Binario, el lenguaje de las máquinas

Binario, el lenguaje de las máquinas

Todos los días usamos dispositivos electrónicos. Bien sea un ordenador de sobremesa, portátil, tablet o smartphone, todos ellos se han convertido en un objeto de necesidad diario. Sin embargo, ¿alguna vez te has preguntado cómo funcionan los ordenadores y cómo almacenan y procesan toda la información? En este artículo exploraremos qué es el sistema binario, usado por cualquier tipo de computadora.

Detrás de toda esa tecnología se encuentra un sistema fundamental conocido como el sistema numérico binario. En este artículo, te adentrarás en el fascinante mundo del sistema binario, aprenderás sobre su evolución en la historia de los ordenadores, su representación de datos, la conversión entre sistemas y su importancia en la ciencia de la computación. ¡Vamos!

Binarios dentro del ordenador

En esta imagen generada con IA se pueden ver los diferentes circuitos de un ordenador capaces de transportar señales eléctricas representadas con valores de 0 y 1. Ésta es la base del sistema binario.

¿Qué es un sistema numérico?

Un sistema numérico es básicamente un conjunto de dígitos que se utilizan para representar cantidades numéricas. El sistema numérico más conocido (y que los humanos usamos cada día) es el sistema numérico decimal, compuesto por diez (de ahí su nombre) dígitos diferentes que todos conocemos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9.  De hecho este sistema es el que usamos nosotros debido a que tenemos 10 dedos entre nuestras dos manos. Si la evolución hubiera sido diferente y en vez de tener diez dedos hubiésemos tenido ocho (cuatro en cada mano), el sistema que utilizaríamos sería el octal, compuesto por ocho dígitos en vez de diez. 

¿Por qué usamos el sistema decimal?

La respuesta es muy fácil. Para los humanos, seres dotados de cierta inteligencia, es fácil distinguir entre los diferentes dígitos de este sistema usando sólo nuestras manos. Así, el dígito 0 se puede representar con un puño cerrado (sin abrir ningún dedo), el dígito 1 se puede representar con un dedo, el dígito 2 con dos y así sucesivamente hasta el 9.

Piensa en un homo sapiens de hace 300,000 años. Sin ninguna técnica de escritura formalmente desarrollada, para él sería muy fácil indicar que ha recolectado 8 manzanas o ha matado a un jabalí para cenar. Esta técnica antigua, pero eficiente, ha llegado hasta nuestros días y seguimos usando este sistema inventado miles de años atrás.

¿Qué ocurre con las máquinas? El sistema numérico binario

Las máquinas son muy diferentes a los humanos, eso está claro. Los humanos, como he mencionado antes, somos capaces de reconocer diferentes dígitos y con ellos formar números extremadamente grandes y, lo mismo, extremadamente pequeños. Sin embargo, una máquina electrónica como por ejemplo un ordenador, está fabricada a partir de una serie de elementos de hardware llamados transistores que son capaces de alterar el voltaje de una corriente eléctrica entre únicamente dos estados diferentes, los denominados alto voltaje (encendido) y bajo voltaje (apagado) que se representan como 1 y 0, respectivamente y se denominan digitos binarios (binary digits en inglés) o bits.

Haciendo zoom para ver a un transistor

En esta imagen generada por IA se puede la representación de un transistor, que es un pequeñísimo dispositivo electrónico capaz de intercambiar la señal binaria de alto a bajo voltaje (y viceversa). Éstos son los dispositivos base de cualquier sistema informático.

Esto supone un cambio importante. Mientras los humanos reconocen 10 estados o dígitos y con ellos pueden formar cualquier número, los ordenadores son capaces de reconocer únicamente dos. ¿Por qué? Básicamente porque es simple y rápido. Un ordenador que reconoce sólo dos estados hace que el sistema sea muy rápido y no tarde tiempo en diferenciar entre estos dos estados. 

Por lo tanto, en el sistema binario, los datos se representan utilizando combinaciones de 0 y 1. Cada dígito binario, o bit, representa un estado de encendido o apagado. Estos bits se agrupan en conjuntos de 8 para formar bytes, que a su vez representan caracteres, números o cualquier tipo de información que se pueda almacenar en un ordenador.

Por ejemplo, la letra ‘A’ se representa en binario como 01000001, mientras que el número 7 se representa como 00000111. Cada vez que ingresamos información en un ordenador, ya sea a través del teclado o mediante otros dispositivos, esta información se convierte en código binario antes de ser procesada y almacenada.

¿Cómo se representan los datos en cada sistema?

Desde bien pequeños, en las clases de matemáticas (y en casa) nos han enseñado el sistema decimal. Recuerdo que en primaria, una de las clases típicas trataba de descomponer un número en sus posiciones numéricas: unidades, decenas, centenas, millares, …, ¿te acuerdas? ¿Y qué era lo que hacíamos? Vamos a ver un ejemplo.

Supongamos el número 2673. Todo el mundo es capaz de reconocer este número (bueno, los ordenadores no). Cuando se trata de descomponer este número lo haríamos de esta forma, usando las potencias de 10:

2x104 + 6x103 + 7x102  + 3x101  = 2000 + 600 + 70 + 3 = 2673

Por lo tanto, se usan las potencias de 10 desde la primera posición a la derecha del número hasta la última a la izquierda sumando 1 en cada índice para pasar de las unidades a las decenas y luego a las centenas y así sucesivamente.

En el sistema binario, la forma de tratar un número es igual en estructura pero existen dos diferencias fundamentales:

• las potencias son de base 2, no de base 10
• los únicos dígitos que se pueden representar son el 1 y el 0

Vamos a poner un ejemplo. Imagina que tenemos el número binario 01110010. Ahora, cada una de las posiciones en la que nos encontramos con bits tiene un valor. La posición de más a la derecha tiene el valor 2⁰ , es decir, 1. Una posición más hacia la izquierda tiene como valor 2¹ , es decir, 2 y así sucesivamente. En este ejemplo, el bit de más a la izquierda tendría un valor de 128, que corresponde a 2⁷.

En informática, todo es binario. Por sólo citar unos ejemplos, el sistema binario se utiliza en:

Almacenamiento de datos

Los discos duros, unidades SSD y otros dispositivos de almacenamiento almacenan datos en forma de ceros y unos. Los archivos, fotos, videos y otros datos digitales son simplemente secuencias de bits que se guardan y leen mediante procesos electrónicos.

Comunicación digital

Internet y las redes de comunicación también dependen del sistema binario. Los datos que viajan por Internet se transmiten como señales electrónicas o de luz, que son interpretadas como 0s y 1s. Los protocolos de comunicación utilizan estos bits para transmitir información de un lugar a otro.

Criptografía

El sistema binario también es fundamental para la criptografía y la seguridad digital. Los algoritmos de cifrado convierten datos sensibles en secuencias de bits que son difíciles de descifrar sin la clave adecuada. De este modo, se protege la confidencialidad y la seguridad de la información.

Conclusión

El sistema binario es el corazón de la tecnología moderna. A través de la combinación de ceros y unos, las computadoras pueden almacenar, procesar y transmitir datos de manera eficiente. Desde el almacenamiento de archivos hasta la comunicación digital y la criptografía, el sistema binario desempeña un papel crucial en nuestras vidas. Conocer y comprender el sistema binario nos ayuda a apreciar la complejidad y la belleza de la informática moderna, permitiéndonos entender mejor cómo funcionan las computadoras y los dispositivos electrónicos que usamos a diario.