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  • 要知道计算机为什么采用二进制,首先需要清楚进制、计算机的发展、基本电子元器件、逻辑门电路 一、进制简单介绍 进制:一种进位的计数方式 常见的进制有二进制,八进制,十进制,十六进制,其转换方式如下: 二...

    要知道计算机为什么采用二进制,首先需要清楚进制、计算机的发展、基本电子元器件、逻辑门电路

    一、进制简单介绍

    进制:一种进位的计数方式

    常见的进制有二进制,八进制,十进制,十六进制,其转换方式如下:

    • 二进制,逢二进一

    • 十进制,逢十进一

    • 八进制,逢八进一

    • 十六进制,逢十六进一
      在这里插入图片描述
      二进制符号数的三种表示方式:原码、反码、补码

    • 原码:在数值前加符号位,正整数的原码符号位为0,负整数的符号位为1
      8位二进制原码的表示范围:-127~+127

    • 正整数的原码、反码、补码相同

    • 负整数反码:原码符号位不变,其余位取反
      8位二进制反码的表示范围:-127~+127

    • 负整数补码:原码符号位不变,其余位取反加1(即补码+1)
      8位二进制补码的表示范围:-128~+127

    生活中我们常用的是十进制,计算机运算所用的是二进制补码,对于基础运算或其他8421、5421、余三码等不累述。

    二、计算机的发展

    • 第1代:电子管数字机(1946—1958年)
      硬件方面,逻辑元件采用的是真空电子管,主存储器采用汞延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯;外存储器采用的是磁带。软件方面采用的是机器语言、汇编语言。应用领域以军事和科学计算为主。
      缺点是体积大、功耗高、可靠性差。速度慢(一般为每秒数千次至数万次)、价格昂贵,但为以后的计算机发展奠定了基础。

    • 第2代:晶体管数字机(1958—1964年)
      软件方面的操作系统、高级语言及其编译程序应用领域以科学计算和事务处理为主,并开始进入工业控制领域。特点是体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高(一般为每秒数10万次,可高达300万次)、性能比第1代计算机有很大的提高。

    • 第3代:集成电路数字机(1964—1970年)
      硬件方面,逻辑元件采用中、小规模集成电路(MSI、SSI),主存储器仍采用磁芯。软件方面出现了分时操作系统以及结构化、规模化程序设计方法。特点是速度更快(一般为每秒数百万次至数千万次),而且可靠性有了显著提高,价格进一步下降,产品走向了通用化、系列化和标准化等。应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域。

    • 第4代:大规模集成电路机(1970年至今)
      硬件方面,逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路(LSI和VLSI)。软件方面出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言等。1971年世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生,开创了微型计算机的新时代。应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。

    计算机是由硬件系统和软件系统两部分组成,计算机的发展(运算速度)中离不开硬件性能的支持,软件程序的优化,只是性能的一种体现,是有限的,而硬件的性能提升是无限的,本文不阐述计算机发展的性能,只关注计算机处理运算的背后支持的电子原件的运算规则,所有的软件系统处理最终都将被得到硬件的支持。

    三、计算机中的电子元器件

    在计算机的发展中,第一代逻辑原件采用电子管、第二代采用晶体管、第三代采用集成电路,第四代采用大规模集成电路。

    电子管:一种淘汰的电子元器件,它不是单个,是一类元器件,内部结构可分为二级管、三极管、多级管,放大、稳压、变频、整流等作用,这种元器件缺点体积大,功耗高、寿命短、不便于集成。
    在这里插入图片描述

    晶体管:一种目前常用的电子元器件,我们平时所说的二极管、三级管、场效应管、晶闸管就是指的晶体管,一般采用硅、锗半导体材料,材料的不同,PN结的设计结构不同,功能也不相同,比如单PN结的二级管的单向导电性,整流和稳压等,双PN结(PNP和NPN)的三极管的放大和开关特性,用于信号、电流、电压等放大和电路开关通断功能。
    在这里插入图片描述
    集成电路:一种采用特殊工艺,将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件,按集成元器件的数量分为小规模集成电路(1000个元器件以下)、大规模集成电路(1000-10万个元器件之间)、超大规模集成电路(10万-100万个元器件)、特大规模集成电路(100万到1000万)。
    在这里插入图片描述

