是什么原因让我们用的计算机是二进制而不是三进制或者十进制？
我们现在使用的计算机普遍采用二进制，这背后其实是一系列历史选择和技术限制共同作用的结果。要说服你为什么不是三进制或十进制，得从计算机最核心的运作方式说起。
计算机的心脏：开关
最根本的原因在于，计算机本质上是一个处理信息的机器，而信息在机器里需要通过物理元件来存储和传递。这些物理元件最容易实现、最可靠的就是“开”和“关”两种状态。
你可以想象一下，最早期的计算机，它们的工作原理就像一个巨大的、极其复杂的电灯开关阵列。
开关的“开”和“关”： 一个电灯开关，你一目了然，它要么是通电（亮），要么是不通电（灭）。这两种状态非常清晰，不容易混淆。将这种物理状态映射到信息上，就是“开”代表1，“关”代表0。这就是二进制的基石。
为什么不是十进制？ 如果要用十进制，那就需要有十种不同的状态来表示数字0到9。设想一下，你需要一个物理元件，它能精确地分辨出10种不同的电压等级，或者10种不同的磁场强度，或者10种不同的光亮度。这在技术上是极其困难的。
可靠性问题： 即使我们能做到，这些状态的区分度会非常小。稍微一点点干扰，比如电压的微小波动、灰尘的积累、温度的变化，都可能让一个“7”被错误地识别成“6”或“8”。这对于需要处理海量数据的计算机来说，简直是灾难性的。一个微小的错误，就可能导致整个计算结果的谬误。二进制的“开”和“关”这种剧烈的状态差异，抗干扰能力就强得多。
成本和复杂性： 实现和控制10种状态的物理元件，其复杂性和制造成本都会远超实现两种状态的元件。每一个元件都需要更精密的制造工艺和更复杂的控制电路。这就像你同时维护十个不同档位的离合器，而不是只有一个最简单的“挂挡”或“不挂挡”的模式。
为什么不是三进制（或者其他进制）？ 三进制需要三种状态。比如，0、1、2，或者“关”、“半开”、“全开”。理论上，这比十进制的十种状态要容易实现一些，因为状态数量更少。
仍然存在可靠性问题： 尽管比十进制好，但三种状态的区分度仍然比二进制的两种状态要小。同样，轻微的干扰就可能导致状态识别错误。而且，要设计出能稳定可靠地工作在三种状态之间的物理元件，其复杂性仍然会高于二进制元件。
信息密度并非最优选择： 虽然看起来少一种状态可以简化，但二进制在信息存储密度上其实是“效率足够高”的。一个二进制位（bit）可以表示两种状态，而一个三进制位（trit）可以表示三种状态。如果要表示同样的信息量，比如从0到9，二进制需要4个位（2^4=16），而三进制只需要3个位（3^3=27）。看起来三进制似乎更省位。但是，考虑到底层物理实现上的巨大困难和可靠性损失，这种理论上的效率提升并不足以抵消实际的工程难题。在工程上，我们往往需要在“理论最优”和“实际可行”之间找到一个平衡点，而二进制恰好在这个平衡点上表现出色。
历史的必然：电子管的时代
再往前追溯，计算机的早期是以电子管为基础的。电子管就像一个由电子控制的开关。
电子管的工作原理： 电子管通过控制阴极发射电子，这些电子被栅极控制着流向阳极。只要给栅极施加一个电压，电子就能顺利通过并产生电流（“开”）；如果栅极电压不够，电子就无法通过（“关”）。这种简单的“有电压”和“无电压”两种状态，天然就符合二进制的逻辑。
晶体管的继承： 后来，晶体管取代了笨重且发热量大的电子管。但晶体管的基本工作原理与电子管类似，也是通过控制一个电信号来控制另一个电信号的通断。它依然是最适合表示“开”和“关”两种状态的电子元件。
半导体技术的优势： 晶体管的出现是计算机发展的关键一步。它小巧、省电、发热少且可以大量集成。而半导体技术在制造能够稳定工作在两种状态的元件方面，已经发展得非常成熟，并且成本极低。去发展能够稳定工作在三种或更多状态的半导体元件，技术难度和成本都会指数级增长，并且不一定能带来同等比例的性能提升。
总结一下，为什么是二进制？
1. 最可靠的物理实现： 开关的“开”和“关”是最容易、最可靠地用电子元件来实现的两种状态。
2. 强大的抗干扰能力： 二进制状态差异巨大，不易受外部干扰影响，保证了计算的准确性。
3. 成熟的电子技术： 电子管和后来的晶体管，其基本工作原理天然适合二进制。半导体技术在制造二进制元件方面已经高度成熟，成本低廉。
4. 简洁的逻辑和电路设计： 二进制逻辑（布尔代数）非常简单，便于设计和实现复杂的计算功能。用两种状态来构建逻辑门（AND, OR, NOT）比用多种状态要容易得多。
5. 工程上的权衡： 虽然理论上更高进制可能在某些方面更“高效”，但实际的工程实现难度和可靠性损失是巨大的，不足以抵消二进制的优势。
所以，不是我们“想”用二进制，而是它最符合当时以及现在电子元件的物理特性和工程实现的难度。这就像你造房子，地基打不好，上面盖多高的楼都没用。二进制就是计算机最牢固、最可靠的地基。
计算机的心脏：开关
最根本的原因在于，计算机本质上是一个处理信息的机器，而信息在机器里需要通过物理元件来存储和传递。这些物理元件最容易实现、最可靠的就是“开”和“关”两种状态。
你可以想象一下，最早期的计算机，它们的工作原理就像一个巨大的、极其复杂的电灯开关阵列。
开关的“开”和“关”： 一个电灯开关，你一目了然，它要么是通电（亮），要么是不通电（灭）。这两种状态非常清晰，不容易混淆。将这种物理状态映射到信息上，就是“开”代表1，“关”代表0。这就是二进制的基石。
