二进制有什么好处，为何电脑都采用二进制？

Posted 2020-06-27 eagle

……………………………………………………………………………………二进制的内心小剧场………………………………………………………………………………………………

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很多专业人士从第一次学计算机，就开始接触二进制，发现书上说的基本都是术语，不是“人话”，马上晕倒。二进制是什么？什么“逢二进一”，这都不重要，狗屎。只要是人发明的东西，用人话就能讲清楚。
咱们就用人话，看看能不能讲清楚“二进制”。
咱们穿越啦，回到古代。你在一个烽火台上，我在另一个烽火台上，只要你那边来敌人，你就点狼烟通知我。这个能懂吧？现在，我想清楚的知道你那儿来了几个敌人，我好做准备工作。怎么办呢？很简单，两个办法。
1、你点一次火，再灭掉一次，算是一个敌人，来两个就点2回，灭两回。 2、或者你同时点两堆火。我就知道，是来了两个敌人。
我去，你说要是敌人来了200个怎么办？你那边要么熏死，要么火堆多到足够自焚了……
朝代在发展，人类在进步。一晃爱迪生来过地球了，他发明灯泡了。
你可以用灯泡“亮”和“灭”来跟我表示这个信息。
如果一个灯泡没亮，说明没有敌人。灯泡没亮，也可以说是状态0。
如果来了一个敌人，灯泡亮了，我就知道来了1个，这就是状态1。
问题又来了，还是来了200个敌人……我去，要么你开关200次灯泡，要么准备200个灯泡一起亮。第一个方法灯泡质量也不一定好，再说，你闪那么快，我也数不过来。第二个方法，我数也得数小半天，没数完，早被敌人冲过来砍死了。还有，200个灯泡，你确定你那儿电费余额够不？
好在咱们都是聪明人，咱们约定，多安几个灯炮打暗号。为了不用画图，0代表关灯，1代表开灯。
00000000，8个灯全关，放心睡觉，这是状态0，说明一个敌人没有，平安无事。（状态0） 00000001，这说明来了一个敌人，你负责干掉他就行了。（状态1） 00000010，这是第二个能表示的状态，咱们给它个编号，叫状态2，说明来了两个敌人，也没啥大事。
接下来，应该是第三种情况了。00000011，这就是第三种情况。咱们不说换算什么的，这种亮灯的方法咱们就叫3（状态3）。
为了让咱俩都明白，咱们写个清单（文章最后）出来。由清单能看出来，如果来了255个敌人，你直接打开8个灯泡，我也就一目了然，准备刀枪就上了。
因为电脑也一样，只有开和关（通电、断电）来表示两种状态。这就叫“二进制”了。至于2进制怎么计算，也很简单，比如第一种状态（1）+第二种状态（2）=第三种状态（3）。你看：
00000001 +00000010 --------- =00000011，按表格一找，是3，就是这么简单。
所以，脑子里别想着10进制和2进制怎么换算，这些脏活儿累活儿，可以电脑去干。你只要记住表格里的“二进制第几种状态就是10进制中的几”就可以了。
还有，磁盘里的2进制，用磁铁的N极和S极表示1和0，N=0,S=1，把硬盘放大了1000万倍看看，上面都是小磁铁，通过硬盘的磁头识别，再变成电流信号“通”和“断”来交给CPU处理。
那光盘上也一样，光盘上是用“长”和“短”的小镜子来表示1和0。把光放大了1000万倍看看，上面都是长点和短点，用激光头一照，根据反光的长度来表示数据。
那数据多了怎么办？8个编成一组，叫1byte，也就是传说中的1个字节，是由8个0或1组成的，每个0或1叫1bit。通常，一个英文字母需要8个灯泡表示，一个汉字需要16个灯泡表示。
顺便说一下，一下能让我看清8个灯泡亮没亮的方法，叫“并行”（8位），用1个灯泡来回开关，妄图晃瞎我的传递数据的方法叫“串行”，也就是一串信号的意思。所以，频率相同的情况下，“并行”肯定比“串行”快。
想一次能处理的信息越多，就需要越多的“位”数，比如你家CPU是64位的，就相当于一次能传递64个灯泡组成的信息。
先讲这么多吧，中心思想只有一个“技术课讲的好，也很有意思！”
再赠送一个知识点，在EXCEL里可以用公式=DEC2BIN()来换算。
附表：
10进制编号 灯泡表示 状态 1 00000001 状态 2 00000010 状态 3 00000011 状态 4 00000100 状态 5 00000101 状态 6 00000110 状态 7 00000111 ……（以此类推） 状态 250 11111010 状态 251 11111011 状态 252 11111100 状态 253 11111101 状态 254 11111110 状态 255 11111111

作者：Jeffersli 链接：http://www.zhihu.com/question/20830886/answer/48079392 来源：知乎 著作权归作者所有。

 

 

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1.从可行性来说，采用二进制，只有0和1两个状态，能够表示0和1两种状态的电子器件有很多，比如开关的接通和断开、晶体管的导通和截止、磁原件的正负剩磁、电位电平的高低等都可以表示0和1两个数。使用二进制，电子器件具有实现的可行性。
2.从运算的简易性来说，二进制的运算法则少，运算简单，使计算机运算器的硬件结构大大简化（十进制乘法九九口诀有55条公式，而二进制乘法只有四条规则）。
3.从逻辑上讲，由于二进制0和1正好和逻辑代码假和真相对应，有逻辑代数的理论基础，用二进制表示二值逻辑很自然。
作者：cqan 链接：http://www.zhihu.com/question/20830886/answer/28334973 来源：知乎 著作权归作者所有。

 

 

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从物理实现来说，第一，二进制状态简单；第二，可靠性、稳定性高；第三，运算规则简单，简化设计；第四，通用性强。 用电压的开关，电流的有无都能表示二进制的2种稳定状态，而要表示十进制的10个稳定状态则困难得多，从而二进制带来了更高的可靠性。另外，二进制的加法运算比十进制更为简单，简化了运算器等物理器件的设计。还有，在计算机cpu的算数逻辑单元中，0和1可以清楚的表示真假，对错的逻辑运算，使得电子机械完成计算的通用性加强。 此外，在冯•诺伊曼等人发表的101页报告中写到，33位的表示可以达到10的10次方大小，二进制系统与十进制系统相比要经济得多。 何以见得呢？现在用K表示10的3次方，也就是2的10次方；G表示10的9次方，即2的30次方。 10的10次方（1后面10个0）是不是约等于2的33次方（换成二进制表示，1后面33个0） 如果用物理状态表示这个数的话，十进制的表示:需要11个具有10种稳定状态的元件，状态总数为110种；二进制的话，只要拿34个灯泡即可，总共才68种状态。所以，哪个更省？

作者：甚谁 链接：http://www.zhihu.com/question/20830886/answer/74671409 来源：知乎 著作权归作者所有。 

 

 

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一句话总结：二进制稳定不出差错，有电阻时为1，没电阻时为0（计算机用高电平和低电平分别表示1和0，电子电路中高电平是电压高的状态,一般记为1，电子电路中低电平是电压低的状态,一般记为0），不受电阻误差的形象。若为十进制则需要设计出十种稳定的状态，不仅麻烦，而且容易产生差错（温度影响电阻，从而电流不稳定），功耗还大。

 

四个字总结：硬件好做 OR 简化设计。