數字0，1是什麼？爲什麼會成爲現在計算機的信息基石？

在當今現代化的信息時代，我們越來越依賴於使用各種電子信息設備處理和傳輸大量的信息。當我們在手機上刷小黑盒、在微信上聊天時，當我們在PC、PS、NS等設備上游玩剛買的遊戲時，你是否曾經想過，當我們在按下按鍵之時，按鍵所表達的含義是如何被轉換成機器能夠理解的語言，並顯示在設備上的？

藏在這一信息傳輸過程的奧祕，便是計算機通訊最底層的基石——二進制，也就是0和1。

1. 什麼是二進制

談及二進制我們先簡單說一下十進制，它是我們日常生活中用的最多計算方式。

十進制的歷史可以追溯到古希臘時期，當時的數學家們使用十個符號來表示數值，這些符號後來被稱爲“阿拉伯數字”，併成爲了現代數字的基礎，也就是0~9。

十進制是我們平時最常用的數制系統，也被稱爲“普通數制”或“自然數制”，同一個位上最低爲0，最高爲9，注意，最高不是10，而是由於逢十進一（當記錄的數字大於“九”，也就是”十“以上時，就要進位加一），原本是個位數的9就會進位爲兩位數的10，這個10其實是10個1的組成。

那二進制呢？二進制可能聽起來很玄乎，但實際上，它也就是一個由0和1兩個數字組成的簡單數制系統。

二進制總共有兩個符號，也就是0和1，每一位只有這兩個符號，最高爲1；它也遵循類似的逢二進一法則（當記錄的數字大於“一”，也就是“二”以上時，就要進位加一），所以原本個位數的1就要進位爲兩位數的10，而這時這個10其實就是2個1的組成。

所以，如果用二進制要表示10進制的3，4，5，6，7，8，9，就會分別爲11，100，101，110，111，1000，1001，把你在日常在十進制上的運算法則類似地挪移到二進制去看看，便會知曉其實也就這樣。

（PS：除此之外，三進制、四進制……八進制……十六進制，都是這樣的規則，自己可以找找試試看）

2. 爲什麼二進制會用來成爲現代通信最底層的數字信息？

這裏可能會有人先糾結於爲什麼0，1這種抽象的數字信息，能被實體的機器所採用並變成信息流，從而完成實際工作或學習任務的。

那再簡要說明一下我們的設備通電之後，電信號是怎麼轉變成0，1這些數字信號的。

電信號是怎麼轉變成0，1這些數字信號的？

（ps：這裏我儘量嘗試不以電子學電極管什麼的角度解釋，講得通俗易懂點）

我們知道燈泡這種東西，它只有兩個狀態，要麼亮，要麼不亮；而控制它亮不亮的其實是開關，我們把開關打開，它就通電然後亮了，關閉它就暗了。因此我們可以嘗試把開關當作一個控制的節點，用1表示它開了，用0表示它關閉。

所以，當爲1時，表示有電壓，所以燈泡亮了；爲0時，沒有電壓，那燈泡就爲暗。

那如果我面前有兩個燈泡A和B，那總共會有多少種狀態？答案是4種，即A暗B暗，A暗B亮，A亮B暗，A亮B亮，也就是對應爲00，01，10，11，也就是說兩個燈泡的四種狀態可以用這四個二進制數表示。

那三個燈泡呢，那就有8種狀態，化爲二進制表示就是000，001，010，011，100，101，110，111（自己可以對照一下），四個、五個乃至更多的燈泡也都可以用更多的二進制來表示。

如你所見，這些各種燈泡的各種狀態都可以用不同的二進制表示，其實就是更改不同燈泡的通電狀態來表示各種二進制。

更具體的說，一個電子設備的電路結構裏，可以看作會有許許多多類似於這個燈泡開關的路線，我們就可以通過控制它們各自電壓的狀態，來向外表達出不同的二進制數，這樣設備上不同的操作所轉化成的電信號就可以具體表現爲由0，1組成的數字信號了。

反過來，輸入0，1組成的特定的數字信號，也可以轉化表示具體狀態的電信號，被機器讀入從而進行操作。

例子：鍵盤敲擊字母，隨後在電腦上顯示出來

當我們一開始敲下某個按鍵，比如A時，電腦就會讀取我們敲擊的A鍵的信息。不過電腦是不知道A這個字母，但是當我們敲下這個按鍵時，計算機對應電路的通電狀態有產生變化，這個狀態變化也會對應某個二進制的值，這樣電腦就知道這個二進制值是什麼了。

根據國際ASCII編碼表（全稱"美國信息交換標準代碼"，一個可以通過7位二進制記錄128個字符編碼的表），字母A在其中對應二進制爲1000001。

電腦知道二進制值爲1000001後，根據這個表上的映射，就會顯示爲A。這樣，我們鍵盤敲擊了A，電腦屏幕上也就會顯出A這個字母。

中文漢字也有對應的編碼表，比如常用的UTF-8。舉個例子，”漢“這一字在該表中對應的二進制值就是1110011010100101，對應十進制的數字就爲59045，十六進制就爲E6A5。

是不是位數太多了？沒辦法，漢字太多了，位數越多越能表現的狀態就越多。而英文只有26個字母，只需要很少位數的二進制值就能表示。

所以，換另外一個角度講，爲什麼7nm精度和5nm精度的芯片，後者爲什麼常常性能更好？就是因爲同一個面積大小的兩塊芯片，裏面電路構造精度爲5nm的芯片往往擁有更多的電路開關，可以表達更多的二進制，即顯示出更多的通電狀態，所以它的計算能力就更好，性能更強。

爲什麼這些機器都用二進制來表示信息呢？不用其他進制比如我們常用的十進制？

答案其實在上面的例子也給出來了。計算機中最基本構造其實挺簡單的：電子元件只有開和關兩種狀態，直接1和0就能表示；每一條電路也可以看作只有兩種狀態，有電或無電，也能表示1和0；每一個電壓的大小可以表示爲高電壓和低電壓，令高電壓爲1，低電壓爲0......

在二進制中，每一位只有0和1兩種狀態，這意味着計算機在進行運算時只需要判斷兩個數字的對應位是0還是1，從而大大減少了計算的複雜度。

這些電路結構各處的狀態組合在一起，就可以表示多個不同的總的狀態，就可以使一個計算機表達出不同的狀態了。所以通過二進制，機器就可以簡單方便地表示多種信息。

從計算機的內部架構到互聯網的數據傳輸，二進制都扮演着至關重要的角色，因爲它是計算機和數字電子設備中使用的基本編碼系統。所有的數字數據都可以使用二進制表示，我們日常所知的各種資料，包括文本、圖像、音頻和視頻等，計算機中的所有操作，如計算、存儲、傳輸和處理數據，都是通過二進制來實現的。

因此，二進制0和1，成爲了現在計算機時代的信息基石。