Données numériques

Les données numériques , dans la théorie de l'information et les systèmes d'information , sont des informations représentées sous la forme d'une chaîne de symboles discrets , chacun pouvant prendre l'une des valeurs d'un nombre fini de lettres ou de chiffres d'un alphabet . Un exemple est un document texte , qui se compose d'une chaîne de caractères alphanumériques . La forme la plus courante de données numériques dans les systèmes d'information modernes est la donnée binaire , qui est représentée par une chaîne de chiffres binaires (bits) dont chacun peut avoir l'une des deux valeurs, soit 0 ou 1.

Les données numériques peuvent être comparées aux données analogiques , qui sont représentées par une valeur issue d'une plage continue de nombres réels . Les données analogiques sont transmises par un signal analogique , qui non seulement prend des valeurs continues mais peut également varier en continu dans le temps, une fonction continue à valeur réelle du temps. Un exemple est la variation de la pression atmosphérique dans une onde sonore .

Le mot digital vient de la même source que les mots digit et digitus (le mot latin pour doigt ), car les doigts sont souvent utilisés pour compter. Le mathématicien George Stibitz des Bell Telephone Laboratories a utilisé le mot digital en référence aux impulsions électriques rapides émises par un appareil conçu pour viser et tirer des canons antiaériens en 1942. Le terme est le plus souvent utilisé en informatique et en électronique , en particulier lorsque des informations du monde réel sont converties en forme numérique binaire comme dans l'audio numérique et la photographie numérique .

Les symboles (par exemple les caractères alphanumériques ) n'étant pas continus, la représentation numérique des symboles est plus simple que la conversion d'informations continues ou analogiques en informations numériques. Au lieu de l'échantillonnage et de la quantification comme dans la conversion analogique-numérique , des techniques telles que l'interrogation et le codage sont utilisées.

Un périphérique d'entrée de symboles se compose généralement d'un groupe de commutateurs qui sont interrogés à intervalles réguliers pour voir quels commutateurs sont commutés. Les données seront perdues si, au cours d'un même intervalle d'interrogation, deux commutateurs sont enfoncés ou si un commutateur est enfoncé, relâché, puis enfoncé à nouveau. Cette interrogation peut être effectuée par un processeur spécialisé dans le périphérique pour éviter de surcharger le processeur principal . Lorsqu'un nouveau symbole a été saisi, le périphérique envoie généralement une interruption , dans un format spécialisé, afin que le processeur puisse le lire.

Pour les appareils ne comportant que quelques commutateurs (comme les boutons d'un joystick ), l'état de chacun peut être codé sous forme de bits (généralement 0 pour relâché et 1 pour enfoncé) dans un seul mot. Cela est utile lorsque les combinaisons de touches enfoncées sont significatives et est parfois utilisé pour transmettre l'état des touches de modification sur un clavier (comme Maj et Contrôle). Mais cela ne permet pas de prendre en charge plus de touches que le nombre de bits dans un seul octet ou mot.

Les appareils dotés de nombreux commutateurs (comme un clavier d'ordinateur ) disposent généralement ces commutateurs dans une matrice de balayage, les commutateurs individuels se trouvant aux intersections des lignes x et y. Lorsqu'un commutateur est enfoncé, il relie les lignes x et y correspondantes ensemble. L'interrogation (souvent appelée balayage dans ce cas) est effectuée en activant chaque ligne x en séquence et en détectant les lignes y qui ont alors un signal , donc les touches qui sont enfoncées. Lorsque le processeur du clavier détecte qu'une touche a changé d'état, il envoie un signal au processeur indiquant le code de balayage de la touche et son nouvel état. Le symbole est ensuite codé ou converti en un nombre en fonction de l'état des touches de modification et du codage de caractères souhaité .

Un codage personnalisé peut être utilisé pour une application spécifique sans perte de données. Cependant, l'utilisation d'un codage standard tel que l'ASCII est problématique si un symbole tel que « ß » doit être converti mais ne figure pas dans la norme.

On estime qu'en 1986, moins de 1 % de la capacité technologique mondiale de stockage d'informations était numérique et qu'en 2007, ce chiffre était déjà de 94 %. L'année 2002 est considérée comme l'année où l'humanité a pu stocker plus d'informations au format numérique qu'au format analogique (le « début de l' ère numérique »).

Les données numériques se présentent sous trois états : données au repos , données en transit et données en cours d'utilisation . La confidentialité, l'intégrité et la disponibilité doivent être gérées tout au long du cycle de vie, de la « naissance » à la destruction des données.

