Двоичная система
Двоичная система — это универсальный способ представления данных, поскольку простейшим устройством, которое можно реализовать на одном транзисторе, является электронный ключ. Такие ключи, имеющие только два состояния, очень малы; они способны очень быстро изменять свое состояние и потребляют незначительный ток. Более того, поскольку требуется различать только два состояния, очевидно, что двоичное представление менее подвержено воздействию помех.
Из сказанного становится ясно, что и плотность компоновки элементов на кристалле, и скорости переключения этих элементов могут достигать очень больших значений. Хотя сам ключ как таковой не обладает какой-либо вычислительной мощностью, 5 миллионов ключей, переключающихся 100 миллионов раз в секунду, способны продемонстрировать, по крайней мере, видимость интеллекта!
Два состояния бита обычно называются логическим нулем (лог. 0) алогической единицей (лог. 1) или просто 0 и 1. Один бит может быть представлен двумя состояниями любой физической величины, например напряжения или силы электрического тока, освещенности, давления воздуха. В большинстве микроконтроллеров состоянию лог. 0 соответствует напряжение 0 В (или «земля»), а состоянию лог. 1 — напряжение +3…5 В, хотя это правило и не универсально. Например, в последовательном порту RS-232 вашего ПК для индикации состояния лог. 0 используется напряжение +12 В, а для индикации состояния лог. 1 — напряжение -12 В.
Не думайте, что двоичная система была придумана специально для цифровых вычислительных машин! Многие древние культуры пользовались двоичным счетом, например хараппская цивилизация, существовавшая более 4000 лет назад в бассейне реки Инд. В развалинах одного из кварталов хараппского города Мохенджо-Даро был найден набор каменных гирь, веса которых подчинялись соотношению 1, 1, 2, 4, 8, 16, т.е. вес каждой гири был равен удвоенному весу предыдущей (вес самой маленькой гири был равен примерно 25 г, или одной унции). Таким образом, веса этих камней выражались числами, являющимися степенями двойки, т.е. в двоичном коде.
Микропроцессоры и микроконтроллеры очень тесно связаны друг с другом, поэтому мы попеременно будем использовать оба термина.
Итак, один бит может представлять только два состояния. Более сложные элементы можно выразить с помощью комбинаций битов. Например, обычные алфавитно-цифровые символы можно представить с помощью двоичных разрядов. Таким образом, ASCII-представление строки “Microcontroller” будет иметь вид:
1001101 1101001 1100011 1110010 1101111 1100011 1101111 1101110 1110100 1110010 1101111 1101100 1101100 1100101 1110010.