计算机用0 和1刻画文字、图片和声音

对计算机来说，所有的东西都是0和1的组合。其背后是数以亿计的晶体管在频繁跳动维持其逻辑，信息转化成01的代码形式存储和传输，以此刻画这个客观世界。

图1 漫画(来自网络蓝桥杯)

计算机只认识0和1吗？确实是的，我们看到的所有东西，计算机在运行的时候都需要转成二进制机器码才能被计算机识别。

那么，计算机抽象出来的0和1是怎么组成文字、图片、声音和视频的呢？下面是一张0和1显示的图片，丰富的世界可以通过二进制的方式压缩，变成丰富多彩的表达方式。

图2 计算机中的0和1(图片来源网络蓝桥杯)

计算机中的0和1怎么组成文字的呢？

以下面文字中的(apple)苹果为例：

上篇文章，我们讲述了ASCII编码表，其中说到了利用8个二进制代表一个字符，这里我们根据对应编码表找到上述文字的对应二进制编码：

图3 “apple”的二进制编码表

根据上面这个二进制对应表，是不是能组成字符"apple"呢？对应中文的"苹果"或日文的"アップル"字符，他们表示方式类似。也就是说，计算机内部有"0100 0001"这样一串数字(ASCII编码表)，那计算机就会在编码表里找到这串数字对应的东西，然后在屏幕上把这个东西显示出来。这样就有了我们看到的文字。

计算机中的0和1怎么组成图片的呢？

图4 不同大小的苹果

图4是不同大小的苹果，左边是原来大小，右边是放大长和宽各放大10倍的效果，那么这种彩色的图片是怎么组成的呢？从最简单的开始说起。

下面是一张非常多方格的黑白图片：

图5 黑白图

如果上面黑白图中，1代表黑色，0代表白色，那么是不是可以利用数字组成一幅图片黑白图片？如以下的表格形式。

如果每一个方格代表的是2进制位，是不是一个方格就有：00，01，10，11四种表现形式，代表四种颜色，那么，如果一个方格为8进制，是不是能组成256()种颜色样式，这就能组成丰富多彩的图片了。从另外一个角度来说，为什么图片比文字的占比空间要大，是因为需要更多01来表示图片。

计算机中的0和1怎么组成声音的呢？

声音是由物体振动产生的声波，它是一个光滑的曲线，如图5所示。平常我们在微信上用语音功能录了一段10秒钟的声音，手机就会尽可能的把这个光滑的曲线模拟出来，声音有有赫兹、频率等参数，

图6 声波图

计算机传播声音的方式简化来看是声音转化为电信号，再变为声音的过程。

计算机完整处理一次声音传播需要以下三个阶段，如图6所示，需要采样-量化-编码三个过程。

图7 计算机声音传播过程

第一步：采样

采样是将模拟信号转变为数字信号的过程。比如利用录音机录制一段10秒钟的音频，计算机每秒钟对该段音频进行采样，那么就能得到一段计算机模拟的波形，这个可能和原声有有非常大的差别。如果想还原出原始的声音，就需要不断提高计算机的采样频率，从之前可能一秒一次变为一秒10次。

图8 声波采样

第二步：量化

波形量化就是将波形变为不同的级别，比如原有声音波形变为如下结构，分为5个级别。

图9 波形量化

第三步：编码

编码的过程就是将量化的等级变为01的过程，比如上面将波形分为5个级别，可以将量化等级一级0001，二级等于0011，然后以此类推，依次把这些等级记录记录成对应的0和1就可以了，到这里，计算机就完成了，把我们能听见的声音数字化的过程。

图10 波形编码

有人会怀疑，这个过程这么麻烦，是不是会导致很多问题啊？我们知道电信号传播速度大约为m/s，光纤中光信号的传播速度是m/s，就算远距离通信，也很少能感受到太大时差。

我们生活在十进制的世界，逢十进一，而计算机是采用二进制，逢二进一，这两种进制可以互相转化，同样二进制的0和1也能为逻辑运算的真和假进行描述。

写在最后

随着人类对生活的需求和大自然的开发，就需要对工具赋能，以便能实现更多功能，而现代计算机就是在对规律的认识的基础上不断加深进而不断完善。以上从计算机的0和1的角度理解计算机，不知道是不是有利于您对计算机的理解呢？从计算机的视角去理解现今社会发展规律，以及解决问题的方法方式。

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