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为什么计算机要使用二进制

2018-10-28来源：少年儿童出版社《十万个为什么》（第六版）作者：张文俊

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“数”是表达事物多少或顺序的一种抽象符号。如果只有少数几个事物，要记录这些“数量”只需要用几个符号就行了，比如 1，2，3 等。然而，人类早就认识到事物的“数量”其实是无穷无尽的，由于没有办法创造无穷多个符号，于是如何用有限多个符号去记录无穷多个数，就成为一件必要却又极其困难的事情。

人类在记数史上最伟大的创造之一就是进位制或称位值制。世界通用的主要进位制，除了十进制外，还有二进制（计算机通用）、十二进制（英国人很喜欢）和六十进制。

二进制是最简单的进位制，它是由德国数学家莱布尼茨为满足其发明的计算机的需要，而于1678 年引入的。在二进制下，逢 2 进 1，因此只需要两个基本符号 0 和 1，二、三分别记为 10、11，而四则记为 100，等等。比如，二进制中的100101 代表十进制中的 37。

虽然二进制符号少，但与其他进位制相比，表达同一个数时所需位数较多。比如，9在十进制中只有一位数，而在二进制中却有四位数，记为 1001。用二进制表达数字，位数较多，从形式上看不够直观，但在计算上却有许多优点：它的加法与乘法公式分别只有 4 条：

1+1=10，1+0=1，0+1=1，0+0=0，

和

1×1=1，0×0=0，0×1=0，1×0=0.

而在十进制中相应的公式却一共有 100 条。

由于二进制符号少，运算法则简单，莱布尼茨在计算机上就采用了二进制。现代电子计算机仍然采用二进制，其原因还在于，像电路的通电与断电，电容器的充电与放电等具有两种截然不同状态的现象是大量存在的，而这些都可以用来表示二进制的两个符号 1 和 0。（张文俊）

文章转自：学习强国--学习科学--科普知识

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