《计算机应用基础教程1》课件第2章.ppt

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可见,合理地增大编码的码距可以提高发现错误的能力,但表示一定数量的合法码所使用的二进制位数要变多,而且还增加了电子线路的复杂性和数据存储、数据传送的数量。若确定要使用数据校验码,通常需要考虑在不过多增加硬件开销的情况下,尽可能地发现更多的错误,甚至能自动纠正某些最常出现的错误。常用的数据校验码是奇偶校验码、海明校验码、循环冗余校验码等。2.4.2数据校验方法

1.奇偶校验

奇偶校验是一种最简单的数据校验方法。它的硬件开销最小,可以检测出一位错误(或奇数位错误),但不能确定出错的位置,也不能检测出偶数位错误。事实上一位出错的概率比多位同时出现的概率要高得多,所以虽然奇偶校验码的检错能力很低,但仍是一种很有效的校验方法,常用于存储器读、写检查或ASCII字符传送过程中的检查。奇偶校验法的原理是,在每组数据信息上附加一个校验位,校验位的取值(0或1)取决于这组信息中1的个数和校验方式(奇或偶校验)。如果采用奇校验,则这组数据加上校验位后数据中1的个数应为奇数;如果采用偶校验,则这组数据加上校验位后数据中1的个数应为偶数。

例如,需要传输8位信息,数据中共有5个1,附加校验位后变为9位。采用奇校验,则附加的校验位应取0,以保证1的个数为奇数,即010101011;若采用偶校验,则附加的校验位应取1,以保证1的个数为偶数,即110101011。当接受方收到这组代码后,便根据奇、偶校验的约定和有效代码中“1”的个数形成校验码,然后再与接收的校验位作比较。如果相等的话,说明接收的信息正确;反之,则认为出现了错误。

奇偶校验法的特点:

(1)奇偶校验法使数据的码距为2,因而可检查出数据传送过程中奇数个数位出错的情况。

(2)实际中两位同时出错的概率极低,奇偶校验法简单、可靠、易行,但它只能发现错误,却不知道错在何处,因而不能自动纠正。2.海明校验

海明校验是由RichardHamming于1950年提出、目前仍被广泛采用的一种很有效的校验方法。海明校验也是利用奇偶性来校验数据的,它是一种多重奇偶校验检错系统,只要在数据位之间增加少数几个校验位,就能检测出两位同时出错,亦能检测出一位出错并能自动恢复该出错位的正确值,后者被称为自动纠错。

实现原理:在k个数据位之外加上r个校验位,从而形成一个k?+?r位的新的码字,使新的码字的码距比较均匀地拉大;把数据的每一个二进制位分配在几个不同的偶校验位的组合中,当某一位出错后,就会引起相关的几个校验位的值发生变化,这不但可以发现出错,还能指出是哪一位出错,为进一步自动纠错提供了依据。

假设校验位的个数为r,则它能表示个信息,除一个表示无误信息外,其余2r?-?1个信息指出错误发生在哪一位,然而错误也可能发生在校验位,因此只有K?=?2r?-?1?-?r个信息能用于纠正被传送数据的位数,满足关系:2r≥K+r+1。如要能检测与自动校正一位错,并发现两位错,此时校验位的位数r和数据值的位数K应满足下述关系:2r-1≥K?+?r。

若海明码的最高位为m,最低位为1,即有HmHm-1…H2H1,则其编码规则通常为:

(1)校验位与数据位之和为m,每个校验码被分在位号2i-1的位置,其余各位为数据位,并按从低到高逐位依次排列的关系分配各数据位。(2)海明码的每一位Hi(包括数据位和校验位本身)由多个校验位校验,其关系是被校验的每一位位号要等于校验它的各校验位的位号之和。

(3)在增大合法码的码距时,应使所有编码的码距尽量均匀地增大,以保证对所有码的检错能力平衡提高。3.CRC校验

CRC校验又称循环冗余校验,其校验的原理是:在K位信息后加r位校验码,通过某种数学公式建立信息位和校验位之间的约定关系——能够校验传送信息的对错,并且能自动修正错误。该方法广泛用于通信和磁介质存储器中。

1)循环冗余校验码的编码方法

CRC码由两部分组成,如图2-5所示。左边是信息位,右边是校验位。若信息位为K位,则该校验码被称为(N+K,N)码。

图2-5循环冗余校验码的格式其编码方法如下:

(1)把待编码的N位二进制信息位用多项式M(X)表示。

(2)把M(X)左移K位,得到M(X)?×?XK,这样空出了K位,以便拼装K位余数(校验位)。

(3)选取一个K?+?1位的产生多项式G(X),对M(X)?×?XK作模2除:

(4)把左移K位以后的有效信息与余数R(X)作模2加减,拼接为CRC码,此时的CRC码共有N?+?K位,即【例2-18】选择生成多项式为1011,把4位有效信息1100编成CRC码。

解:

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