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大家好

这一节我们介绍

信息传输中的问题与挑战

我们知道

计算机有三项基本功能

一是计算二是存储三是传输

很显然最重要的功能是计算

也就是按照给定的数据

根据设定的计算方法进行计算

最后获得人们希望得到的计算结果

不难理解

计算涉及到大量的数据

比如计算之前的原始数据

计算过程中产生的中间结果

以及计算完成后得到的最终结果

它们都是数据

这些数据都要保存起来

那怕丢失一点

都会造成麻烦和问题

甚至使整个计算工作失去意义

我们需要把计算结果

传给显示器显示出来

传给打印机打印出来

传给远方的另一台计算机使用

想象一下

如果一台计算机只能计算

不能存储也不能传输数据信息

这样的计算机还有什么意义

这就像你可以做一些复杂计算

比如准备一份复杂的财务报表

详细说明公司预算

但却不能将结果发送给领导和同事

也不能记录预算方案以便后续执行和决算

做的再好的预算还有什么用

因此

传输和存储数据对现代计算机而言

也是至关重要的

但传输和存储数据

却面临着巨大的挑战

因为被传输和存储的数据必须丝毫无差

在许多情况下

哪怕一丁点错误

也会让数据变得毫无用处

这个我想不难理解

生活中一个简单的例子

就足可以说明这个问题

比如

如果你遇到一个多年未见的朋友

请求对方留下联系方式

对方告诉你手机号码

你用笔记下这个号码的每位数字

比如13977254321

这个数字串中哪怕有一数字记错

那这个电话号码对你来说

也就没有任何意义了

这还不算糟糕

顶多无法跟朋友联系而已

在另一些时候

数据传输错误带来的后果就更严重了

比如炒股

假定你持有中国石油100000股

近期行情不错

现价每股涨到了9.85元

你打算尽数抛出

你通过交易软件

在电脑上下单

以每股9.85元卖出100000股

交易软件把你的抛售指令

和数据信息通过网络传给上海证券交易所

正常情况下

交易所按照你的指令进行交易

但是

如果网络传输出现错误

上海证券交易所接受到的信息

是卖出中国石油100000股

每股5.85元

并按价格进行交易

那你的损失就大了

这就要求数据传输过程中不能出错

另一方面

数据存储也不能出错

正常情况下

当你从网上下载或上传数据文件

从硬盘读取或存储数据时

极少出现数据错误

也就是说存进去和读出来的

数据信息始终是一模一样的

可早年工作在贝尔实验室的研究员

里查德汉明就没这么幸运了

那时多个部门的人共用公司里的计算机

只有周末才轮到他用

你可以想象

当好不容易轮到他使用计算机时

由于读取数据出错从而导致一事无成时

他有多么沮丧

再以炒股为例

假定你昨天买了100000股中国石油

证券交易所的计算机

如实记录了你什么时间什么价格

以及共买了多少股什么股票

过了几天股价涨了不少

你打算卖掉所有的股票

结果发现计算机

记录的股票数只有10000股

也就是少了个0

你真的就傻眼了

这就是数据存储问题

也就是存入的数据与读出来的数据不一样了

极具挑战性的另一个方面

是海量数据的存储与传输

我们知道

数据量不大且对数据比较了解时

要确保存储与传输的准确性

也许不是很困难

比如

要存储或传输银行帐号

密码、手机号码、电子邮件地址等

也许可通过仔细检查避免错误的发生

但是我们面对的往往是海量数据

而且也无法了解要传输或存储的数据是什么

要确保数据的准确性

就不是一件容易的事情了

比如

你要从网上下载一个20兆字节的软件

既便每100万个字节出错一次

那下载的软件中也会有逾20个错误

别说20个错误了

也许一个错误就使得整个软件根本无法运行

也就是说

对于计算机而言

精确度达到99.9999％也还是不够好

计算机必须能在存储和传输

数十亿字节信息的情况下

不犯任何一个错误

影响数据存储正确性和可靠性的因素很多

比如用于存储数据的硬盘

激光唱盘和数字视频等物理媒体

会由于灰尘或其他物理原因的影响

比如说划伤、受损

导致数据不能读取

或读取结果与原来不一样

影响数据传输准确性与可靠性的因素也很多

数据传输时涉及到数据通信

也就是网络通信

而数据通信特别是远距离通信

很容易受到干扰

且干扰源很多

比如说雷电

这方面大家都有切身感受

当我们用手机、固定电话远距离通话时

话音经常有失真、静电噪声

以及其他类型的噪声

就是各种干扰造成的

面对以上这些问题

如何确保数据传输与存储的准确性可靠性

既便不能确保百分之百的准确性

能否尽量降低出错率

比如把出错率降低到数十亿分之一呢

面对这样的问题

贝尔实验室的研究员汉明

很快就创造性地设计了一种纠错码

一种近乎神奇的能侦测并纠正

计算机中数据错误的方法和编码

我们就想揭示让这一奇迹发生的

绝妙的、隐藏在计算科学

与技术背后的思想和方法

实践证明如果方法得当

即便是极端不可靠的通信信道

也可以以极低的出错率传输数据

而且这个出错率是如此之低

以至于在实际工作当中完全被人们忽视了

那么数据传输中的这些神奇的思想和方法

到底怎么样呢

且听下回分解

好这节就讲到这谢谢大家