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binary - sistema - ¿Por qué las computadoras funcionan en binario?



sistema binario ejercicios (10)

He hecho algunas búsquedas pero no he encontrado una respuesta realmente satisfactoria. Como desarrollador quiero invertir el tiempo necesario para entender esto, por lo tanto, estoy buscando una explicación completa sobre esto y me siento libre de proporcionar cualquier referencia útil.

Gracias.

Bueno, en las computadoras siempre vamos con las cosas con menos complejidad que nos ayudan a acelerar los cálculos. Así que aquí si vemos binario es el menos complejo de todos ..

Considera el número 1000 aquí,

Para unario: - Símbolos de entrada {0} No de dígitos para representar 1000: - 1000, Complejidad: - 1000 * 1 = 1000

Para Binario: - Símbolos de entrada {0,1} No de dígitos para representar 1000: - 10, Complejidad: - 10 * 2 = 20

Para Ternario: - Símbolos de entrada {0,1,2} No de dígitos para representar 1000: - 7, Complejidad: - 7 * 3 = 21

Para decimal: - Símbolos de entrada {0,1,2 ... 9} No de dígitos para representar 1000: - 4, Complejidad: - 4 * 10 = 40

Así vemos que el binario tiene la menor complejidad.

Bueno, supongo que debe considerar los IC dentro de una PC, cada IC tiene millones de Gates, en su mayoría NANDS o NORS, y cada cálculo es verdadero o falso, es decir, 0 o 1 respectivamente, y por lo tanto el número binario sería suficiente. Espero que esté claro :-)

Esto se debe a cómo funcionan las puertas lógicas: hay una salida lógica (1) si la tensión de control excede un cierto umbral; no hay salida lógica (0) si no.

Pero probablemente mucho más crucial:

Quizás una vez las computadoras ya no funcionen en binario cuando surgen máquinas basadas en Quantum (u otras cosas como esa, que quizás alienten representaciones de estado más complejas). Pero como los valores binarios son la representación más simple posible de cualquier estado (más complejo) , incluso en "tiempos cuánticos" probablemente sería más apropiado quedarse con computadoras que trabajan en binario (abstraerse de otras representaciones físicas como ternaria o algo así, si se da) .

Las computadoras básicamente funcionan con señales eléctricas; como una máquina tonta, solo puede entender ''alto'' y ''bajo''. Alto es + 5v y bajo es 0v. (v-voltio). Por lo tanto, el 1 en binario representa alto o ''on''. 0 representa "bajo" o "apagado". Entonces, se necesita binario para hacer que la computadora entienda algo.

Las computadoras están usando la electricidad como medio para transportar información. Y la forma más fácil de usar la electricidad como información es activada o desactivada (1 o 0).

Seguro que puedes usar diferentes voltajes para representar diferentes números, pero los componentes electrónicos para hacerlo son realmente complicados.

También es importante tener en cuenta que la capacidad de escribir y leer 1 y 0 es suficiente para calcular cualquier cálculo, esto se denomina Turing exhaustividad , por lo que no es necesario encontrar algunos sistemas más complejos que permitan algo más que los binarios.

(Ok, para ser minucioso, la integridad de Turing se puede lograr solo con una memoria infinita, pero esto no es realmente relevante aquí).

Las computadoras podrían haberse construido para funcionar incluso con números decimales, pero desde el punto de vista de la ingeniería es mucho más seguro distinguir solo dos estados.

El voltaje del valor 1 (+ 5V) es solo un valor teórico, en la vida real siempre difiere un poco. Si hubieran hecho computadoras con decimales, no habría manera de saber si + 4.75V es 9 o 10.

Ok ... te daré mi opinión al respecto, pero primero es necesario decir que estoy lejos de ser un experto, así que toma mi respuesta con cuidado.

En la parte inferior de todo este hardware, puertas y transistores, una computadora, no es más que un circuito. En cada parte de un circuito, los impulsos eléctricos pueden fluir ... o no fluir (esta es una versión simplificada, lea el comentario de paxdiablo). 2 estados. Estos dos estados se pueden representar con un 0 o un 1. ¡Y eso es binario!

De hecho, los cálculos matemáticos se pueden hacer en cada base, la única razón por la cual el ser humano usa base-10 es que (usamos) tenemos 10 dedos, por lo que es fácil de entender para nosotros. Los sistemas digitales tienen dos estados, por lo que la base 2 es la mejor opción para ellos.

