Máy tính ko hiểu từ hoặc số theo phương pháp con người làm cho. Phần mềm tiên tiến cho phép người mua cuối bỏ qua điều này, nhưng trên mức thấp nhất trong máy tính của bạn, mọi thứ được biểu hiện bằng tín hiệu điện nhị phân đăng ký trên 1 trong 2 trạng thái: bật hoặc tắt. Để hiểu được dữ liệu phức tạp, máy tính của bạn cần mã hóa nó thành nhị phân.
Nhị phân là 1 hệ thống 2 số cơ sở. Cơ sở 2 có nghĩa là chỉ có 2 chữ số – 1 và 0 – tương ứng có trạng thái bật và tắt mà máy tính của bạn có thể hiểu. Có lẽ bạn đã quen thuộc có cơ sở 10 – hệ thập phân. Thập phân dùng mười chữ số thuộc khoảng từ 0 tới 9, tiếp theo bọc xung quanh để tạo thành những số có 2 chữ số, có từng chữ số có giá trị gấp mười lần so có số cuối (1, 10, 100, v.v.). Nhị phân là tương tự động, có từng chữ số có giá trị gấp 2 lần so có trước.
Đếm trong nhị phân
Trong nhị phân, chữ số trước tiên có giá trị 1 trong số thập phân. Chữ số thứ 2 có giá trị 2, giá trị thứ bố 4, giá trị thứ tư 8 và cứ thế – nhân đôi từng lần. Thêm đa số lên cho bạn số thập phân. Vì thế,
1111 (trên dạng nhị phân) = 8 + 4 + 2 + 1 = 15 (trên dạng thập phân)
Kế toán cho 0, điều này phân phối cho chúng tôi 16 giá trị có thể cho 4 bit nhị phân. Đi lại tới 8 bit và bạn có 256 giá trị có thể. Điều này chiếm nhiều ko gian hơn để biểu hiện, vì 4 chữ số thập phân cho chúng ta 10.000 giá trị có thể. Có vẻ như chúng ta đang trải qua đa số những rắc rối này lúc phát minh lại hệ thống đếm của chúng ta chỉ để làm cho cho nó trở nên gọn gàng hơn, nhưng máy tính hiểu nhị phân phải chăng hơn nhiều so có việc chúng hiểu thập phân. Chắn chắn chắn, nhị phân chiếm nhiều ko gian hơn, nhưng chúng tôi bị giữ lại bởi hartware. Và đối có 1 số thứ, như xử lý logic, nhị phân phải chăng hơn thập phân.
Có 1 hệ thống cơ sở khác cũng được dùng trong lập trình: thập lục phân. Dù rằng những máy tính ko chạy trên hệ thập lục phân, những lập trình viên dùng nó để biểu hiện những liên hệ nhị phân theo định dạng có thể đọc được lúc viết mã. Điều này là do 2 chữ số thập lục phân có thể biểu thị toàn bộ 1 byte, 8 chữ số trên dạng nhị phân. Hệ thập lục phân dùng 0-9 như số thập phân và cả những chữ mẫu từ A tới F để biểu thị 6 chữ số bổ sung.
Vậy tại sao máy tính dùng nhị phân?
Câu trả lời ngắn gọn: hartware và những định luật vật lý cơ. Từng số trong máy tính của bạn là 1 tín hiệu điện, và trong những ngày đầu của máy tính, tín hiệu điện khó đo lường và kiểm soát siêu chính xác. Thực có ý nghĩa hơn lúc chỉ phân biệt giữa 1 trạng thái trên 1 trạng thái trên – được biểu thị bằng điện tích âm – và trạng thái ra khỏi – được biểu hiện bằng 1 điện tích dương. Đối có những người ko dĩ nhiên chắn về nguyên nhân tại sao những điện thoại bên cạnh trời được biểu thị bằng 1 điện tích dương, đấy là vì những điện tử có điện tích âm – nhiều electron hơn có nghĩa là nhiều dòng điện hơn có 1 điện tích âm.
