Dlaczego komputery używają tylko 0 i 1?

Dlaczego komputery używają tylko 0 i 1? Czy dodanie innych liczb, takich jak 2 lub 3, przyspieszy komputery? Również 2 i 3 mogą być użyte do skrócenia długości bitowej liczb całkowitych (2 i 3 mogą być użyte do zakończenia liczby całkowitej, tak że liczba 1 potrzebuje tylko jednego dwóch bitów.) ..

Dlaczego komputer binarny jest bardziej preferowany?

To ich nie przyspieszy. Teraz jest to proste: aby stworzyć podstawową bramę logiczną, taką jak NAND, wejścia logiczne ciągną wyjście do Vdd lub do masy. Jeśli użyjesz poziomów pośrednich, potrzebujesz FET, aby przejść do poziomów takich jak Vdd / 2 lub Vdd / 4. Zużyłoby to więcej energii i wymagałoby dokładniej działających komponentów, które potrzebowałyby więcej czasu na osiągnięcie ostatecznego poziomu. Jeśli umieścisz więcej wartości w pojedynczej jednostce danych, wymagana dokładność zwiększy się, podobnie jak czas ustalania. Używany obecnie system binarny po prostu popycha FET do Vcc.

exscape wspomina o odporności na zakłócenia i do tego właśnie odnosi się dokładność: o ile sygnał może różnić się od wartości nominalnej. W systemie binarnym może to być prawie 50% lub więcej niż 0,5 V w procesorze 1,2 V. Jeśli użyjesz 4 różnych poziomów, to tylko 300 mV od siebie, to odporność na zakłócenia nie może być lepsza niż 150 mV, możliwe 100 mV.

Należy pamiętać, że istnieją urządzenia Flash, które używają wielu poziomów do przechowywania więcej niż 1 bit w jednej komórce pamięci, to jest MLC (Multi-Level Cell) Flash. To nie zwiększa prędkości, ale pakuje więcej danych na jednym chipie.

Przechowywanie i obliczenia na poziomie binarnym są bardzo tanie, małe i szybkie. Ten tekst może być zbyt uproszczony, ale myślę, że dochodzi do sedna:

Odczytywanie binarnej komórki pamięci składa się z jednego prostego komparatora wykonującego swoją pracę: wysokiego / niskiego. Obliczenia sprowadzają się do bardzo prostych tabel składających się z czterech kombinacji danych wejściowych (00, 01, 10, 11) i do dwóch bitów wyjściowych (0 i 1).

Teraz, jeśli trzeba porównać kilka możliwych wartości, konieczne jest bardziej skomplikowane ustawienie komparatora, które jest wolniejsze lub znacznie większe niż proste. Ponadto tabele obliczeń stają się większe, więc obliczenia są również bardziej skomplikowane. Chociaż możemy zaoszczędzić trochę miejsca na zmniejszanie pamięci, wszystko inne, takie jak obliczenia i transport, stałoby się wykładniczo trudniejsze i wolniejsze.

Jak omówiono w innej odpowiedzi, cała konfiguracja musiałaby być znacznie bardziej precyzyjnie zbudowana, aby zachować odporność na zakłócenia.

Wszystkie te rzeczy razem oznaczają: o wiele bardziej wydajne jest umieszczenie miliardów bramek binarnych na chipie niż pół miliarda bramek czwartorzędowych.

Przejdź się po domu lub jeśli nie masz żadnego z tych przełączników, przejdź do sklepu ze sprzętem, zobacz, jak łatwo lub trudno jest ustawić i pozostawić przełącznik w środku na wyłączony, dodając trzeci stan, teraz spróbuj aby sprawdzić, czy nie można wyróżnić pozycji. Kolejny przykład: weź puszkę coli, butelkę piwa lub inny cylindryczny przedmiot i połóż go na boku, a następnie zrównoważyć marmur na górze, jak łatwy, szybki i stabilny jest ten zrównoważony marmur?

użycie tranzystora jako przełącznika jest bardzo łatwe, poprowadź go do jednej lub drugiej szyny, łatwo wyczuć moc wyjściową. Teraz, jeśli chciałbyś, aby wszystkie tranzystory nie były wyłączone, a były skalibrowane do różnych zakresów po jednym dla każdego stanu (oprócz wszystkich włączonych i wyłączonych, dwa stany środkowe, jak sugerujesz). Teraz cały system musi być znacznie dokładniejszy, droższy, narażony na błędy i awarie itp.

Zasadniczo próbowano to, lub niektóre wczesne komputery próbowały być dziesiętne (10 poziomów napięcia), to się nie udało. czy to tranzystor lampowy, czy krzemowy, znacznie łatwiej, taniej, szybciej, bardziej niezawodnie jest używać tranzystora jako przełącznika i ma tylko dwa stany, dolną szynę i górną szynę.

Oczywiście można to zrobić. Cała cyfrowa pamięć masowa na tej planecie ma 4 stany. DNA koduje dane jako jedną z czterech par zasad na bit, ułożonych w bajty po 3 bity. Dlatego każdy bajt może mieć 64 różne stany.

† Z wyjątkiem nieskończenie małej części sztucznie stworzonej przez jedną z czujących form życia.

System liczb binarnych składa się z 0 i 1, jak wiadomo. Inne popularne lub wcześniej używane systemy liczbowe to system liczb ósemkowych, szesnastkowych i dziesiętnych. Binarny, ósemkowy, dziesiętny i szesnastkowy ma odpowiednio 2, 8, 10 i 16 cyfr. W przypadku implementacji układów logicznych system binarny jest nieco mniej skomplikowany. Dlaczego? To dlatego, że możemy polegać tylko na dwóch cyfrach do budowy obwodów. Układ obwodu jest stosunkowo łatwiejszy do wdrożenia. Korzystanie z systemu liczb binarnych w projektowaniu obwodów jest mniej czasochłonne, mniej złożone, wymaga mniej elementów obwodów i pod każdym względem jest tańsze niż inne. Systemy ósemkowe i szesnastkowe były wcześniej używane do projektowania komputerów. Ale były złożone. Obwody były również złożone. Inżynierowie zaczęli więc używać systemu binarnego do wcześniej wymienionych zalet.

Dlaczego zamiast systemu dziesiętnego używany jest system binarny?

Dobre pytanie. W rzeczywistości istnieją komputery, które nie używają systemu binarnego. Komputery te zbudowane z wzmacniaczy operacyjnych nazywane są komputerami ANALOG . Komputery analogowe mogą dodawać, odejmować, zwielokrotniać i dzielić, a nawet wykonywać niektóre rodzaje integracji.

Dlaczego komputer binarny jest bardziej preferowany?

Czasami komputery binarne są dokładniejsze. Ponadto komputery binarne (takie jak mój laptop) mogą być miliony razy bardziej złożone. Zgaduję. Komputery analogowe muszą być obsługiwane w określonych ograniczonych warunkach i dawać ograniczone odpowiedzi. Możesz uczynić komputer cyfrowy tak złożonym, jak chcesz.

Oprócz innych odpowiedzi opracowałem natywne obwody cyfrowe na potrzeby logiki trójkowej. Myślę, że istnieje kompletny zestaw, który działa tak samo szybko, jak binarne układy logiczne (co oznacza, że ​​otrzymujemy 1,5-krotne zwiększenie wydajności); ma to jednak wysoki koszt. Obwody spalają energię w stanie bezczynności (nie tylko podczas przełączania), więc masz tyle ciepła do zrzucenia, że ​​nie jest to warte nowoczesnych procesorów. Ledwo skorzysta na głównym autobusie.