Ενότητα 01 · Βασικό επίπεδο

Ψηφιακή λογική και συστήματα αρίθμησης

Εκτιμώμενος χρόνος: 60–90 λεπτά. Στόχος είναι να κατανοήσεις τις λογικές πράξεις και να εκτελείς βασικές μετατροπές χωρίς μηχανική αποστήθιση.

Στόχοι

Μετά το μάθημα θα μπορείς

  • να διακρίνεις αναλογική και ψηφιακή πληροφορία,
  • να εξηγείς AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR και XNOR,
  • να συμπληρώνεις πίνακες αληθείας,
  • να μετατρέπεις θετικούς ακεραίους μεταξύ δυαδικού, δεκαδικού και δεκαεξαδικού,
  • να περιγράφεις τη σχέση bit, nibble, byte και word,
  • να αναγνωρίζεις τον ρόλο ASCII, Unicode και UTF‑8.

1 · Πληροφορία

Αναλογικά και ψηφιακά σήματα

Ένα αναλογικό σήμα μπορεί να λάβει συνεχείς τιμές μέσα σε ένα εύρος. Ένα ψηφιακό σήμα αναπαριστά πληροφορία με διακριτές καταστάσεις.

Στα περισσότερα ψηφιακά συστήματα χρησιμοποιούνται δύο λογικές καταστάσεις:

ΚατάστασηΣυνήθης έννοιαΠαράδειγμα
0Χαμηλή στάθμη, ψευδές, ανενεργόΚλειστός διακόπτης λογικής εξόδου
1Υψηλή στάθμη, αληθές, ενεργόΕνεργοποιημένη λογική έξοδος
Προσοχή: Τα 0 και 1 είναι λογικές καταστάσεις. Δεν σημαίνουν υποχρεωτικά ηλεκτρικές τάσεις ακριβώς 0 V και 1 V.

2 · Boolean logic

Βασικές λογικές πύλες

AND — λογικό ΚΑΙ

Η έξοδος είναι 1 μόνο όταν όλες οι είσοδοι είναι 1.

ABA AND B
000
010
100
111

OR — λογικό Ή

Η έξοδος είναι 1 όταν τουλάχιστον μία είσοδος είναι 1.

ABA OR B
000
011
101
111

NOT — λογικό ΟΧΙ

Η NOT έχει μία είσοδο και αντιστρέφει τη λογική της τιμή.

ANOT A
01
10

Συμπληρωματικές πύλες

  • XOR: έξοδος 1 όταν οι δύο είσοδοι είναι διαφορετικές.
  • XNOR: έξοδος 1 όταν οι δύο είσοδοι είναι ίδιες.
  • NAND: άρνηση του αποτελέσματος AND.
  • NOR: άρνηση του αποτελέσματος OR.
Συχνό λάθος: Η OR δίνει 1 και όταν A=1, B=1. Η XOR στην ίδια περίπτωση δίνει 0.

3 · Number systems

Συστήματα αρίθμησης

Η βάση καθορίζει πόσα διαφορετικά ψηφία χρησιμοποιούνται και ποια είναι η αξία κάθε θέσης.

ΣύστημαΒάσηΨηφίαΠαράδειγμα
Δυαδικό20–1101101₂
Οκταδικό80–755₈
Δεκαδικό100–945₁₀
Δεκαεξαδικό160–9, A–F2D₁₆

Στο δεκαεξαδικό, τα γράμματα A έως F αντιστοιχούν στις δεκαδικές τιμές 10 έως 15.

4 · Μετατροπές

Δυαδικό σε δεκαδικό

Κάθε θέση έχει βάρος δύναμης του 2. Για το 10101100₂:

1×2⁷ + 0×2⁶ + 1×2⁵ + 0×2⁴
+ 1×2³ + 1×2² + 0×2¹ + 0×2⁰

= 128 + 32 + 8 + 4
= 172₁₀

Δεκαδικό σε δυαδικό

Διαίρεσε επανειλημμένα τον αριθμό με το 2 και κράτησε τα υπόλοιπα. Διάβασε τα υπόλοιπα από κάτω προς τα πάνω.

ΔιαίρεσηΠηλίκοΥπόλοιπο
13 ÷ 261
6 ÷ 230
3 ÷ 211
1 ÷ 201

Άρα 13₁₀ = 1101₂.

Δυαδικό σε δεκαεξαδικό

Χώρισε τα δυαδικά ψηφία σε ομάδες τεσσάρων από δεξιά:

1010 1100₂ = A C₁₆ = AC₁₆

5 · Μονάδες

Bit, nibble, byte και word

ΌροςΣημασία
bitΈνα δυαδικό ψηφίο: 0 ή 1.
nibbleΟμάδα 4 bits.
byteΟμάδα 8 bits.
wordΜονάδα δεδομένων συγκεκριμένου επεξεργαστή, π.χ. 16, 32 ή 64 bits.
Διάκριση: Το μικρό b χρησιμοποιείται συνήθως για bit, ενώ το κεφαλαίο B για byte. Έτσι, 100 Mb/s και 100 MB/s δεν είναι το ίδιο.

6 · Encoding

Κωδικοποίηση χαρακτήρων

Οι χαρακτήρες αποθηκεύονται ως αριθμητικοί κωδικοί. Το ASCII καλύπτει ένα περιορισμένο σύνολο χαρακτήρων. Το Unicode ορίζει κωδικούς για πολύ περισσότερες γραφές και σύμβολα. Το UTF‑8 είναι ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος τρόπος κωδικοποίησης Unicode με μεταβλητό αριθμό bytes.

Σύνδεση με τα δίκτυα: Η σωστή κωδικοποίηση είναι κρίσιμη όταν δεδομένα ανταλλάσσονται μεταξύ διαφορετικών λειτουργικών συστημάτων, εφαρμογών και πρωτοκόλλων.

7 · Active recall

Έλεγχος χωρίς βοήθεια

  1. Πότε η XOR δίνει έξοδο 1;
  2. Ποια είναι η διαφορά OR και XOR για εισόδους 1 και 1;
  3. Ποια είναι η δεκαδική τιμή του 11111111₂;
  4. Πώς μετατρέπεται το 172₁₀ σε δεκαεξαδικό;
  5. Πόσα bits έχει ένα byte;
  6. Γιατί το UTF‑8 είναι σημαντικό στη δικτυακή επικοινωνία;

Πήγαινε στο quiz και στο εργαστήριο

Επιστροφή στην ύλη →