Vì vậy, những máy tính có kích thước phòng ban đầu đã dùng hệ nhị phân để xây dựng hệ thống của chúng và dù rằng chúng dùng hartware cũ hơn, cồng kềnh hơn nhiều, chúng tôi vẫn giữ nguyên tắc cơ bản. Những máy tính tiên tiến dùng mẫu được gọi là bóng bán dẫn để thực hành tính toán có hệ nhị phân. Dưới đây là sơ đồ của bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET) trông như thế nào:
Về cơ bản, nó chỉ cho phép dòng điện chạy từ nguồn tới cống trường hợp có dòng điện trong cổng. Điều này tạo thành 1 chuyển đổi nhị phân. Những nhà chế tạo có thể chế tạo những bóng bán dẫn này vô cùng bé – tới tận 5 nanomet, hoặc có kích thước bằng 2 sợi DNA. Đây là phương pháp những CPU tiên tiến hoạt động và thậm chí chúng có thể gặp cần những vấn đề khác biệt giữa trạng thái bật và tắt (dù rằng điều đấy chủ yếu là do kích thước phân tử ko thực của chúng, chịu sự kỳ lạ của cơ học lượng tử).
Nhưng tại sao chỉ có cơ sở 2?
Vì vậy, bạn có thể nghĩ, tại sao chỉ có 0 và 1? Bạn ko thể thêm 1 chữ số nữa sao? Trong lúc 1 số trong đấy cổ điển về phương pháp thức máy tính được chế tạo, để thêm 1 chữ số khác có nghĩa là chúng ta cần phân biệt giữa những cấp độ khác nhau hiện tại – ko chỉ là ra khỏi đường và trên , Tuy nhiên, cũng như những bang như trên 1 chút
Vấn đề trên đây là trường hợp bạn muốn dùng nhiều cấp điện áp, bạn cần 1 phương pháp dễ dàng thực hành những phép tính có chúng và hartware ko thể thay đổi thế cho điện toán nhị phân. Nó thực sự tồn tại; nó được gọi là máy tính thời kì, và nó đã xuất hiện từ những 5 1950, nhưng đấy là nơi mà sự vươn lên là của nó ngừng lại khá nhiều. Logic ternary hiệu quả hơn nhị phân, nhưng cho tới nay, ko ai có sự thay đổi thế hiệu quả cho bóng bán dẫn nhị phân, hoặc ít nhất, ko có công việc nào được thực hành để vươn lên là chúng trên cùng 1 quy mô bé như nhị phân.
Nguyên nhân chúng ta ko thể dùng logic ternary bắt nguồn từ phương pháp những bóng bán dẫn được xếp chồng lên nhau trong 1 máy tính – thứ gọi là Cổng Gate.–và phương pháp chúng được dùng để thực hành toán học. Gates có 2 đầu vào, thực hành 1 thực hiện trên chúng và trả về 1 đầu ra.
Điều này đưa chúng ta tới câu trả lời dài: toán học nhị phân là phương pháp dễ dàng hơn cho máy tính hơn bất kỳ thứ gì khác. Boolean logic ánh xạ dễ dàng tới những hệ thống nhị phân, có True và false được biểu hiện bằng phương pháp bật và tắt. Gates trong máy tính của bạn hoạt động dựa trên logic boolean: chúng lấy 2 đầu vào và thực hành 1 thực hiện trên chúng như AND, OR, XOR, v.v. 2 đầu vào dễ quản lý. Giả dụ bạn đã vẽ biểu đồ những câu trả lời cho từng đầu vào có thể, bạn sẽ có mẫu được gọi là bảng chân lý:
1 bảng chân lý nhị phân hoạt động trên logic boolean sẽ có 4 đầu ra có thể cho từng hoạt động cơ bản. Nhưng bởi vì những cổng ternary có bố đầu vào, 1 bảng chân lý sẽ có 9 hoặc nhiều hơn. Trong lúc 1 hệ thống nhị phân có 16 toán tử có thể (2 ^ 2 ^ 2), thì 1 hệ thống ternary sẽ có 19.683 (3 ^ 3 ^ 3). Mở rộng quy mô trở nên 1 vấn đề bởi vì trong lúc ternary hiệu quả hơn, nó cũng phức tạp hơn theo cấp số nhân.
Ai biết? Trong tương lai, chúng ta có thể khởi đầu thấy những máy tính ternary trở nên 1 thứ, lúc chúng ta đẩy những giới hạn của nhị phân xuống mức phân tử. Tuy nhiên, hiện tại, thế giới sẽ tiếp tục chạy trên hệ nhị phân.
Tín dụng hình ảnh: spainter_vfx / Shutterstock, Wikipedia, Wikipedia, Wikipedia, Wikipedia
