Mã nhị phân làm sao hiển thị được số, chữ cái, hình ảnh, video ...?

 Mã nhị phân gồm 2 ký tự chính đó là 0 và 1. Người ta đã nghĩ ra rất nhiều bộ quy tắc để đổi các ký tự, con số, chữ cái sang mã nhị phân. Mỗi bộ quy tắc sẽ cho ra kết quả khác nhau. Ví dụ bạn tạo ra một bộ quy tắc có chữ "a" đứng đầu bảng ký tự và mã nhị phân tương ứng sẽ là 0000001. Nhưng hãng Microsoft lại quy ước kiểu khác, trong bảng quy tắc của hãng này chữ cái "a" lại đứng ở vị trí 100 và dãy nhị phân tương ứng với chữ "a" sẽ là 1100100. Chính vì vậy mà tùy thuộc vào bộ quy tắc mà máy tính sẽ hiểu được mã nhị phân có ý nghĩa như thế nào.

 Ví dụ: Để hiển thị chữ số 6 trên màn hình máy tính với quy tắc của chúng ta. Chúng ta sẽ lấy 6 chia cho 2, rồi lấy kết quả là 3 chia tiếp cho 2 dư 1, lấy 1 chia tiếp cho 2. Bạn nhìn xuống hình bên dưới để dễ hình dung, phần số được bôi màu xanh chính là dãy nhị phân của chữ số 6.

Cách quy đổi ra dãy nhị phân cho chữ số 6

 Như vậy, các bạn đã hiểu được chữ cái, số được quy đổi ra dãy nhị phân là như nào rồi đúng không. Nó khá là đơn giản, cứ đặt theo một quy tắc là được. Thế nhưng, hình ảnh và âm thanh thì làm sao biến chúng thành những con số được, chúng ta lại cùng nhau tìm hiếu tiếp nhé.

Trước hết là về hình ảnh, mỗi hình ảnh hiển thị trên màn hình được ghép lại từ rất nhiều ô vuông rất bé, những ô vuông rất bé này được gọi là điểm ảnh (hay còn gọi là Pixel). Mỗi Pixel lại mang một màu riêng, khi hàng triệu pixel ghép lại thì nó sẽ thành một bức tranh nhiều màu sắc.

Các ô vuông điểm ảnh (hay còn gọi là Pixel)

 Một tấm ảnh 2 mega pixel thì nó được xếp bởi 2 triệu điểm ảnh pixel. Mỗi pixel lại mang một màu sắc. Mỗi màu sắc đó lại được cấu tạo từ 3 màu cơ bản gồm đỏ, xanh lá và xanh dương (hay tiếng Anh gọi là Red, Green và Blue - chính vì vậy mà người ta gọi nó là bảng màu RGB). Trong mỗi màu đó (Red, Green và Blue) lại có tới 255 cấp độ, mỗi cấp độ được biểu hiện bằng một số từ 1 đến 255. Với những chữ số từ 1 đến 255 hoàn toàn có thể quy đổi sang mã nhị phân để máy tính có thể hiểu được.

 Như vậy, thực ra mỗi pixel được cấu tạo từ 3 màu (red, green và blue) nên có thể biểu hiện bằng 3 dãy số nhị phân. Một pixel được thể hiện bẳng 3 dãy số nhị phân, thì một bức ảnh được cấu tạo từ nhiều pixel cũng được thể hiện bằng rất nhiều dãy số nhị phân.

 Còn đối với Video, mỗi giây trong video lại được hình thành từ hàng chục bức ảnh. Vì vậy nó cũng được quy ra thành mã nhị phân để máy tính hiểu được. Thế còn đối với âm thanh thì sao? Âm thanh sẽ được quy đổi ra mã nhị phân như thế nào. Bạn hãy xem hình bên dưới.

Âm thanh được quy đổi ra mã nhị phân

 Nhìn vào đồ thị âm thanh bên trên, bạn sẽ thấy có những điểm cao và điểm thấp ở đường lượn sóng. Nó thể hiện được độ cao của âm thanh tại từng thời điểm. Người ta đã ghi được độ cao của âm thanh qua từng mini giây. Hay nói cách khác, người ta thu âm bằng cách ghi lại độ cao của âm hàng nghìn lần mỗi giây, sau đó ghép lại sẽ tạo ra những đoạn âm thanh mà chúng ta nghe được. Độ cao của âm thanh lại được biểu diễn bởi các con số, mà các con số đó thì có thể dễ dàng quy đổi ra mã nhị phân, từ đó toàn bộ dải âm thanh đều có thể quy ra mã nhị phân một cách chính xác. Khi máy tính đọc dãy mã nhị phân nó sẽ phát ra một luồng điện tương ứng với độ cao của âm ở từng mini giây. Loa sẽ nhận tín hiệu điện và rung với đúng độ cao của âm tại khoảnh khắc đó. Và việc loa rung liên tục (hàng nghìn lần mỗi giây) ứng với độ cao được ghi lại sẽ tạo ra những âm thanh trung thực và sống động như chúng ta vẫn đang được nghe. Tóm lại, việc thể hiện âm thanh bằng mã nhị phân thực chất là ghi lại độ cao của âm bằng mã nhị phân, mỗi giây ghi lại hàng chục nghìn lần.

 Qua đây, chúng ta mới thấy được tầm quan trọng của số 0 và 1 trong mã nhị phân. Chỉ đơn giản là 2 ký tự thế thôi nhưng nó lại là cơ sở cho những nhà phát minh tạo ra những cỗ máy siêu việt.