数字0，1是什么？为什么会成为现在计算机的信息基石？

在当今现代化的信息时代，我们越来越依赖于使用各种电子信息设备处理和传输大量的信息。当我们在手机上刷小黑盒、在微信上聊天时，当我们在PC、PS、NS等设备上游玩刚买的游戏时，你是否曾经想过，当我们在按下按键之时，按键所表达的含义是如何被转换成机器能够理解的语言，并显示在设备上的？

藏在这一信息传输过程的奥秘，便是计算机通讯最底层的基石——二进制，也就是0和1。

1. 什么是二进制

谈及二进制我们先简单说一下十进制，它是我们日常生活中用的最多计算方式。

十进制的历史可以追溯到古希腊时期，当时的数学家们使用十个符号来表示数值，这些符号后来被称为“阿拉伯数字”，并成为了现代数字的基础，也就是0~9。

十进制是我们平时最常用的数制系统，也被称为“普通数制”或“自然数制”，同一个位上最低为0，最高为9，注意，最高不是10，而是由于逢十进一（当记录的数字大于“九”，也就是”十“以上时，就要进位加一），原本是个位数的9就会进位为两位数的10，这个10其实是10个1的组成。

那二进制呢？二进制可能听起来很玄乎，但实际上，它也就是一个由0和1两个数字组成的简单数制系统。

二进制总共有两个符号，也就是0和1，每一位只有这两个符号，最高为1；它也遵循类似的逢二进一法则（当记录的数字大于“一”，也就是“二”以上时，就要进位加一），所以原本个位数的1就要进位为两位数的10，而这时这个10其实就是2个1的组成。

所以，如果用二进制要表示10进制的3，4，5，6，7，8，9，就会分别为11，100，101，110，111，1000，1001，把你在日常在十进制上的运算法则类似地挪移到二进制去看看，便会知晓其实也就这样。

（PS：除此之外，三进制、四进制……八进制……十六进制，都是这样的规则，自己可以找找试试看）

2. 为什么二进制会用来成为现代通信最底层的数字信息？

这里可能会有人先纠结于为什么0，1这种抽象的数字信息，能被实体的机器所采用并变成信息流，从而完成实际工作或学习任务的。

那再简要说明一下我们的设备通电之后，电信号是怎么转变成0，1这些数字信号的。

电信号是怎么转变成0，1这些数字信号的？

（ps：这里我尽量尝试不以电子学电极管什么的角度解释，讲得通俗易懂点）

我们知道灯泡这种东西，它只有两个状态，要么亮，要么不亮；而控制它亮不亮的其实是开关，我们把开关打开，它就通电然后亮了，关闭它就暗了。因此我们可以尝试把开关当作一个控制的节点，用1表示它开了，用0表示它关闭。

所以，当为1时，表示有电压，所以灯泡亮了；为0时，没有电压，那灯泡就为暗。

那如果我面前有两个灯泡A和B，那总共会有多少种状态？答案是4种，即A暗B暗，A暗B亮，A亮B暗，A亮B亮，也就是对应为00，01，10，11，也就是说两个灯泡的四种状态可以用这四个二进制数表示。

那三个灯泡呢，那就有8种状态，化为二进制表示就是000，001，010，011，100，101，110，111（自己可以对照一下），四个、五个乃至更多的灯泡也都可以用更多的二进制来表示。

如你所见，这些各种灯泡的各种状态都可以用不同的二进制表示，其实就是更改不同灯泡的通电状态来表示各种二进制。

更具体的说，一个电子设备的电路结构里，可以看作会有许许多多类似于这个灯泡开关的路线，我们就可以通过控制它们各自电压的状态，来向外表达出不同的二进制数，这样设备上不同的操作所转化成的电信号就可以具体表现为由0，1组成的数字信号了。

反过来，输入0，1组成的特定的数字信号，也可以转化表示具体状态的电信号，被机器读入从而进行操作。

例子：键盘敲击字母，随后在电脑上显示出来

当我们一开始敲下某个按键，比如A时，电脑就会读取我们敲击的A键的信息。不过电脑是不知道A这个字母，但是当我们敲下这个按键时，计算机对应电路的通电状态有产生变化，这个状态变化也会对应某个二进制的值，这样电脑就知道这个二进制值是什么了。

根据国际ASCII编码表（全称"美国信息交换标准代码"，一个可以通过7位二进制记录128个字符编码的表），字母A在其中对应二进制为1000001。

电脑知道二进制值为1000001后，根据这个表上的映射，就会显示为A。这样，我们键盘敲击了A，电脑屏幕上也就会显出A这个字母。

中文汉字也有对应的编码表，比如常用的UTF-8。举个例子，”汉“这一字在该表中对应的二进制值就是1110011010100101，对应十进制的数字就为59045，十六进制就为E6A5。

是不是位数太多了？没办法，汉字太多了，位数越多越能表现的状态就越多。而英文只有26个字母，只需要很少位数的二进制值就能表示。

所以，换另外一个角度讲，为什么7nm精度和5nm精度的芯片，后者为什么常常性能更好？就是因为同一个面积大小的两块芯片，里面电路构造精度为5nm的芯片往往拥有更多的电路开关，可以表达更多的二进制，即显示出更多的通电状态，所以它的计算能力就更好，性能更强。

为什么这些机器都用二进制来表示信息呢？不用其他进制比如我们常用的十进制？

答案其实在上面的例子也给出来了。计算机中最基本构造其实挺简单的：电子元件只有开和关两种状态，直接1和0就能表示；每一条电路也可以看作只有两种状态，有电或无电，也能表示1和0；每一个电压的大小可以表示为高电压和低电压，令高电压为1，低电压为0......

在二进制中，每一位只有0和1两种状态，这意味着计算机在进行运算时只需要判断两个数字的对应位是0还是1，从而大大减少了计算的复杂度。

这些电路结构各处的状态组合在一起，就可以表示多个不同的总的状态，就可以使一个计算机表达出不同的状态了。所以通过二进制，机器就可以简单方便地表示多种信息。

从计算机的内部架构到互联网的数据传输，二进制都扮演着至关重要的角色，因为它是计算机和数字电子设备中使用的基本编码系统。所有的数字数据都可以使用二进制表示，我们日常所知的各种资料，包括文本、图像、音频和视频等，计算机中的所有操作，如计算、存储、传输和处理数据，都是通过二进制来实现的。

因此，二进制0和1，成为了现在计算机时代的信息基石。