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计算机为什么只用0和1?

你看视频、听音乐,屏幕上什么都能做。可背后的电脑,认识的只有两样东西。这个秘密,全藏在一个开关里。咱们一个个拨拨看,一起搞懂它,好不好?

01

要么开,要么关,中间没有别的

你想象一个开关。要么开着,要么关着。没有“半开”这种模模糊糊的状态,对吧。电脑里的零件也一样:要么有电流过,要么没有。就两种。

所以我们就把“开”叫作1,“关”叫作0。这就是0和1的真面目。它不是什么难懂的密码,只是我们给开关这两种状态起的名字。就像你把墙上的开关往上一推灯就亮,往下一拨灯就灭,电脑里头发生的也是同一件事。只不过那些开关小到看不见,而且足足有好几亿个。

0
现在: = 0

来,拨一下,开开关关。

02

用十个来数不是更好吗

我们有十根手指,所以用0到9来数最顺手。那让电脑也分十档来数不行吗?麻烦就在这儿:用电流把十个档位清清楚楚地分开,太难了。

你看下面。上面这排是把亮度分成十档的灯,一个挨一个,分不太清,对吧。下面这排只有开和关两种,一点都不会搞混。电脑选两个,就是这个道理。因为它确定。

人一眼就能分清9和8,可对机器来说,“9那么多的电”和“8那么多的电”太像了,很容易搞混。电压稍微一抖,9就被读成了8。可是开和关差得那么远,怎么抖都不怕。对一台又要快又要准的电脑来说,这份确定,比什么都重要。

十档
两档

十档容易混,两档一眼就清楚。

03

把开关排成一排,就成了数

一个开关只能表示0或1两种。可要是把好几个排在一起,再给每一位定个数值,那就不一样了。从右边数起:1、2、4、8,每一位都是前一位的两倍。

1
×2
2
×2
4
×2
8
×2
16
×2
32
×2
64
×2
128

每一位的数值,从右往左翻一倍。

现在轮到你了。拨一拨下面这8个开关。把打开的开关数值全加起来,就是电脑读到的数。来拼个13试试?

128
0
64
0
32
0
16
0
8
0
4
0
2
0
1
0
0 0 0 0 0 0 0 0
把打开的值全加起来
 
0
任务:拼出 13

把打开的数值全加起来,上面的数就变了。13 = 8 + 4 + 1。

04

从0开始,一个一个这样数

就像我们数到9就进一位变成10,电脑也是一位满了就往上一位进。不一样的只有一点:它数到1就马上进位。点播放,看着这些位闪着往上走。

0
0
0
0
0
0
0
0
0

最右边每次都闪,旁边那位每两次闪一回。

等你看出规律,就会自然觉得:光靠0和1,世上任何数都能数出来。其实我们用的十进制也是同一个道理。区别只在于:一位里装0到9这十个,还是只装0和1这两个,仅此而已。

05

那文字和图片呢

咱们再往前走一步。电脑只会处理数,那它是怎么把文字显示出来的?说起来很简单,它给每个字都编了号。大家约好一张表:A是65,B是66,就这么排下去。

从下面挑个字看看。这个字的编号会直接变成0和1,那些小点亮起来又暗下去,拼出这个数。图片也是一个道理。把每个点的颜色都写成数记下来,到头来全是0和1。

我们每天看的屏幕,正是这么来的。无数个点,每个都把颜色记成一个数,那个数又用0和1写出来。文字也好、照片也好、视频也好,往里头一看,到头来都是同一串0和1。它们不是不同的东西,而是同一种材料,捏成了不同的样子。

A
编号 65 写成0和1
0 1 0 0 0 0 0 1

挑个字,它的编号就变成0和1。

06

每多一个开关,就翻一倍

最后这点最神奇。每加一个开关,能表示的情况数就翻一倍。一个开关2种,两个开关4种。听着没什么?把滑块一直推到底看看。

正在加载 3D
2 种
1 位 · 2¹

拖动就能转。试着多加几位。

才8个开关,就已经256种了。16个能有六万多种。光是翻倍,一下子就大得吓人。这就是电脑用这么简单的开关,装下这么大世界的秘诀。我们常挂在嘴边的“吉”啊“太”啊这些单位,说到底也就是在数这些开关到底攒了多少个。

一句话总结一张照片,一首你爱听的歌,说到底都是这些开关的开和关。那个看着挺复杂的0和1,其实只是数开关的一种方法罢了。
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