    四、逻辑门电路

    逻辑门电路: 通过二极管、三极管、电阻等元器件实现基本逻辑关系的电路,有与门、或门、非门(反相器)。

    在电路中高电平表示1,低电平表示0,电路通路状态表示1,断路状态表示0,下面的0.3或0.7都是因为二极管的材质不用,PN结导通电压不同,硅管大约0.7,锗管大约0.3。

    与门电路:全1出1,有0出0
    在这里插入图片描述
    或门电路:有1出1,全0才0
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    非门电路:0非1,1非0
    在这里插入图片描述
    以上的逻辑电路可以清楚的知道,硬件实现的基本逻辑运算。其他复杂逻辑电路都是由基本的逻辑门电路进行组合而成。

    五、计算机采用二进制的原因

    有了以上的基础,可以更清楚计算机为什么采用二进制而不是采用其他进制
    1、最主要的原因是在硬件中实现逻辑运算中,通常是两种状态,1表示电路通路,0表示电路断路,在进行逻辑运算时锲合起来更简单,如果状态多了,需要进行逻辑电路组合,这样便提升了硬件的复杂度。

    2、运算效率高,在1的结构上,因为计算机的电子原件只有通断状态,没有增加额外的电子元器件,运算效率可观,如果状态多了,增加额外的元器件,会降低运算效率。

    3、稳定性好,信息在传输的过程中受到干扰,很方便进行校验调整

    扩展: 程序中为什么能用逻辑运算表达的常用逻辑运算而不是直接加减乘除

    比如在java的源码中,很多地方用到了移位运算,移位运算更契合逻辑硬件直接运算,从计算机的角度运算更简单自然效率更高,在进行数字运算需要转换,在计算机中,所有的计算过程,最终都归结为处理器运算单元中的计算,所有的计算都是数的计算,计算机中的数都是以二进制形式存在的,因此都可以通过逻辑运算实现,所有数据的计算过程都是通过门电路实现的。

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  • 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...

    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。


    因为二进制最简单,只有0和1,计算的速度也是最快的,和计算机追求的速度不谋而合,而十六进制,十进制还是八进制都没有二进制快

     二进位制在计算机内部使用是再自然不过的。但在人机交流上,二进位制有致命的弱点——数字的书写特别冗长。例如,十进位制的100000写成二进位制成为11000011010100000。为了解决这个问题,在计算机的理论和应用中还使用两种辅助的进位制——八进位制和十六进位制。二进位制的三个数位正好记为八进位制的一个数位,这样,数字长度就只有二进位制的三分之一,与十进位制记的数长度相差不多。例如,十进位制的100000写成八进位制就是303240。十六进位制的一个数位可以代表二进位制的四个数位,这样,一个字节正好是十六进位制的两个数位。十六进位制要求使用十六个不同的符号,除了0—9十个符号外,常用A、B、C、D、E、F六个符号分别代表(十进位制的)10、11、12、13、14、15。这样,十进位制的100000写成十六进位制就是186A0。

    二进位制和八进位制、二进位制和十六进位制之间的换算都十分简便,而采用八进位制和十六进位制又避免了数字冗长带来的不便,所以八进位制、十六进位制已成为人机交流中常用的记数法。 
    展望未来的计算机要采用几进制?
    如果未来开发出可以表示三种状态的硬件(晶体管。。。)的话可以采用八进制,开发出表示四位状态的来的话可以采用十六进制,,,,, 反正是2的正数次幂,,,,

    转载于:https://www.cnblogs.com/kex1n/archive/2009/06/18/2286525.html

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  • 断的状态,使用二进制作为电子计算机的运算语言比较容易实现,其次,二进制的运算法则简单, 加法逢2进1,减法只需逆运算,乘法只需移位,除法也是逆运算,于是基于此法则的各种复杂运算 也就简单的执行了。 1、...
    电子电路采用的基本元件只有通和断两种状态,一切运算在计算机硬件内部都会转换为元件的通和
    断的状态,使用二进制作为电子计算机的运算语言比较容易实现,其次,二进制的运算法则简单,
    加法逢2进1,减法只需逆运算,乘法只需移位,除法也是逆运算,于是基于此法则的各种复杂运算
    也就简单的执行了。
    

    1、电路中容易实现
    2、物理上最易实现存储
    3、便于进行加、减运算和计数编码。
    4、便于逻辑判断(是或非)。

    二进制与其他进制

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  • 计算机采用二进制的原因

    千次阅读 2019-10-28 17:05:39
    ①:技术实现简单,由逻辑电路组成,易用电子元件实现,表示两种开关状态,0...②:简化运算规则,适合逻辑真假运算且易于进制转换。 ③:抗干扰能力强,可靠性高,只有两个状态 (高或低),受到干扰时容易分辨。 ...

