郑州市各公安分局局长:计算机为什么使用二进制

计算机为什么采用二进制编码
电子计算机所采用的是二进制！为什么不采用十进制呢？这是很多初学者感到困惑的地方。我们从几个方面来分析这个问题。
首先是受制于元器件。我们知道组成计算机的基本元器件是晶体管，它具有以下几个特点：
① 它有两个完全不一样的状态（截止与导通，或者高电平与底电平）；
② 状态很稳定；
③ 状态转换很容易（在基极给一个电信号就可以了）；
④ 状态转换的速度非常快（这一点非常重要！）；
⑤ 体积很小，多个晶体管可以集成在一起；
⑥ 工作时消耗的能量不大，也就是功耗很小；
⑦ 价格很低廉。
其次，二进制的运算规则很简单。就加法运算而言，就四条规则。特别地，人们利用特殊的技术，把减法、乘法、除法等运算都转换成加法运算。这对简化CPU的设计非常有意义。如果采用十进制，CPU的设计就变得非常复杂，因为十进制比二进制的运算规则多多了。
再次，物理上容易实现数据的存储。通过磁极的取向、表面的凹凸、光照的有无等，二进制很容易在物理上实现数据的存储。对于只写一次的光盘，将激光束聚集成1--2um的小光束，依靠热的作用融化盘片表面上的碲合金薄膜，在薄膜上形成小洞（凹坑），记录下“1”，原来的位置表示记录“0”。
最后，便于逻辑判断（是或非）。因为二进制的两个数码正好与逻辑命题中的“真(Ture)”、“假(False)”或称为“是(Yes)”、“否(No)”相对应。

正是由于以上原因，在计算机中采用的是二进制，而不是人们所熟知的十进制，或者其他进制。

电子计算机能以极高速度进行信息处理和加工，包括数据处理和加工，而且有极大的信息存储能力。数据在计算机中以器件的物理状态表示，采用二进制数字系统，计算机处理所有的字符或符号也要用二进制编码来表示。用二进制的优点是容易表示，运算规则简单，节省设备。人们知道，具有两种稳定状态的元件（如晶体管的导通和截止，继电器的接通和断开，电脉冲电平的高低等）容易找到，而要找到具有10种稳定状态的元件来对应十进制的10个数就困难了。二进制数的基数是2，只有0和1两个数字，逢2进1。十进制数有0，1，…9十个数字，逢10进1。十进制和二进制对照如表1．5所示。

表1．5 十进制和二进制对照表

十进制

0

1

2

3

4

5

6

7

8

二进制

0

1

10

11

100

101

110

111

1000

十进制

9

10

11

12

13

14

15

16

二进制

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

10000

十进制数可以表示为an×10n+an-1×10n-1+…+a1×101+a0×100+a-1×10-1+a-2×10-2+…，其中an，an-1，…，a1，a0，a-1，a-2，…只能是0～9的任何数字。如1987可以表示为1×103+9×102+8×101+7×100。

二进制数可以表示为an×2n+an-1×2n-1+…+a1×21+a0

用二进制编码表示数据的好处

用二进制编码表示数据的好处

·用二进制编码表示数据的实质就是用0、1的组合表示数据。而0和1又是用模拟信号的两种差别很大的状态来分别表示的，例如，用高电位（2V～5V）表示“1”，用低电位（0V～0.8V）表示“0”。因为外界环境的改变一般不会使表示0的模拟信号（0V～0.8V）变成表示1的模拟信号（2V～5V），0和1不改变则用0和1编码表示的数据就不会改变。所以，用二进制编码表示数据时不容易出错。

·如果用连续变化的模拟信号（例如电位）直接表示数据，则模拟量的微小变化就会直接影响数据的值，很容易出错。

·例如，盒式磁带（模拟音频信号）在复制时很容易失真，而CD唱盘（数字音频信号）在复制时一般不会失真。

. 指令

指令是指示计算机进行基本操作的命令，它告诉计算机应进行什么操作、应对谁进行操作。指令的表示方法通常有两种：机器指令和汇编指令。

机器指令：用二进制编码表示的指令。例如，00000001 11011000表示加法；

汇编指令：用英文缩写符号代替二进制编码表示的指令。例如，上面那条机器指令可表示成汇编指令“ADD AX, BX”；

① 指令的三要素：·二进制形式的指令才能被计算机识别并执行；

·每条指令的功能都直接由硬件电路实现。

·每台计算机能执行的指令种类和数目完全由CPU决定。

② CPU：中央处理器。是现代计算机的核心部件。它负责控制计算机各部件协调地工作，并承担计算机的各种运算处理任务。

③ 指令系统：计算机能执行的全部指令的集合称为该计算机的指令系统。每台计算机都有自己的指令系统，由CPU的类型决定，不同类型CPU的指令系统一般不相同。

6. 电子计算机的重要特点

电子计算机和以往的计算工具所不同的重要特点是能自动进行计算，计算过程不需人工干预，所以速度很快。其原因是它能存储程序，并能在程序的控制下实现自动化。

① 程序：就是运算步骤。是以完成某一任务为目的、用多条指令组成的指令序列；

·编程序的必要性：不可能将每一个复杂的任务都用一条指令实现。

② 存储程序：将程序也转换成二进制代码，和数据一样预先存储在计算机内部；

③ 用程序控制：计算机按程序规定的顺序自动取指令并执行，直至程序结束。

7. 计算机系统

由硬件和软件两部分组成：

① 硬件：由物理元器件构成，它实现了最基本的逻辑功能。计算机的硬件经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模和超大规模集成电路四个发展阶段；

② 软件：由程序和相关的数据组成，它扩展了硬件的功能；

③ 指令是软件与硬件的接口：因为指令是构成软件的基本元素，又因为指令的功能都直接由硬件电路实现。

8. 计算机的应用领域

主要有科学计算，数据处理，实时控制，辅助设计，通信，娱乐，等等。

·实时控制：可理解为“根据实际情况及时（立即）进行控制”

9. 二进制计数单位以及位、字节、字

① 二进制计数单位：1K（开、一千）=210=1024 1M（兆、百万）=220=1024K

1G（吉、十亿）=230=1024M 1T（太、万亿）=240=1024G

② 位（bit，b）：每1个二进制数码称为一个（二进制）位。位是在计算机中表示数据时的最小单位；

③ 字节（Byte，B）：每连续8个二进制数码称为一个（二进制）字节。字节是在计算机中存取数据时的最小单位；

④ 字（Word，W）：计算机一次最多能同时加工处理的一串连续的二进制数码称为一个（二进制）字。字是计算机加工处理数据时的最大单位。字长与计算机的类型有关；