
【计】 binary computer; radix two computer
二进制计算机(Binary Computer)指以二进制数制系统为基础进行数据处理和运算的电子计算机。其核心特征包括:
二进制(Binary)
采用仅含“0”和“1”两个符号的计数系统,对应物理电路的“关/开”(0V/5V)或“低/高”电平状态。例如,十进制数字“5”在二进制中表示为“101”。
二进制计算机的工作机制
通过逻辑门电路(如与非门、或非门)实现布尔代数运算,所有指令与数据均以二进制编码形式存储和处理。例如,中央处理器(CPU)的加法器直接对二进制位执行算术操作。
物理实现的可行性
二进制状态易于通过半导体器件(如晶体管)稳定表示,降低电路设计复杂度。现代计算机均采用此设计,如Intel x86架构处理器。
与布尔逻辑的天然契合
二进制值可直接映射到逻辑真值(1=True,0=False),使计算机能高效执行条件判断和流程控制。
历史渊源
冯·诺依曼体系结构(1945年)首次明确将二进制作为计算机核心数制,此设计沿用至今。
现代应用场景
从微控制器(如ARM Cortex-M系列)到超级计算机(如Frontier),均依赖二进制处理数据。量子计算机虽采用量子比特,但其结果仍需转换为二进制输出。
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二进制计算机是指以二进制数系统为基础进行信息处理和运算的计算机。以下从核心原理、实现原因、应用方式三方面详细解释:
二进制数系统基础 二进制仅使用0和1两个数字符号,通过位置记数法表示数值。例如二进制数1011对应十进制计算为: $$ 1×2 + 0×2 + 1×2 + 1×2^0 = 11 $$ 这种二值特性与电子元件的物理特性高度契合,如晶体管通过开关状态(导通/截止)即可稳定表示0和1。
采用二进制的根本原因
在计算机中的具体应用
现代计算机体系从1946年ENIAC开始全面采用二进制,这种设计使计算机处理速度每18个月翻一番的摩尔定律得以持续生效数十年。二进制简化了电子电路设计,使大规模集成电路发展成为可能,当前最先进的5纳米芯片可在1平方厘米集成150亿个晶体管,每个晶体管都工作在二值状态。
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