    ①:技术实现简单,由逻辑电路组成,易用电子元件实现,表示两种开关状态,0或1。

    ②:简化运算规则,适合逻辑真假运算且易于进制转换。

    ③:抗干扰能力强,可靠性高,只有两个状态 (高或低),受到干扰时容易分辨。

    ④:IC(集成电路)的引脚特性导致。

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  • 计算机采用二进制码的优点

    千次阅读 2018-05-12 15:28:40
    1.易于物理实现;2.二进制运算简单;3.机器可靠性高;4通用性强。
  • 十进制整数转换成二进制采用“除2倒取余”,十进制小数转换成二进制小数采用“乘2取整”。 例题: 135D = __ B 解析:如下图所示,将135除以2,得余数,直到不能整除,然后再将余数从下至上倒取。得到结果:1000 ...
  • 计算机为什么采用二进制

    千次阅读 2019-11-06 10:27:09
    计算机运算基础采用二进制。 电脑的基础是二进制,那么,什么是二进制呢,为什么需要二进制呢?在早期设计的机械计算装置中,使用的不是二进制,而是十进制或者其他进制,利用齿轮的不同位置表示不同的数值,这种计算...
  • 题外话:熟悉本公众号的老朋友应该知道,本号的主要理念不是告诉你怎么做,而是告诉你为什么。...计算机运算基础采用二进制。 电脑的基础是二进制,那么,什么是二进制呢,为什么需要二进制呢?在早期设计的机械计算...
  • 计算机采用二进制主要原因

    千次阅读 2019-09-26 13:42:15
    简化运算规则:两个二进制数和、积运算组合各有三种,运算规则简单,有利于简化计算机内部结果,提高运算速度 适合逻辑运算:逻辑代数是逻辑运算的理论依据,二进制只有两个数码,正好与逻辑代数中的”真”和”假”...
  • 计算机二进制

    千次阅读 2018-11-09 20:25:11
    我之前一直在思考为什么现在的计算机采用二进制。现在我把我思考的结果和查阅的资料写下来。 首先,我认为二进制实际上只是一种计数制,说白了就是用0,1两个符号来编码一切数值。而二进制与计算机的本质一点关系...
  • 计算机为什么采用二进制

    千次阅读 2018-04-26 10:14:04
    1、技术实现简单。... 2、运算规则简单,两个二进制数的和、积运算组合简单。 3、适合逻辑运算,二进制只有两个数码,和逻辑代数中的“真”“假”相吻合。 4、易于进行转换,二进制和十进制数转换简单。...
  • 计算机就一定要采用二进制吗?

    千次阅读 2011-09-13 00:07:54
    我们都知道,计算机采用二进制有以下几点原因: 1:物理上容易实现。如,高低电平表示,脉冲的正负表示; 2:加减运算规则简单。 3:与逻辑值“0”和“1”。 4:容易实现存储,如凹坑,带表1,原本代表0. 5:...
  • **关于计算机中十进制转二进制的相关技巧**下面我们用二种方法进行对比:1. 十进制整数转换为二进制整数十进制整数转换为二进制整数采用"除2取余,逆序排列"法。具体做法是:用2整除十进制整数,可以得到一个商和...
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  • 那么,什么是八卦呢,八卦跟计算机二进制又有什么关系呢?请看下表:乾 ☰ =111 =7兑 ☱ =011 =6离 ☲ =101 =5震 ☳ =001 =4巽 ☴ =110 =3坎 ☵ =010 =2艮 ☶ =100 =1坤 ☷ =000 =0 你能...
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  • 十进制转化为二进制 1.整数(倒序) 一直计算到1,计算结果从下往上组合——10110101 二进制是8位,计算结果不满8位的前面补0,如10D——00001010B,前面0可以省略,即1010 2.带小数(顺序) 0.85——0.1101(假如...
  • 计算机中带符号的整数为何采用二进制的补码进行存储?  我们都知道在计算机内部数据的存储和运算都采用二进制,是因为计算机是由很多晶体管组成的,而晶体管只有2种状态,恰好可以用二进制的0和1表示,并且采用...

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