为什么不是十进制？ 如果要用十进制，那就需要有十种不同的状态来表示数字0到9。设想一下，你需要一个物理元件，它能精确地分辨出10种不同的电压等级，或者10种不同的磁场强度，或者10种不同的光亮度。这在技术上是极其困难的。
可靠性问题： 即使我们能做到，这些状态的区分度会非常小。稍微一点点干扰，比如电压的微小波动、灰尘的积累、温度的变化，都可能让一个“7”被错误地识别成“6”或“8”。这对于需要处理海量数据的计算机来说，简直是灾难性的。一个微小的错误，就可能导致整个计算结果的谬误。二进制的“开”和“关”这种剧烈的状态差异，抗干扰能力就强得多。
成本和复杂性： 实现和控制10种状态的物理元件，其复杂性和制造成本都会远超实现两种状态的元件。每一个元件都需要更精密的制造工艺和更复杂的控制电路。这就像你同时维护十个不同档位的离合器，而不是只有一个最简单的“挂挡”或“不挂挡”的模式。
为什么不是三进制（或者其他进制）？ 三进制需要三种状态。比如，0、1、2，或者“关”、“半开”、“全开”。理论上，这比十进制的十种状态要容易实现一些，因为状态数量更少。
仍然存在可靠性问题： 尽管比十进制好，但三种状态的区分度仍然比二进制的两种状态要小。同样，轻微的干扰就可能导致状态识别错误。而且，要设计出能稳定可靠地工作在三种状态之间的物理元件，其复杂性仍然会高于二进制元件。
信息密度并非最优选择： 虽然看起来少一种状态可以简化，但二进制在信息存储密度上其实是“效率足够高”的。一个二进制位（bit）可以表示两种状态，而一个三进制位（trit）可以表示三种状态。如果要表示同样的信息量，比如从0到9，二进制需要4个位（2^4=16），而三进制只需要3个位（3^3=27）。看起来三进制似乎更省位。但是，考虑到底层物理实现上的巨大困难和可靠性损失，这种理论上的效率提升并不足以抵消实际的工程难题。在工程上，我们往往需要在“理论最优”和“实际可行”之间找到一个平衡点，而二进制恰好在这个平衡点上表现出色。
历史的必然：电子管的时代
再往前追溯，计算机的早期是以电子管为基础的。电子管就像一个由电子控制的开关。
电子管的工作原理： 电子管通过控制阴极发射电子，这些电子被栅极控制着流向阳极。只要给栅极施加一个电压，电子就能顺利通过并产生电流（“开”）；如果栅极电压不够，电子就无法通过（“关”）。这种简单的“有电压”和“无电压”两种状态，天然就符合二进制的逻辑。
晶体管的继承： 后来，晶体管取代了笨重且发热量大的电子管。但晶体管的基本工作原理与电子管类似，也是通过控制一个电信号来控制另一个电信号的通断。它依然是最适合表示“开”和“关”两种状态的电子元件。
半导体技术的优势： 晶体管的出现是计算机发展的关键一步。它小巧、省电、发热少且可以大量集成。而半导体技术在制造能够稳定工作在两种状态的元件方面，已经发展得非常成熟，并且成本极低。去发展能够稳定工作在三种或更多状态的半导体元件，技术难度和成本都会指数级增长，并且不一定能带来同等比例的性能提升。
总结一下，为什么是二进制？
1. 最可靠的物理实现： 开关的“开”和“关”是最容易、最可靠地用电子元件来实现的两种状态。
2. 强大的抗干扰能力： 二进制状态差异巨大，不易受外部干扰影响，保证了计算的准确性。
3. 成熟的电子技术： 电子管和后来的晶体管，其基本工作原理天然适合二进制。半导体技术在制造二进制元件方面已经高度成熟，成本低廉。
4. 简洁的逻辑和电路设计： 二进制逻辑（布尔代数）非常简单，便于设计和实现复杂的计算功能。用两种状态来构建逻辑门（AND, OR, NOT）比用多种状态要容易得多。
5. 工程上的权衡： 虽然理论上更高进制可能在某些方面更“高效”，但实际的工程实现难度和可靠性损失是巨大的，不足以抵消二进制的优势。
所以，不是我们“想”用二进制，而是它最符合当时以及现在电子元件的物理特性和工程实现的难度。这就像你造房子，地基打不好，上面盖多高的楼都没用。二进制就是计算机最牢固、最可靠的地基。
网友意见
首先，我不知道。我猜很可能是硬件的原因。
没别的原因，就是因为二进制是最简单的进制，它的算术运算的加法表、减法表、乘法表等也会最简单，因此在用各种不同机制来计算实现二进制运算的时候也最简单。你想想如果把算盘也改成用二进制，同样会带来极大的简化。其实不管哪种进制都能完成同样的计算要求，所以选择二进制用来实现计算与采用别的进制没有区别。
还有，选择进制也要根据你具体采用的信息载体有关，比如，生物计算机采用四个碱基对作为信息载体，此时用四进制更能方便地利用碱基对的配对原则对信息进行加工。
类似的话题
-
我们现在使用的计算机普遍采用二进制，这背后其实是一系列历史选择和技术限制共同作用的结果。要说服你为什么不是三进制或十进制，得从计算机最核心的运作方式说起。计算机的心脏：开关最根本的原因在于，计算机本质上是一个处理信息的机器，而信息在机器里需要通过物理元件来存储和传递。这些物理元件最容易实现、最可靠的............. -
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
-
.......
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有