計算機為什麼要選擇二進制?前面章節介紹的都是半導體和芯片相關的内容，屬于“硬”的部分，從這一章開始将介紹“軟”的部分，包括操作系統、雲計算、人工智能等等這個系列的文章都屬于科普，會由淺入深，希望淺顯易懂，今天小編就來聊一聊關于計算機為什麼要選擇二進制?接下來我們就一起去研究一下吧!

計算機為什麼要選擇二進制

前面章節介紹的都是半導體和芯片相關的内容，屬于“硬”的部分，從這一章開始将介紹“軟”的部分，包括操作系統、雲計算、人工智能等等。這個系列的文章都屬于科普，會由淺入深，希望淺顯易懂。

所以，今天從二進制開始。

最早的計算機，比如1946年誕生的全世界第一台通用計算機ENIAC，實際上是采用十進制進行數字運算的，那為什麼現在的計算機包括一系列有運算功能的電子設備都采用的是二進制呢？

首先看一下二進制是如何發明的。

1679年，德國數學家、哲學家戈特弗裡德·萊布尼茨出版了《數學的二進制系統》，闡述了其二進制思想和二進制體系。這位老兄是很牛的，不但發明了二進制還跟牛頓前後獨立發明了微積分。

但是他搞二進制的靈感是來自于神學，在他看來上帝用七天創世，萬物開始的第一天為“1”，萬物完美的第七天就是“111”，這個二進制數字正好對應“7”。有了這個念頭，他對二進制更為着迷，認為宇宙的一切都應該表示為二進制數。

聽到這裡，大家是不是覺得有點熟悉？

公元前500多年，老子的《道德經》第四十二章中有一句“道生一，一生二，二生三，三生萬物”，這就是老子的宇宙生成論。而老子的思想又與更早的《易經》和八卦系統有關，八卦中最基礎的符号就是“陰”和“陽”。

特弗裡德·萊布尼茨是了解過《易經》和八卦系統，不過這是在1701年，也就是他發明了二進制之後，才由他的朋友法國漢學大師若阿基姆·布韋給介紹的。當時，他斷言：“二進制乃是具有世界普遍性的、最完美的邏輯語言”。雖然了解易經和八卦比較晚，但他老人家由此對中國神學文化産生了極大的興趣，在生命的後期一直在研究，并在去世前幾個月成稿了一份關于中國宗教思想的手稿：《論中國人的自然神學》。

特弗裡德·萊布尼茨發明了二進制，但在當時并沒有引起廣泛的應用，畢竟二進制對于人類而言實在太麻煩了，換句話說二進制在當時并沒有應用場景。

到了19世紀，也就是清朝正在和太平天國PK的時候，英國有一位自學成才的數學家喬治·布爾于1854年出版了一本書《思維規律的研究》。在這本書中，他試圖将人類的邏輯思維歸結為一系列的數學運算。

在書中喬治·布爾設計了一種語言，用來描述和操作人類的邏輯語句，從而判斷更複雜的命題是真還是假。他的同事德·摩根為此提出了著名的“德·摩根”定理，即一個等式：

NOT(A OR B)=(NOT A) AND (NOT B)

這個等式翻譯過來就是，如果命題A或命題B都不為真，那麼，命題A和命題B一定都為假。

這是一條看起來很簡單的邏輯判斷，這裡的NOT，OR以及AND代表了三個邏輯符号，分别是“假”、“或”以及“和”。然而，正是運用這最簡單的三個符号，卻能夠将大量更複雜的命題表示和分析出來。

不過，最早以命題邏輯搞推理的并不是19世紀的喬治同學，而是在公元前300多年就有的，正是亞裡士多德同學。他在邏輯學上有一個極其重要的“三段論”學說，一個三段論包括大前提、小前提和結論三個部分的論證。

比如：凡是人都會死（大前提）；蘇格拉底是人（小前提）；所以，蘇格拉底會死（結論）。

我相信喬治·布爾同學應該是了解三段論的，他進一步利用了數學符号将三段論進行了釋義，為用數字邏輯來表達萬物奠定了基礎。

時間到了這裡，我們有了NOT、OR、AND三種符号來表示事物的邏輯關系，有了真和假，即可以用二進制“1”和“0”表示邏輯關系的推理結果。好像還差點什麼……

1936年，20歲的勞德·香農獲得了一份工作，在麻省理工的微分分析機上面做計算設置。這台微分分析機上有一個由繼電器組成的複雜控制電路，繼電器是一個由電磁鐵控制的機械開關，隻有開或者關兩種狀态。

香農發現可以用組合的繼電器開關來表示喬治·布爾提出的邏輯語句，比如将兩個繼電器串聯，隻有在兩個都閉合的情況下才會有電流導通。這不就是AND操作麼！

同理，如果把兩個繼電器并聯，隻需要開一個電流就可以導通，這不就可以執行OR運算麼！

而繼電器的開和關可以用二進制的“1”和“0”來表示，也就是說任何邏輯命題的描述都可以用繼電器開關電路系統來實現，用二進制來表達。

看到這裡大家應該恍然，這就是将邏輯表達和電子操作對應起來了！那麼，就可以用繼電器組之間的連接來進行數字運算和邏輯運算。而采用二進制進行運算除了我們要處理的數據變長了之外，它的運算要比十進制簡單得多。具體，大家可以動手算一下，這裡就不浪費篇幅舉例了。

用二進制進行運算，加法和乘法都可以被簡化為一套非常簡單的規則，可以輕松用繼電器來實現。不久繼電器就被速度更快的電子管代替，電子管後來又被晶體管替代，晶體管集成電路也就是我們現在使用的芯片。

1948年，香農發表了《通信的數字原理》，在論文中使用bit（位）這個縮略詞來表示二進制單位“binarydigit”，這篇論文成為信息論的基礎。

1951年，第一台存儲程序計算機EDVAC誕生，它采用了二進制，是一台馮·諾依曼結構的計算機，也是真正意義上的現代通用計算機。

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