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勇敢的芯伴你玩轉(zhuǎn)Altera FPGA連載23：0和1——精彩世界由此開始 特權(quán)同學(xué)，版權(quán)所有 配套例程和更多資料下載鏈接： http://pan.baidu.com/s/1i5LMUUD 
在今天這個(gè)科技發(fā)展日新月異的時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)的推波助瀾，已使得所謂的“地球村”成為現(xiàn)實(shí)，而我們的工作和生活幾乎已經(jīng)被各種無孔不入的“數(shù)字化”設(shè)備所充斥著。不知你是否意識到，我們每天通過電腦、手機(jī)、各種娛樂設(shè)備所面對的圖像、影音、文字資料，皆是以0和1的符號來存儲、傳輸和處理的…… 事物發(fā)展變遷如此之快，各種數(shù)字化的資訊企業(yè)水漲船高。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的高速發(fā)展，人類文明被不斷的推向高峰，人類的物質(zhì)生活也達(dá)到前所未有的豐裕，天涯若比鄰的理想得到了實(shí)現(xiàn)。眾多高科技園區(qū)林立，許多企業(yè)賺了大錢。在這一切光鮮亮麗的景象背后，你曾否想過，那不過都是0和1的功勞。套用一句經(jīng)典的廣告詞，那叫“在0和1面前，一切皆有可能”。 0和1到底有多神奇？其實(shí)不用費(fèi)心尋找，就拿我們現(xiàn)在所面對的PC機(jī)，別的不說，凡是我們目前所能夠在硬盤里訪問到的任何資料，即便是那些美輪美奐的圖像和影音背后，其存儲形式皆是0和1（即以數(shù)字的形式存儲在硬盤中）。空說無憑，咱就隨便抓個(gè)簡單的典型論證一下。 如圖3.1所示，我們隨便在電腦桌面的空白處點(diǎn)擊右鍵，然后選擇新建一個(gè)文本文檔。我們修改這個(gè)文本文檔的名字為“TEST”，接著打開文檔，在其中輸入ASCII碼“0123456789”，如圖3.2所示。需要事先提醒大家的是每個(gè)ASCII碼的實(shí)際存儲都有8位的數(shù)字與其對應(yīng)，也就是說，我們看到的ASCII碼是一種形式，而它實(shí)際存儲在硬盤中又是另一種形式（即8位2進(jìn)制的數(shù)據(jù)，漢字也是與此類似，通常用2個(gè)字節(jié)來表示一個(gè)漢字，如一個(gè)比較常用的漢字標(biāo)準(zhǔn)叫做GB3216，大家可以到網(wǎng)絡(luò)上搜索這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)）。在網(wǎng)絡(luò)上也很容易就可以搜索到一個(gè)固定的ASCII碼表。“TEST”對應(yīng)的數(shù)字存儲形式分別為16進(jìn)制的數(shù)據(jù)0x54、0x45、0x53、0x54，“0123456789”對應(yīng)的數(shù)字存儲形式分別是16進(jìn)制的數(shù)據(jù)0x30、0x31、0x32、0x33、0x34、0x35、0x36、0x37、0x38、0x39。
圖3.1 新建文本文檔
圖3.2 記事本重命名和輸入內(nèi)容 通過連接到PC機(jī)的顯示器，我們看到了命名為TEST的txt文本，這個(gè)文本打開后有一串?dāng)?shù)據(jù)0123456789。那么如何知道它在硬盤中實(shí)際上真的如筆者所言是以特定的數(shù)字存在的呢？很簡單，我們可以找個(gè)小工具，叫做Winhex，使用該工具可以查看咱們硬盤中所有資料的實(shí)際數(shù)字存儲值。如圖3.3所示，打開我們的TEST.txt文本，在實(shí)際數(shù)據(jù)“30 31 32 33 3435 36 37 38 39”之前，出現(xiàn)了文本名“TEST.txt”對應(yīng)的數(shù)據(jù)“54 45 53 54 2E 7478 74”，而且在文本名稱和實(shí)際數(shù)據(jù)之間有一串亂七八糟我們搞不懂的數(shù)字，這個(gè)也是文本文件幀頭相關(guān)的數(shù)據(jù)，如文本的創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間等信息。讀者若是感興趣可以自己找找文本文件的格式解析好好研究一下，筆者只是點(diǎn)到即止，希望給大家傳遞一個(gè)信息：在咱的“數(shù)字設(shè)備”中，數(shù)字確實(shí)無處不在。