Porque las computadoras son máquinas estatales y comprenden principalmente dos estados. Es decir, de forma intermitente y se trata de la electricidad. Esa es la razón principal.

Además, ¿de qué otra manera encontrarías camisetas que dicen que hay 10 tipos de personas, las que entienden binario y las que no? :)

Recomendaría comprar este book por Andrew S. Tanenbaum . Desarrolló uno de los antecesores de Linux llamado Minix. Utilicé book como parte de mi curso universitario.

Por qué las computadoras usan el binario no es solo una cuestión de cambio de contexto.

Relativo a una tensión de referencia de, por ejemplo, 3v. + 1v (4v) = verdadero o 1 y -1v (2v) = falso o 0.

También tiene que ver con el método más eficiente de crear circuitos de control o lógicos . Esto tiene que ver con el costo de implementación. ¿Cuánto cuesta construir circuitos que funcionen con binarios en comparación con los circuitos que funcionan con decimales o analógicos? Consulte esta respuesta .

Si compara cuántos miles de millones de transistores de circuitos binarios se ajustan a una CPU moderna. El costo de hacerlo con un sistema decimal (o analógico) aumenta exponencialmente por cada dígito que desee agregar, ya que ahora tiene que agregar muchos más circuitos de control.

Si desea comprender algunos de los componentes contribuyentes más importantes que han ayudado a convertir el binario en el estándar predeterminado para la lógica y el control de los circuitos, lea y comprenda los siguientes temas de Wikipedia. Tomará aproximadamente 4 horas leer los temas más importantes, que tienen que ver con parte de la ingeniería eléctrica utilizada para crear los circuitos.

Intenté completar esta lista de conceptos que necesita para comprender cómo funcionan los conmutadores reales y por qué se utilizan. Además de por qué la Arithmetic binaria es una forma tan eficiente de computación en hardware.

  • Tipos de transistores Comprenda los tipos de transistores pnp y npn para comprender cómo funciona el circuito real que forma los interruptores. Estos circuitos son muy económicos de hacer y pueden reducirse a un tamaño minúsculo (nano metro)
  • Circuitería lógica. Si comprende los circuitos lógicos básicos, comprenderá cómo se utilizan los tipos de transistores reales para implementarlos. Estos se relacionan con algunas de las construcciones de programación como "y &&" o || " y "si, rama" construye.
  • DigitalCircuitry tiene una sección completa de desventajas de uso que compara circuitos analógicos y digitales
  • La puerta lógica NAND es importante ya que todos los demás circuitos de la puerta lógica se pueden implementar utilizando solo esta puerta lógica. Simplificación del proceso de fabricación, ya que la complejidad de la maquinaria utilizada para crear los circuitos puede simplificarse.
  • Circuitos de Adder Para entender cómo se realiza la suma básica utilizando puertas lógicas.
  • Complemento de dos, esto es una gran ayuda para entender la representación de números en las CPU reales. También es muy barato implementar este tipo de aritmética en una CPU, ya que requiere menos transistores. Por ejemplo, un simple circuito de adición es todo lo que hay que hacer para sumar y restar. Si agrega un número negativo, obtiene la respuesta correcta, es decir, +7 + (-4) = +3. Esto también ayuda a entender el desbordamiento de enteros.
  • Binary_number
  • Estos son algunos de los circos más utilizados para controlar otros circuitos. Estos controlan cuando los circuitos se encienden y se apagan. Encoder Decoder Cómo se implementa la lógica de condición (si o ramificación).
  • Multiplexer es fundamental para la forma en que se realiza el enrutamiento. En una CPU, BUS y en una red. Uno de los circuitos lógicos más comunes que se encuentran en la mayoría de los dispositivos digitales.

Ahora para algunas cosas de núcleo duro. C. y C ++ se utilizan para escribir controladores de dispositivos que hablan con el hardware real. Si realmente desea conocer cómo funcionan ciertos dispositivos, su CPU y / o dispositivos externos aprenden el ensamblador . Comenzará a ver cómo puede apagar un dispositivo configurando un determinado registro de dispositivo a un valor específico, que será leído por un circuito lógico para cambiar el estado de los dispositivos. Por ejemplo, comprenderá por qué (0101) base2 = 5 (cosas relacionadas con binarios) se dirigirá de forma específica a través de los circuitos para encender y apagar el dispositivo.