Компютрите не разбират думи или числа, както хората правят. Съвременният софтуер позволява на крайния потребител да пренебрегва това, но на най-ниските нива на компютъра ви, всичко е представено от двоичен електрически сигнал, който се регистрира в едно от двете състояния: включено или изключено. За да разберете сложни данни, компютърът ви трябва да го кодира в двоичен вид.
Двоичната система е система с две числа. База 2 означава, че има само две цифри - 1 и 0 - които съответстват на състоянията за включване и изключване, които компютърът ви може да разбере. Вероятно сте запознати с основата 10 - десетичната система. Дисциплината използва десет цифри, които варират от 0 до 9, след което се обвиват, за да формират двуцифрени числа, като всяка цифра е на стойност десет пъти повече от последната (1, 10, 100 и т.н.). Двоичното е подобно, като всяка цифра струва два пъти повече от последната.
В двоичен, първата цифра е на стойност 1 в десетичната. Втората цифра е на стойност 2, третата на стойност 4, четвъртата на стойност 8, и така нататък - удвояване всеки път. Добавянето на всичко това ви дава числото в десетичната. Така,
1111 (в двоичен) = 8 + 4 + 2 + 1 = 15 (с десетичен знак)
Като отчитаме 0, това ни дава 16 възможни стойности за четири бинарни бита. Преместете до 8 бита и имате 256 възможни стойности. Това отнема много повече място за представяне, тъй като четири цифри в десетичната запетая ни дават 10 000 възможни стойности. Може да изглежда, че преживяваме цялата тази неприятност да преоткриваме системата ни за преброяване, за да я направим по-крехка, но компютрите разбират двоично много по-добре, отколкото разбират десетичната. Разбира се, двоичното заема повече пространство, но ние сме задържани от хардуера. И за някои неща, като логиката обработка, двоичен е по-добре от десетичен.
Има още една базова система, която се използва и в програмирането: шестнадесетичен. Въпреки че компютрите не работят в шестнадесетичен режим, програмистите го използват, за да представят двоични адреси в човешки четиваем формат, когато пишат код. Това е така, защото две цифри от шестнадесетичен могат да представляват цял байт, осем цифри в двоичен. Шестнадесетичен използва 0-9 като десетичен знак, а буквите от А до F представляват допълнителните шест цифри.
Краткият отговор: хардуер и законите на физиката. Всяко число в компютъра ви е електрически сигнал, а в първите дни на изчисляването електрическите сигнали са много по-трудни за измерване и контрол много точно. Имаше повече смисъл само да се прави разграничение между "държавата", представлявана от отрицателен заряд, а "държава" - представлявана от положителна такса. За тези, които не са сигурни защо "от" е представена от положителна такса, това е така, защото електроните имат отрицателно заряд - повече електрони означават по-ток с отрицателен заряд.
Така че, ранните компютри с двойно пространство, които се използват двойно, за да изградят своите системи, и макар че използват много по-стари, по-обемисти хардуер, запазихме същите фундаментални принципи. Съвременните компютри използват това, което е известно като транзистор, за да извършват изчисления с двоични данни. Ето схема на това как изглежда транзисторът с полеви ефекти (FET):
По същество то само позволява на тока да тече от източника до изтичането, ако има ток в портата. Това представлява двоичен превключвател. Производителите могат да изградят тези транзистори невероятно малки - до 5 нанометра, или около размера на две направления на ДНК. Това е начинът, по който функционират съвременните процесори, и дори те могат да страдат от проблеми, които разграничават състоянията на включване и изключване (макар че това се дължи най-вече на техния нереален молекулен размер, подложен на странността на квантовата механика).
Така че може да си мислите, "Защо само 0 и 1? Не можете просто да добавите друга цифра? "Докато някои от тях се свеждат до традиция в това как се изграждат компютрите, добавянето на друга цифра би означавало, че ще трябва да различаваме различните нива на ток - не само" отвън " , ", Но също така се казва," малко "и" много ".
Проблемът тук е, ако искате да използвате няколко нива на напрежение, ще ви е необходим начин лесно да извършвате изчисления с тях, а хардуерът за това не е приложим като заместител на двоичните изчисления. Наистина съществува; то се нарича троен компютър и се е случвало от 50-те години на миналия век насам, но това е доста, когато развитието му е спряло. Тройната логика е много по-ефективна от двоичната, но все още никой няма ефективна замяна на двоичния транзистор, или поне не е свършена никаква работа за разработването им на същите малки мащаби като двоичните.
Причината, поради която не можем да използваме тройната логика, се свежда до начина, по който транзисторите се подреждат в компютъра - нещо, наречено "gates"-и как те се използват за извършване на математика. Гейтс взема два входа, изпълнява операция по тях и връща един изход.
Това ни води до дългия отговор: двоичната математика е по-лесно за компютър, отколкото нещо друго. Булевата логика картографира лесно двоични системи, като True и False се представят от и извън. Портите в компютъра ви работят с булева логика: те вземат два входа и изпълняват операция по тях като AND, OR, XOR и т.н. Два входа са лесни за управление. Ако трябваше да начертаете отговорите за всеки възможен вход, бихте имали това, което е известно като таблица на истината:
Таблица с двоична истина, работеща с булева логика, ще има четири възможни изхода за всяка основна операция. Но тъй като тройните порти вземат три входа, една тройна таблица на истината ще има 9 или повече. Докато двоичната система има 16 възможни оператора (2 ^ 2 ^ 2), една тренарна система ще има 19,683 (3 ^ 3 ^ 3). Промяната на мащаба се превръща в проблем, защото докато тройната е по-ефективна, тя също е експоненциално по-сложна.
Кой знае? В бъдеще бихме могли да започнем да виждаме тройните компютри да се превърнат в нещо, тъй като преместваме границите на двоичните до молекулярно ниво. Засега обаче светът ще продължи да работи на двоичен принцип.
Ключови думи: spainter_vfx / Shutterstock, Уикипедия, Уикипедия, Уикипедия, Уикипедия
