带大家了解二进制

原标题：《二进制是计算机的最佳选择吗？》 “

在信息时代，我们的生活离不开电脑。我们看到的视频和图片，我们读到的文字、数字和符号，我们听到的音乐，其实都是0和1的序列，这就是我们电脑经常使用的二进制数。

你知道吗？世界上第一个提出二进制的人是发现微积分的“百科全书”天才莱布尼茨。

你想知道为什么我们的计算机不直接使用常见的 0 到 9 描述吗？什么是二进制？

在说二进制之前，我们先了解一下什么是十进制。

在日常生活中，我们习惯用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9这十个阿拉伯数字来计数。

当我们在商场看到一件标价1246的商品时，我们自然会拼写成：1246，而不是直接读成：一二四六。事实上，我们发现在一串数字中，每个数字代表不同的含义。

1246

数十万

因此，有如下计算：

1246=1*103 2*102 4*101 6*100

可以看出，如果我们从第0位开始数，每一位上的数乘以一个固定的值，即“位权重”，即“每一位的权重”。那么第i位的权重为

10i

一般来说，对于一个R进制数，第i（i从0开始计数）位的位权为：

里

我们生活中习惯的计数方式是十进制，即“十比一”。

虽然在日常生活中，小数的使用已经深入人心。但是，在计算机领域，常用的是二进制。

即只由0和1组成的计数方式，每一个二进制1，第i（i从0开始计数）位的位权为：

2i

因此，当我们看到 0 和 1 的序列时，我们需要执行以下计算，将其转换为我们通常的十进制数：

二进制：1011

十进制：11=1*23 0*22 1*21 1*20

既然使用二进制有些“反人类”，为什么计算机会选择使用二进制呢？

二进制特征包括：

状态简单：二进制只用0和1两个数，状态种类少，很方便。

稳定性好，可靠性高：可以用低电平和高电平来划分0和1两种状态。比如我们知道计算机的主存是由晶体管组成的。晶体管可以在高电平 (1) 和低电平 (0) 两种状态之间切换。即使在电磁干扰下，电压也会有波动，我们可以很好地区分0和1这两种状态。这些 0 和 1 状态由计算机处理器读取。根据软件指令，可以通过晶体管的不同状态来控制其他计算机设备，从而可靠地存储数据。所用数字器件简单，元器件少，技术实现简单。

运算简单：与十进制相比，虽然二进制的位数太多，无法表示一个数，但计算机计算0和1的两种状态比计算0-9的十种状态更容易。进位规则是“逢二得一”，借位规则是“借一为二”。对于计算机来说，二元运算规则很简单。

通用性强：二进制可以明确区分是非。利用二进制，我们可以设计基本的与，或，非逻辑运算元素，并对其进行扩展。

每种类型的数据都可以通过一组规则快速编码为二进制。例如，十进制可以转换为二进制。字母表也可以根据标准规则（例如 UTF-8）编码为二进制字符串。

同理，视频的每一帧由一张图片组成，图片由每个像素组成，每个像素可以用3个二进制序列表示。

甚至语音也可以使用脉冲编码调制技术以二进制形式存储和传输。

因此，二进制可以广泛应用于计算机的各个领域。

由于这么多优点，二进制被认为是目前计算机唯一可以识别和接受的语言，即机器语言。我们在开发和测试软件时常用的C、C、Java、Python等编程语言都是高级语言，都需要转换成机器语言才能被识别和执行电脑。

虽然二进制在计算机中已经被广泛使用。但是说二进制是计算机的理想选择是轻率的。因为，二进制的计算规则虽然简单，却未必能完美地表达人的真实想法。正常情况下，人脑的思维方式在处理问题时不仅有“真”和“假”、“是”和“否”两种答案，还有一种“不确定性”。因此，在很多领域，二进制可能会受到很大的限制。

一般来说，一个n位的R进制数可以描述Rn种信息内容，需要用nR个元素来表示。因此，R系统的效率可以用下式表示：

y（R）=Rn/nR

其含义可以理解为：在相同信息量的描述下，需要的组件数量越少，工作效率越高。

当我们用高中学过的推导等一系列计算，我们可以得出结论，当R=e（e是无穷大不循环小数，约等于2.71828）时，y最大。这时，意外地发现整数3的效率y比整数2更接近e。

三元系统是已被证明在理论上最有效的系统。

其实早在1850年代，前苏联就已经出现了三元计算机。但由于政治、经济等因素的影响，三元计算机逐渐被人们抛弃。随着未来竞争的激烈，量子领域又多了一个充满魔力的状态——不确定的叠加态，而三元系恰好可以用“不确定”的数来表示，从而抵御量子攻击。

因此，三元计算机也为计算机的发展开辟了新的可能性，再次引起了人们的关注：中国物理学家郭光灿和中国科学院大学的同事首次实现了三元量子信号的传输时间。韩国近年来也成功开发了三元半导体。

通过这篇文章，我们可以了解到：

二进制和十进制之间的区别

二进制的优点和应用

三元优势与进步

你好学，不知不觉中增长了知识！

或许大家也开始期待计算机的发展趋势。科学是充满未知数的事物。今天，二进制在计算机系统中已经完善，三元系统随着量子场的出现逐渐凸显其优势。

本文来自微信公众号：中兴文档（ID：ztedoc）