Toutes les informations numériques possèdent des propriétés communes qui les distinguent des données analogiques en matière de communications :

• Synchronisation : les informations numériques étant transmises par la séquence dans laquelle les symboles sont ordonnés, tous les schémas numériques disposent d'une méthode permettant de déterminer le début d'une séquence. Dans les langues humaines écrites ou parlées, la synchronisation est généralement assurée par des pauses (espaces), des majuscules et des signes de ponctuation . Les communications entre machines utilisent généralement des séquences de synchronisation spéciales .
• Langue : Toutes les communications numériques nécessitent un langage formel , qui dans ce contexte comprend toutes les informations que l'expéditeur et le destinataire de la communication numérique doivent tous deux posséder, à l'avance, pour que la communication soit réussie. Les langages sont généralement arbitraires et spécifient la signification à attribuer à des séquences de symboles particulières, la plage de valeurs autorisée, les méthodes à utiliser pour la synchronisation, etc.
• Erreurs : Les perturbations ( bruit ) dans les communications analogiques introduisent invariablement un écart ou une erreur, généralement faible, entre la communication prévue et la communication réelle. Les perturbations dans les communications numériques n'entraînent des erreurs que si la perturbation est suffisamment importante pour entraîner l'interprétation erronée d'un symbole comme un autre symbole ou pour perturber la séquence de symboles. Il est généralement possible d'avoir une communication numérique presque sans erreur. En outre, des techniques telles que les codes de contrôle peuvent être utilisées pour détecter les erreurs et les corriger par redondance ou retransmission. Les erreurs dans les communications numériques peuvent prendre la forme d' erreurs de substitution, dans lesquelles un symbole est remplacé par un autre symbole, ou d'erreurs d'insertion/suppression , dans lesquelles un symbole incorrect supplémentaire est inséré ou supprimé d'un message numérique. Les erreurs non corrigées dans les communications numériques ont un impact imprévisible et généralement important sur le contenu informationnel de la communication.
• Copie : En raison de la présence inévitable de bruit, il est impossible de réaliser plusieurs copies successives d'une communication analogique, car chaque génération augmente le bruit. Les communications numériques étant généralement exemptes d'erreurs, des copies de copies peuvent être réalisées indéfiniment.
• Granularité : La représentation numérique d'une valeur analogique à variation continue implique généralement une sélection du nombre de symboles à attribuer à cette valeur. Le nombre de symboles détermine la précision ou la résolution de la donnée résultante. La différence entre la valeur analogique réelle et la représentation numérique est appelée erreur de quantification . Par exemple, si la température réelle est de 23,234456544453 degrés, mais que seuls deux chiffres (23) sont attribués à ce paramètre dans une représentation numérique particulière, l'erreur de quantification est de 0,234456544453. Cette propriété de la communication numérique est appelée granularité .
• Compressible : Selon Miller, « les données numériques non compressées sont très volumineuses et, sous leur forme brute, elles produiraient en réalité un signal plus important (et donc plus difficile à transférer) que les données analogiques. Cependant, les données numériques peuvent être compressées. La compression réduit la quantité d'espace de bande passante nécessaire pour envoyer des informations. Les données peuvent être compressées, envoyées, puis décompressées sur le site de consommation. Cela permet d'envoyer beaucoup plus d'informations et se traduit, par exemple, par des signaux de télévision numérique offrant plus d'espace sur le spectre des ondes pour davantage de chaînes de télévision. »

Même si les signaux numériques sont généralement associés aux systèmes numériques électroniques binaires utilisés dans l'électronique et l'informatique modernes, les systèmes numériques sont en réalité anciens et n'ont pas besoin d'être binaires ou électroniques.

• Le code génétique ADN est une forme naturelle de stockage de données numériques.
• Texte écrit (en raison du jeu de caractères limité et de l’utilisation de symboles discrets – l’alphabet dans la plupart des cas)
• L' abaque a été créé entre 1000 et 500 avant J.-C. et est devenu plus tard une forme de calcul de fréquence. De nos jours, il peut être utilisé comme une calculatrice numérique très avancée, mais basique, qui utilise des perles sur des rangées pour représenter des nombres. Les perles n'ont de sens que dans les états discrets de haut en bas, et non dans les états analogiques intermédiaires.
• Une balise est peut-être le signal numérique non électronique le plus simple, avec seulement deux états (allumé et éteint). En particulier, les signaux de fumée sont l'un des plus anciens exemples de signal numérique, où un « porteur » analogique (fumée) est modulé par une couverture pour générer un signal numérique (des bouffées) qui transmet des informations.
• Le code Morse utilise six états numériques (point, tiret, espace intra-caractère (entre chaque point ou tiret), espace court (entre chaque lettre), espace moyen (entre les mots) et espace long (entre les phrases)) pour envoyer des messages via une variété de supports potentiels tels que l'électricité ou la lumière, par exemple en utilisant un télégraphe électrique ou une lumière clignotante.
• Le Braille utilise un code à six bits rendu sous forme de motifs de points.
• Le sémaphore à drapeau utilise des tiges ou des drapeaux maintenus dans des positions particulières pour envoyer des messages au récepteur qui les surveille à une certaine distance.
• Les pavillons de signalisation maritime internationaux comportent des marques distinctives qui représentent des lettres de l'alphabet pour permettre aux navires de s'envoyer des messages.
• Plus récemment inventé, un modem module un signal « porteur » analogique (comme le son) pour encoder des informations numériques électriques binaires, sous forme d'une série d'impulsions sonores numériques binaires. Une version légèrement antérieure et étonnamment fiable du même concept consistait à regrouper une séquence d'informations numériques audio « signal » et « sans signal » (c'est-à-dire « son » et « silence ») sur une cassette magnétique destinée à être utilisée avec les premiers ordinateurs domestiques .