为什么计算机使用 1 和 0？计算机语言

Lashonda

在当今的数字世界中，计算机内的几乎所有内容都可以归结为一系列 1 和 0。这个系统被称为二进制，是计算机运行的基础。您可能听说过二进制在计算中起着至关重要的作用，但它到底是什么？为什么计算机依赖它？本文解析了这个概念，从基础知识开始，一直到其在计算中的实际应用。

什么是二进制？

在深入探讨二进制在计算机中的作用之前，我们先来探讨一下什么是二进制。二进制是一种早在计算机出现之前就存在的计数系统。为了理解二进制，将其与其他两种计数系统进行比较会很有帮助：计数标记和我们今天使用的以 10 为基数的位置系统。

理货标记

可以想象到的最简单的计数系统。
每个项目都由一个标记表示，这使得它易于使用，但对于较大的数字来说效率较低。

Base-10 定位系统

我们的日常编号系统使用数字 0 到 9。
每个数字代表 10 的递增幂：个位、十位、百位、千位等。
在左侧添加一个数字会以指数方式增加可表示的范围。

二进制计数系统

二进制的工作方式类似于以 10 为基数的系统，但仅使用两个数字：0 和 1。每个位置代表 2 的幂，而不是 10 的幂。二进制计数如下所示：

0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, ...

每个位置对应：

1 (2⁰)
2 (2�)
4 (2²)
8（2立方）
16 (2⁴)，依此类推。

二进制表示大数的效率低于以 10 为基数的数字，但比计数标记的效率高得多。

为什么计算机使用二进制？

计算机中二进制的选择不是任意的。这取决于计算机的物理构建方式。

微型晶体管：计算机的组成部分

计算机依赖于数十亿个微晶体管、微型开关，它们可以是在或者离开。
这些开关由弱电荷控制，“开”代表 1，“关”代表 0。

将计数标记系统与这些开关一起使用效率很低。然而，二进制更好地利用了这些开/关状态：

单个晶体管可以表示二进制数字。
例如，8 个二进制晶体管可以表示从 0 到 255 的数字，而计数标记则需要 255 个晶体管才能表示。

位和字节

少量：“二进制数字”的缩写，是计算中的最小数据单位，代表 0 或 1。
字节：一组 8 位，能够表示 0 到 255 之间的数字。

二进制和 ASCII：将数字转换为字母

计算机以数字运行，而人类则需要字母和符号来进行交流。这是哪里ASCII码（美国信息交换标准代码）出现。ASCII 为每个字符分配一个唯一的编号：

例如，大写字母“A”由以 10 为基数的数字 65 表示，或者01000001以二进制形式。

当您在程序中键入“A”时，它会以二进制形式存储在计算机中。设置八个晶体管以匹配模式01000001，代表字母“A”。

超越 8 位：计算的演变

早期的计算机采用 8 位系统运行，允许的数量最多为 255。但是，随着计算需求的增长，这一限制变得严格。为了解决这个问题：

16位系统的引入，将两个字节组合成一个单元，将范围指数级增加到 65,535。
这一进步为现代计算铺平了道路，实现了复杂的操作和更丰富的体验。

更大的图景

理解二进制可以让我们了解计算机的内部工作原理。计算机处理的每一段文本、每幅图像和每一个进程都归结为通过 ASCII 和二进制计数等系统解释的 1 和 0 序列。

接下来是什么？

在未来的探索中，我们将更深入地探讨：

计算机如何使用二进制来决定屏幕上哪些像素是什么颜色。
硬盘驱动器如何在旋转磁盘或固态内存上存储二进制数据。

二进制可能是一个简单的概念，但它在计算中的应用是广泛且令人着迷的。请继续关注有关数字世界的更多见解。

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