为什么计算机不能进行十进制,计算机为什么用二进制而不是十进制?
什么是进制
进制也就是进位计数制,是人们为了方便计数而定义的带进位的计数方法。此外,也有不带进位的计数方法,比如原始的结绳计数法,唱票时常用的正字计数法。进制的好处在于可以用有限的数字符号代表所有的数值。比如十进制就是使用0——9之间的数字进行组合表示所有的数。
进制的基数
每种进制中可使用的数字符号的数量称为基数或底数,假设基数为N,则称为N进制。如十进制的基数就是10。
对于N进制,就表示每一位置上的数运算时都是逢N进一位。十进制是逢十进一,十六进制是逢十六进一,二进制就是逢二进一,八进制就是逢八进一,以此类推。
进制的位权
什么是位权?
对于一个多位数,处在某一位上的"1"所表示的数值的大小,称为该位的位权。
如十进制数 325 = 3 x 100 + 2 x 10 + 5 x 1
其中,100(10的平方)、10(10的一次方)、1(10的零次方)就是位权。
数码所表示的数值等于该数码本身乘以它所在数位的位权。
如325中,百位的“3”所表示的数值就是 3 x 100(10的平方),十位数“2”所表示的数值为2 x 10(10的一次方)。
二进制的前世今生
二进制是现代计算机技术的理论基础,其发明者是戈特弗里德·威廉·凡·莱布尼茨(Gottfried Wilhelm von Leibniz, 1646年7月1日~1716年11月14日),德国声名颇著的自然科学家、数学家、物理学家、历史学家和哲学家。他对中国文化和中国哲学有着比较深入的研究。莱布尼茨在1679年发表了《二进位数学》,系统阐述了二进制理论。之后,在仔细研究了伏羲八卦图之后,他又写了《二进位算术的阐述——关于只用0和1兼论其用处及伏羲氏所用数字的意义》一文。
很多人认为莱布尼茨是根据伏羲八卦图的阴阳学说提出了二进制。的确,伏羲八卦图传达了阴阳相生、“道生一、一生二、二生三、三生万物”等哲学观点,但是它并没有清楚、系统的论述出二进制理论。我们现在只能推测莱布尼茨提出或者完善二进制理论的过程中,也许受到过八卦图的影响。不管怎样,这都不能抹杀莱布尼茨个人的贡献。
为什么计算机采用二进制
计算机是由一个个电子元器件构成的,这些电子元器件类似组成人体的细胞,共同组成了计算机。问题是,电子元器件是没有生命的,是无法自主、直接进行各种运算的。它们只能根据电路的通或断、电压的高或低进行工作。而电路的通断、电压的高低都是只有两种变化情况,所以,计算机中的电子元器件与二进制的缘分早就注定了。用其他任何一种进制都会被计算机 “憎厌”。
比如用二进制,只能表示0/1两种状态,一个电子元器件恰好能够作出判断并执行命令,完美匹配。用三进制的话,能够表示三种状态,这样一来最少要用两个电子元器件合作才能判断出是哪一种状态。也就是说,进制的基数越大,能够表示的状态越多,计算机所需要的元器件就越多,构成也就越复杂。相较而言,当然是二进制最有优势了。
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