0和1的世界有多神奇

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  从1数到10,对我们来说很简单,毕竟我们有10根手指。如果一只小鸭子需要数数,它将怎么数呢?伸出一只翅膀是1,再伸出一只翅膀是2,要数3……可就难啦!
  半个多世纪前,科学家在发明计算机的时候,也遇到了同样的困难。当时的电子元件很原始,基本只有“开”与“关”两种工作状态,想要可靠地表示从1到10的数值实在太难了。要利用高速的电子元件帮我们进行计算,就必须找出适应电子元件工作方式的计算方法。
  幸运的是,17世纪的数学家莱布尼茨已经找到了解决这个问题的答案。在他的手稿里,描绘了二进制这种奇妙的数字系统。
  二进制只有0和1两个数字,却可以与十进制的自然数一一对应。下面这张简单的表格就反映了二进制与十进制的对应关系。
  二进制逢1进位,而十进制是逢9进位;二进制数和十进制数能相互转换,并且同样能进行各种运算。比如,十进制的1+1=2与二进制的1+1=10就是完全等价的。
  二进制最大的缺点是数字很长,比如二进制数110110有6位,对应的十进制数54才2位。看起来有点绕的二进制,诞生了几百年似乎都没有什么用处。不过,1和0正好与电子元件的“开”与“关”不谋而合。于是,二进制时来运转,成了计算机工作的基本数制。
  有了二进制做基础,下面的事情就简单多了。科学家把许许多多的电子元件按照一定规则组装好,它们就能勤勤恳恳地进行二进制计算了。
  早期的计算机很“笨”,人们需要自己把十进制数转换成二进制数,然后制作出长长的穿孔纸带,有孔的位置表示“1”,没有孔的位置表示“0”。计算机“吞”下并识别纸带之后,才能知道需要计算什么数字。每次计算的规则,也要靠手工在操作台上扳动开关设定。
  等到计算机终于完成了计算,再把表示结果的穿孔纸带“吐”出来,或是用一大排指示灯告诉人们答案。这些纸带或指示灯都是用二进制表示的,还得再转换成十进制。即便如此,第一台计算机也比人工要快上很多倍,能每秒执行5000次加法运算。
  隨着科技的进步,计算机的计算速度越来越快,而且具备了更多的功能。人们发明了键盘和鼠标等输入设备、显示器和打印机等输出设备,计算机的使用变得越来越方便。
  相比刚发明出来的时候,现在计算机的速度和功能增强了无数倍,不过它们的计算原理还是传统的二进制。普普通通的0和1仍然是计算机世界中最基本的元素。
  选自《小学生科学素质读本》
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