計算機簡史第三章 機電時代之二進位制

peterjxl發表於2024-06-09

二進位制,計算機的運算方式。‍

二進位制來自哲學,自然萬物兩兩相對,白天與黑夜、太陽和月亮、蒼天與大地、男人和女人、寒冷與炎熱、甘甜和苦澀……我國傳統文化中的陰陽學說、太極八卦,都是在講這些自然的本質。

不光中國,在很久很久以前,世界各地的文明也都或多或少意識到了二進位制的意義,只是除了參悟哲學道理,一直沒有用到數學中去。

直到 17~18 世紀,數學上的二進位制才由萊布尼茨首次提出。萊布尼茨首先是位偉大的哲學家,至簡的理念始終貫穿在他的哲學和數學研究中。他認為,任何數字都可以在 0 和 1 的基礎上產生。他對中國的哲學文化有著十分濃厚的興趣,當了解到《易經》時,不禁感嘆其中充滿智慧的符號系統和他的二進位制理論竟如此相仿 。

關於萊布尼茨是獨立發明的二進位制,還是受了《易經》啟發的爭論由來已久,事實上,二進位制在很多文化中都早有出現,也有很多先人對它進行過思考和探討,二進位制是人類文明發展到一定程度的必然結果,只是需要某個人把它系統地整理出來而已,而萊布尼茨就是這個人。

那麼,“逢 2 進 1”的二進位制如何表示數字呢?我們知道,對於一個十進位制數,從最右側的個位開始,越往高位,數位上的數字所代表的值越大,相鄰數位上相同的數字所代表的值相差 10 倍。比如 1024 中,個位上的 4 代表 4,十位上的 2 代表 20,千位上的 1 則代表 1000,用數學語言表達就是:

1024 = 1×103 + 0×102 + 2×101 + 4×100

總結而言,就是從右往左數,第 n 位上的數字所代表的值,是該數字與 10n-1 的乘積。

二進位制示數也遵循這一規則,對於一個全是 1 的二進位制數,從右往左,第 1 位表示 20, 第 2 位表示 21,第 3 位表示 22,第 4 位表示 23..............以此類推,第 11 位表示 210,即 1024。

下表羅列了部分常用的二進位制數,在計算機領域,為了方便閱讀和處理,常常會以 4 位為單位在二進位制串前補零。

十進位制數 二進位制形式 補零後的二進位制形式
0 0 0000
1 1 0001
2 10 0010
3 11 0011
4 100 0100
5 101 0101
6 110 0110
7 111 0111
8 1000 1000
9 1001 1001
16 1 0000 0001 0000
32 10 0000 0010 0000
64 100 0000 0100 0000
128 1000 0000 1000 0000
256 1 0000 0000 0001 0000 0000
512 10 0000 0000 0010 0000 0000
1024 100 0000 0000 0100 0000 0000

相關文章