2.1 模擬和數(shù)字

讓我們來(lái)區(qū)分一下模擬和數(shù)字。“analog”（模擬）和“analogue”（類比）來(lái)自同一個(gè)詞根，意思是隨著其他事物的變化，數(shù)值也會(huì)隨之平滑變化。我們?cè)谡鎸?shí)世界中應(yīng)對(duì)的事物往往是模擬的，比如水龍頭或者汽車的方向盤。如果想讓車轉(zhuǎn)一下，你就稍微轉(zhuǎn)動(dòng)一下方向盤。在模擬的情況下，你可以做出很小的改變。相比之下，開(kāi)關(guān)信號(hào)只存在開(kāi)和關(guān)，沒(méi)有中間地帶。一個(gè)事物（汽車轉(zhuǎn)動(dòng)的程度）成比例地隨著另一事物（你轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的程度）的變化發(fā)生平滑而持續(xù)的變化。這里沒(méi)有離散的步驟，一個(gè)事物的細(xì)微變化意味著另一個(gè)事物的細(xì)微變化。

數(shù)字系統(tǒng)處理的是離散值，所以只有固定數(shù)目的可能值：轉(zhuǎn)向信號(hào)在一個(gè)方向或另一個(gè)方向上，要么關(guān)閉要么打開(kāi)。某一事物的微小變化，要么不會(huì)導(dǎo)致另外一個(gè)事物變化，要么導(dǎo)致它從一個(gè)離散值到另一個(gè)離散值的突然變化。

以手表為例。指針式手表有時(shí)針、分針和一分鐘轉(zhuǎn)一圈的秒針。盡管現(xiàn)代手表是由內(nèi)部的數(shù)字電路控制的，但隨著時(shí)間的推移，時(shí)針和分針會(huì)平滑地通過(guò)每個(gè)可能的位置。相比之下，電子表或手機(jī)時(shí)鐘用數(shù)字顯示時(shí)間。顯示的數(shù)字每秒鐘都在改變，每分鐘都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的分鐘值，并且永遠(yuǎn)不會(huì)有小數(shù)秒。

想想汽車速度計(jì)。我的車裝有傳統(tǒng)的模擬車速表，指針的指示值與車速成正比，從一種速度到另一種速度的轉(zhuǎn)換是平滑無(wú)間斷的。但它也有一個(gè)數(shù)字顯示器，顯示以每小時(shí)英里數(shù)或千米數(shù)為單位的整數(shù)速度值。開(kāi)快一點(diǎn)，顯示會(huì)從65到66，稍微慢一點(diǎn)，它會(huì)回落到65。從來(lái)不會(huì)顯示65.5這樣的值。

想想溫度計(jì)。帶有紅色液體（通常是有色酒精）或水銀柱的那種溫度計(jì)是模擬的，液體的膨脹或收縮與溫度變化成正比，因此溫度的微小變化會(huì)使柱的高度產(chǎn)生類似的微小變化。但是位于建筑物外那種閃爍著37的數(shù)字告示牌是數(shù)字的，對(duì)于36.5到37.5之間的所有溫度，它都顯示37。

這可能會(huì)導(dǎo)致一些奇怪的情況。多年前，我在美國(guó)高速公路上收聽(tīng)汽車電臺(tái)，這段高速公路在加拿大廣播電臺(tái)的接收范圍之內(nèi)，而加拿大使用公制系統(tǒng)。播音員試圖為聽(tīng)眾提供幫助，他說(shuō)華氏溫度在過(guò)去一個(gè)小時(shí)內(nèi)上升了1度，但攝氏溫度不變。

那為什么用數(shù)字代替模擬呢？畢竟，我們的世界是模擬的，而像手表和速度表這樣的模擬設(shè)備更容易讓人一目了然。然而，很多現(xiàn)代技術(shù)都是數(shù)字化的，在很多方面，這就是本書想講的內(nèi)容。來(lái)自外部世界的數(shù)據(jù)——聲音、圖像、位置變化、溫度等，一輸入就被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，而且最后輸出時(shí)還會(huì)被轉(zhuǎn)換回模擬形式。這么做的原因是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)更容易處理。它可以以多種方式存儲(chǔ)、運(yùn)輸和加工，而無(wú)論其來(lái)源如何。就像我們將在第8章看到的那樣，數(shù)字信息可以通過(guò)壓縮重復(fù)或不重要的信息的方式進(jìn)行壓縮。它可以為了安全和隱私目的而加密，與其他數(shù)據(jù)合并，精確地復(fù)制，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)饺我獾貐^(qū)，而且可以存儲(chǔ)在無(wú)數(shù)不同種類的設(shè)備中。然而對(duì)于模擬信息，大部分這樣的處理是不可行的，甚至根本無(wú)法做到。

數(shù)字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)相比還有另一個(gè)優(yōu)勢(shì)：它們更容易被擴(kuò)展。在秒表模式下，我的數(shù)字手表可以百分之一秒的精度顯示流逝的時(shí)間，而將這一功能添加到模擬手表中將是一個(gè)挑戰(zhàn)。另一方面，模擬系統(tǒng)有時(shí)也具有優(yōu)勢(shì)：像泥板、石刻、羊皮紙、紙張和攝影膠片等舊媒體都以數(shù)字形式可能無(wú)法做到的方式經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)。