İkili Nedir ve Neden Bilgisayarlar Kullanır?

Bilgisayarlar, insanların yaptığı şekilde kelimeleri veya sayıları anlamamaktadır. Modern yazılım, son kullanıcının bunu görmezden gelmesine izin verir, ancak bilgisayarınızın en düşük seviyelerinde, her şey iki durumdan birinde kayıtlı olan ikili bir elektrik sinyaliyle gösterilir: açık veya kapalı. Karmaşık verileri anlamak için, bilgisayarınızın bunu ikili olarak kodlaması gerekir..

İkili bir baz 2 sayı sistemidir. Temel 2, bilgisayarınızın anlayabileceği açık ve kapalı durumlara karşılık gelen yalnızca iki basamak olan -1 ve 0 anlamına gelir. Muhtemelen 10'uncu sisteme aşinasınız. Ondalık, 0-9 arasında değişen on basamaktan yararlanır ve daha sonra iki basamaklı sayılar oluşturmak için etrafa sarılır ve her basamak sondan on kat daha değerlidir (1, 10, 100 vb.). İkili benzer, her hane sondan iki kat daha değerli.

İkili olarak sayma

İkili sayıdaki ilk hane ondalık olarak 1'dir. İkinci basamak 2, üçüncü, 4, dördüncü, 8, ve böylece her seferinde iki katına çıkar. Bunların hepsini eklemek, ondalık basamaktaki sayıyı verir. Yani,

1111 (ikili olarak) = 8 + 4 + 2 + 1 = 15 (ondalık)

0 için muhasebe, bu bize dört ikili bit için 16 olası değer verir. 8 bit'e geçin ve 256 olası değeriniz var. Bu, gösterilmesi çok daha fazla zaman alır, çünkü ondalık basamaktaki dört basamak bize 10.000 olası değer verir. Sayma sistemimizi yeniden clunkier yapmak için yeniden icat etmekle uğraşmakta zorluk çekiyoruz gibi görünebilir, ancak bilgisayarlar ikiliyi onlardan daha iyi anladıklarından daha iyi anlıyorlar. Elbette, ikili alan daha fazla yer kaplıyor, ancak donanım tarafından tutulduk. Ve bazı şeyler için, mantıksal işlem gibi, ikili dosya ondalıktan daha iyidir.

Programlamada da kullanılan başka bir temel sistem var: onaltılık. Bilgisayarlar onaltılık bir alanda çalışmasa da, programcılar kod yazarken ikili adresleri insan tarafından okunabilir bir biçimde göstermek için kullanırlar. Bunun nedeni, onaltılık iki basamağın bir bayt, ikili olarak sekiz basamağı temsil edebilmesidir. Onaltılı, ondalık gibi 0-9 ve ek altı basamağı temsil etmek için A - F harflerini kullanır.

Peki, Bilgisayarlar Neden İkili Kullanıyor??

Kısa cevap: donanım ve fizik yasaları. Bilgisayarınızdaki her sayı elektriksel bir sinyaldir ve bilgisayarın ilk günlerinde, elektrik sinyallerini kesin olarak ölçmek ve kontrol etmek çok daha zordu. Yalnızca, negatif yük ile temsil edilen “açık” durum ile pozitif bir ücret ile temsil edilen “kapalı” durum arasında ayrım yapmak daha mantıklıydı. “Kapalı” nın neden pozitif bir şarjla temsil edildiğinden emin olmayanlar için, elektronların negatif bir şarjı olması nedeniyle, elektronların negatif bir şarj ile daha fazla akım anlamına gelmesi.

