什么是二进制?它的计数形式是什么样?
二进制(binary)在数学和数字电路中指以2为基数的记数系统,以2为基数代表系统是二进位制的。二进制数据也是采用位置计数法,其位权是以2为底的幂。
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好的,我们用中文来解释二进制。
1. 什么是二进制?
- 二进制 是一种计数系统,或者叫进位制。
- 它的核心特点是:“逢二进一”。
- 这意味着它只使用两个数字符号:0 和 1。
- 我们日常使用的数字系统是十进制,它使用十个数字符号 (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9),并且是“逢十进一”。
- 二进制是现代计算机系统工作的基础。计算机内部的所有数据(数字、文字、图片、声音、指令)最终都是以二进制形式(一串串的 0 和 1)来表示、存储和处理的。这是因为计算机内部的电子元器件(如晶体管)通常只有两种稳定状态(如:开/关、高电平/低电平、有磁性/无磁性),可以非常方便地用 0 和 1 来代表这两种状态。
2. 二进制的计数形式是什么样?
二进制的计数形式由 0 和 1 这两个符号排列组合而成。它的规则是“逢二进一”:
- 起始: 从 0 开始。
- 加一:
- 0 + 1 = 1
- 1 + 1 = 10 (因为单个位上只有0和1,所以1+1需要进位到更高一位,变成10,表示数值“二”)
- 10 + 1 = 11
- 11 + 1 = 100 (11中的个位是1,+1后变成2,逢二进一,个位变0,十位的1+进位来的1等于2,再次逢二进一,十位变0,百位变1,所以是100)
理解“位权”: 和十进制类似,在二进制中,每个数字所在的位置(位)也有不同的“权重”(位权)。权重是 2^n,n 是从最低位(最右边)为0开始向左递增的数字。
- 最右边一位(最低位 / 个位): 位权是 2^0 = 1。这表示该位上的 0 或 1 代表它本身的值乘以 1。
- 右边第二位: 位权是 2^1 = 2。这表示该位上的 0 或 1 代表它本身的值乘以 2。
- 右边第三位: 位权是 2^2 = 4。
- 右边第四位: 位权是 2^3 = 8。
- 依此类推... (2^4=16, 2^5=32, 等等)
数值计算: 要得到一个二进制数代表多大的十进制数,只需要将每一位上的数字(0 或 1)乘以其对应的位权,然后将所有这些乘积相加。
例子:
-
二进制
0:- 个位:
0(2^0) = 0 1 = 0 - 总和 = 0 (对应十进制 0)
- 个位:
-
二进制
1:- 个位:
1(2^0) = 1 1 = 1 - 总和 = 1 (对应十进制 1)
- 个位:
-
二进制
10:- 二位:
1(2^1) = 1 2 = 2 - 一位:
0(2^0) = 0 1 = 0 - 总和 = 2 + 0 = 2 (对应十进制 2)
- 二位:
-
二进制
11:- 二位:
1(2^1) = 1 2 = 2 - 一位:
1(2^0) = 1 1 = 1 - 总和 = 2 + 1 = 3 (对应十进制 3)
- 二位:
-
二进制
101:- 三位:
1(2^2) = 1 4 = 4 - 二位:
0(2^1) = 0 2 = 0 - 一位:
1(2^0) = 1 1 = 1 - 总和 = 4 + 0 + 1 = 5 (对应十进制 5)
- 三位:
-
二进制
1010:- 四位:
1(2^3) = 1 8 = 8 - 三位:
0(2^2) = 0 4 = 0 - 二位:
1(2^1) = 1 2 = 2 - 一位:
0(2^0) = 0 1 = 0 - 总和 = 8 + 0 + 2 + 0 = 10 (对应十进制 10)
- 四位:
计数序列示例(对比十进制):
| 十进制数 | 二进制数 |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
| 2 | 10 |
| 3 | 11 |
| 4 | 100 |
| 5 | 101 |
| 6 | 110 |
| 7 | 111 |
| 8 | 1000 |
| 9 | 1001 |
| 10 | 1010 |
| 11 | 1011 |
| 12 | 1100 |
| 13 | 1101 |
| 14 | 1110 |
| 15 | 1111 |
总结:
- 二进制是什么? 是只用 0 和 1 两个数字符号,并且 “逢二进一” 的计数系统。
- 计数形式: 由 0 和 1 组合成的序列。数值大小取决于每个数字符号所在的位置(位权),位权从右向左按 2^0 (1), 2^1 (2), 2^2 (4), 2^3 (8)... 递增。
- 重要性: 它是现代数字计算的基础,所有计算机内部的数据最终都以二进制的形式存在(每一位0或1对应一种物理状态,如高低电压)。
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