计算机中的数字与模拟

         “digital”一词来源于digit,在一些古代语言中指的是手指和脚趾,由于手指和脚趾头被用于计数,digital意味着必须与数字有关。今天,我们用来书写数字(0、1、2、3等)的单个符号被称为数字。在计算机中,我们用比特和字节表示数字。比特和字节的特性之一是其明确的性质。一个bit是开或关;两者之间没有灰色区域。一个字节总是处于256种状态之一;像123和124这样的两个数字之间没有状态。这些状态是逐步变化的,这就是我们所说的digital。

        “analog”一词与” analogy”和”analogous”来自同一个地方,因此它与两个事物之间的相似性有关。在现实世界中,大多数事情都是渐进的、连续的,而不是步进的。声音可以是喊叫或耳语,也可以是介于两者之间的任何声音。当一部电话将一个声音转换成一种等效的电能,这样它就可以通过电线传输到另一部电话时,电能也可以在完全打开和完全关闭之间随处变化。声音和电是两种截然不同的东西,但声音的本质已经被电复制了。由于它们在这方面相似,我们可以说电模式是声音的“模拟”。尽管“模拟”的含义来自于这个“相似性”因素,但当你进行模拟时,你通常是在模拟一个连续可变的东西。当你比较数字和模拟时,这种连续可变的概念已经成为模拟的定义。模拟的东西可以在整个范围内的任何地方,没有步骤。

        Digital意味着逐步变化,模拟意味着平滑连续变化。另一种说法是,数字意味着组成一个整体的元素来自有限数量的选择,而模拟意味着一个事物由可以从无限数量的选择中选择的部分组成。

        如果你有一个离地面三英尺高的平台,你可以建造楼梯供人们爬上去,也可以建造坡道。在坡道上,你可以爬到地板和平台之间的任何高度;在楼梯上,你只有多少步可以选择。坡道是模拟的,楼梯是数字的。

        如果你有一本旧书和一幅旧油画,并且你想每一本都复制一份,那么复制这本书会容易得多。即使这本书的书页发黄,书角有狗耳朵,里面有污渍和虫洞,只要你能读懂书中的每一个字母,你就可以按照作者的意图重新键入整个文本。油画的原色可能已经褪色,并被灰尘遮蔽。每个笔刷笔划中每个刷毛的精确位置、每个点的油漆厚度、相邻颜色的混合方式,都可以非常详细地复制,但不可避免地会有一些细微的差异。书中的每一个字母都来自一个特定数量的可能性列表;绘画颜色的变化及其在画布上的位置是无限的。这本书是数字的,这幅画是模拟的。

        这就是模拟和数字的区别。我们周围的世界大多是模拟的。大多数旧技术都是模拟的,比如电话、留声机、收音机、电视、录音机和录像带。但奇怪的是,最古老的设备之一,电报是数字的。现在,数字技术已经高度发达,价格低廉,模拟设备正在被一个接一个的数字版本所取代,这些数字版本可以实现同样的功能。

        声音是一种模拟的东西。老式电话是一种模拟机器,它将模拟声音转换成电模式,电模式是声音的模拟,然后通过电线传输到另一部电话。一种新的数字电话接收模拟声音,并将其转换为数字代码。然后数字代码传送到另一个数字电话,在那里数字代码被转换回模拟声音。

        当模拟电话工作得很好的时候,为什么有人会不厌其烦地发明数字电话呢?答案当然是,尽管模拟电话工作正常,但它并不完美。当一个模拟电模式在长距离传播时,沿途会发生很多事情。随着它的移动,它变得越来越小,所以它必须被放大,这会产生噪音,当它靠近其他电气设备时,其他设备的一些模式可能会混入谈话中。声音越远,引入的噪声和失真就越多。

        输入数字技术将能挽救信号的损耗。当你长距离发送一个数字代码时,各个比特会受到相同类型的失真和噪声,并且它们确实会发生轻微的变化。然而,如果一个比特只有97%而不是100%,这并不重要。门的输入只需要“知道”位是开还是关,它只需要在这两个选择之间“决定”。只要一个比特还在一半以上,它进入的门就会以完全相同的方式工作,就像比特已经完全打开一样。因此,结束时的数字模式和开始时一样好,当它转换回模拟模式时,完全没有噪音或失真,听起来就像人就在隔壁。每种方法都有优点和缺点,但总的来说,数字技术的好处远远大于缺点。

        数字化的最大优势可能与复制有关。当你复制一张黑胶唱片时,你可以把它录到录音机上,或者我想你甚至可以得到所有的设备来剪一张新的黑胶唱片。但原件和副本之间会有一定程度的差异。首先,所有机械都有精度限制。任何物理对象的副本都可以非常接近于原始,但永远不会非常精确。其次,如果原件上有任何划痕或灰尘颗粒,那么复印件就会有这些缺陷的副本。第三,每次演奏时,唱片和针之间的摩擦实际上会磨损少量的乙烯基。如果你使用磁带录音机,声音中总是会有一个很低的“嘶嘶声”。如果你复制了一个副本,再复制一个副本等等,每个阶段的变化都会越来越大。

        当涉及到数字化的东西时,只要原件中的每一位都在副本中,我们每次都会得到一份准确的副本。你可以复制副本,也可以复制副本等,每一个都与原件完全相同。如果你想制作无限数量的拷贝并永久保存某些东西,数字化绝对是一条必经之路。

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