Bu nedenle, oda büyüklüğündeki ilk bilgisayarlar bilgisayarlarını sistemlerini kurmak için kullandılar ve daha eski ve hantal donanımlar kullandılar, aynı temel ilkeleri koruduk. Modern bilgisayarlar, ikili ile hesaplamaları yapmak için transistör olarak bilinenleri kullanır. İşte bir alan etkili transistörün (FET) neye benzediğini gösteren bir diyagram:

Temelde, akımın yalnızca geçitte bir akım varsa kaynağından drenaja akmasına izin verir. Bu bir ikili anahtar oluşturur. Üreticiler bu transistörleri 5 nanometreye veya iki DNA şeridinin boyutuna kadar inanılmaz derecede küçük bir şekilde inşa edebilirler. Modern CPU'lar böyle işler ve hatta açık ve kapalı durumlar arasında farklılık gösteren sorunlardan muzdarip olabilirler (bununla birlikte çoğunlukla gerçek olmayan moleküler boyutlarından dolayı, kuantum mekaniğinin garipliğine maruz kalırlar).

Ama Neden Sadece Baz 2?

Öyleyse, “neden sadece 0 ve 1? Sadece başka bir rakam ekleyemez miydiniz? ”Bir kısmı bilgisayarların nasıl inşa edildiğinin geleneğine bağlıyken, başka bir rakam eklemek, sadece“ kapalı ”ve“ açık ”değil farklı akım seviyelerini ayırt etmek zorunda kalacağımız anlamına gelir , ”Ama aynı zamanda“ biraz ”ve“ çok ”gibi durumları da belirtiyor.

Buradaki sorun, eğer birden fazla voltaj seviyesi kullanmak istiyorsanız, onlarla kolayca hesaplamalar yapmak için bir yönteme ihtiyacınız olacak ve bunun için donanım, ikili hesaplamanın yerine geçmesi için uygun değildir. Gerçekten de var; buna üçlü bir bilgisayar denir ve 1950'lerden bu yana olmuştur, ancak bunun üzerinde neredeyse durdurulan yer burasıdır. Üçlü mantık ikiliden çok daha etkilidir, ancak henüz kimsenin ikili transistör için etkili bir yedeği yoktur veya en azından, ikili olarak aynı küçük ölçeklerde onları geliştirmeye yönelik hiçbir çalışma yapılmamıştır..

Üçlü mantığı kullanmamamızın nedeni, transistörlerin bir bilgisayara istiflenmesiyle ilgilidir - “kapılar”-ve matematik yapmak için nasıl kullanıldığını. Gates iki girdi alır, üzerinde bir işlem gerçekleştirir ve bir çıktı döndürür.

Bu bizi uzun cevaplara götürür: ikili matematik bir bilgisayar için her şeyden çok daha kolaydır. Boolean mantığı, True ve False tarafından açık ve kapalı olarak temsil edilen ikili sistemlere kolayca eşlenir. Bilgisayarınızdaki kapılar boolean mantığıyla çalışır: iki girdi alırlar ve üzerinde AND, OR, XOR vb. Gibi işlem yaparlar. İki girişi yönetmek kolaydır. Her olası girişin cevaplarını çizecek olsaydınız, doğruluk tablosu olarak bilinen şeye sahip olursunuz:

Boolean mantığı üzerinde çalışan bir ikili doğruluk tablosu, her temel işlem için dört olası çıkışa sahip olacaktır. Fakat üçlü kapılar üç girdi aldığından üçlü bir doğruluk tablosu 9 ya da daha fazla olacaktır. Bir ikili sistem 16 olası operatöre sahipken (2 ^ 2 ^ 2), üçlü bir sistemde 19,683 (3 ^ 3 ^ 3) olacaktır. Ölçeklendirme bir sorun haline gelir, çünkü üçlü madde daha verimli iken, aynı zamanda katlanarak daha da karmaşık hale gelir.

Kim bilir? Gelecekte, ikili bilgisayarların bir moleküler seviyeye inmesiyle üçlü bilgisayarların bir şey olduğunu görmeye başlayabiliriz. Şimdilik, yine de, dünya ikili üzerinde çalışmaya devam edecek.

Resim kredisi: spainter_vfx / Shutterstock, Wikipedia, Wikipedia, Wikipedia, Wikipedia