圖3.3 Winhex查看文本 看過以上的例子，大家可就要納悶了，既然所有資料都是以數(shù)字的形式存在，為什么我們所看到的現(xiàn)實(shí)世界卻是如此色彩斑斕、形式多樣？答案很簡單，數(shù)字雖強(qiáng)大，在現(xiàn)實(shí)世界中還是要依靠模擬作最終的載體。如圖3.4所示，目前我們所能接觸到的各種設(shè)備，大都需要經(jīng)過與此類似的模擬、數(shù)字再到模擬的轉(zhuǎn)換過程。原始的一些模擬設(shè)備提供了待采集的信號，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換芯片處理后量化為數(shù)字信號，這些數(shù)字信號在前端被采集，如果是自成系統(tǒng)的設(shè)備，通常直接就在本地處理后經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換芯片以特定的模擬信號的形式重現(xiàn)出來。當(dāng)然了，也許不一定是用完全和采集時(shí)一樣的模擬設(shè)備進(jìn)行還原，也可能是以其他的形式表現(xiàn)原有設(shè)備的某些特性。而如果本地系統(tǒng)沒有強(qiáng)大的CPU支持?jǐn)?shù)據(jù)的處理，而只是負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，那么通常還會對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼或壓縮，并通過各種遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備送到擁有強(qiáng)大處理能力的遠(yuǎn)端，遠(yuǎn)端會對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼還原，然后進(jìn)行處理，最終通常還是會以模擬的形式表現(xiàn)出來。
圖3.4 模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換 說到這里，相信大家已經(jīng)摸到了一點(diǎn)門道。確實(shí)，我們所能直接感受接觸到的肯定都是模擬世界的產(chǎn)物，而數(shù)字則是潛移默化的做了中間處理或傳輸媒介的作用。很多人可能還想問，既然都是模擬，那為什么中間非得要添油加醋的來個(gè)數(shù)字？這個(gè)問題問得好。 記得著名的芯片制造商Analog Devices有一句很經(jīng)典的廣告語，叫做“模擬無處不在”。此言不假，但是，若是縱觀今天的科技發(fā)展，筆者可以毫不夸張的補(bǔ)一句——“數(shù)字，讓模擬更精彩”。的確，現(xiàn)實(shí)世界中本不存在所謂的數(shù)字，數(shù)字從某種意義上看也是模擬的一種特殊表現(xiàn)形式。但也正是數(shù)字的出現(xiàn)，讓模擬得到更好的存儲、傳輸和處理。也簡單的舉個(gè)例子，如今數(shù)碼相機(jī)估計(jì)已是人手必備（也包括你手頭內(nèi)嵌強(qiáng)大攝像功能的手機(jī)）的電子產(chǎn)品了，但是相信大多數(shù)讀者還是玩弄過模擬的相機(jī)，估計(jì)那也是咱們童年的記憶了，那時(shí)候的柯達(dá)膠卷是我們揮之不去的夢魘，每每拍到興起時(shí)總是遇到僅有的30張照片拍完了的尷尬。沒錯(cuò)，那個(gè)模擬時(shí)代，伴隨相機(jī)快門的每次咔嚓聲總是有一張黑不溜秋的底片被消耗，拿著這張底片去相館洗出來的紙質(zhì)照片恐怕是我們照相的唯一樂趣了。但是，看看今天的數(shù)碼相機(jī)，能干的事情就太多太多了，我想也沒必要再費(fèi)任何口舌向大家描述了，您肯定比我更清楚。模擬相機(jī)到數(shù)字相機(jī)，其中所發(fā)生的改變，可以說就是數(shù)字給人類科技帶來的革命性進(jìn)步的一個(gè)縮影。 |
