人類大腦是依靠電脈沖的運動，將信息傳遞到身體的各個部位，那么計算機又是如何工作的呢？答案是：與大腦類似。

一、二進制的出現(xiàn)：

二進制（binary）是由德國天才級大師萊布尼茨發(fā)現(xiàn)的。二進制是一種計數(shù)方式，只用到兩個數(shù)字：0和1。這種計數(shù)方式通常用在計算機領(lǐng)域或數(shù)字電路中，平時很少見。但是，另一種計數(shù)方式你肯定用到過，那就是十進制，由0~9十個數(shù)字構(gòu)成。

放著十個數(shù)字不用，為什么只使用0和1這兩個數(shù)字呢？這是因為，最早的計算機只是為了計算而存在，并沒有現(xiàn)在的影音娛樂、應(yīng)用辦公這些功能；控制計算的部分，主要由一個又一個的開關(guān)構(gòu)成，通過開關(guān)的閉與合，控制電路的通與斷，經(jīng)過電信號的強弱分析，最終實現(xiàn)計算目的，和大腦依靠電脈沖傳遞信息原理相似。每個開關(guān)只有兩種狀態(tài)：開和關(guān)。所以，只需要兩個數(shù)字就能表示任意開關(guān)的狀態(tài)，通常來說，用0表示關(guān)，用1表示開，這就是二進制存在的根本原因，這也決定了計算機的底層計算邏輯只能識別0和1這兩個數(shù)字。

仔細觀察，你會發(fā)現(xiàn)，在日常生活中，很多開關(guān)上印著0和1這兩個數(shù)字。（而不是英文字母O和I）

第一代計算機非常大，一間房子裝不下，通常需要好幾個人協(xié)調(diào)控制開關(guān)的閉合，才能完成運算任務(wù)。所以，控制計算機執(zhí)行計算任務(wù)的最小單元就是這些開關(guān)，每個開關(guān)都占據(jù)一個位置，同時保存著0或1這樣的數(shù)據(jù)，所以，計算機的最小存儲單位就是“位”（bit），簡稱“b”，也稱“比特”。每8個“位”就構(gòu)成了一個“字節(jié)”（Byte），簡稱“B”。比字節(jié)更大的單位依次有：1KB（1千字節(jié)）、1Mb(1兆字節(jié))、1GB（1千兆字節(jié)）、1TB（1千G）等。

二、二進制的運算原理：

要理解二進制的運算原理，首先回顧一下十進制的運算原理。

如上所示，從左往右數(shù)，第一個數(shù)位表示個位；第二個數(shù)位表示10位，是個位的10倍；第三個數(shù)位表示百位，是十位的10倍；千位、萬位...以此類推，每向左移動一位，就乘以10。個位上的4表示有4個1，十位上的3表示有3個10，百位上的2表示有2個100，從右向左，求和計算一下：4×1 + 3×10?+ 2×100?= 234，將所有數(shù)字從左向右依次寫下來，就是十進制的表示形式，即：“234”。

十進制逢十進一，任意相鄰的連個數(shù)位，左邊總是右邊的10倍。原聲原理與此類似，不同的是，二進制逢二進一，任意相鄰的兩個數(shù)位，左邊總是右邊的2倍。

如上所示，從左往右數(shù)，第一個數(shù)位上的數(shù)字表示有幾個1，第二個數(shù)位上的數(shù)字表示有幾個2，第三個數(shù)位上的數(shù)字表示有幾個4，第四個數(shù)位上的數(shù)字表示有幾個8，第五個數(shù)位上的數(shù)表示有幾個16...以此類推，每向左移動一位，就乘以2。從右向左，求和計算一下：0×1 ?+ 1×2 + 1×4 +?0×8 + 1×16 = 22，將所有數(shù)字從左向右依次寫下來，就是二進制的表示形式，即“10110”。

二進制數(shù)“101010”轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)是多少？二進制數(shù)“11001100”轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)又是多少呢？從右向左，求和計算：
1）101010：0×1 + 1×2 +?0×4 + 1×8 +?0×16 + 1×32 = 42。

2）11001100：0×1 +?0×2 + 1×4 + 1×8 +?0×16 + 0×32 + 1×64 + 1×128 = 204。

細心的你有沒有發(fā)現(xiàn)一個秘密？二進制的數(shù)位都是若干個2相乘（即：2的指數(shù)倍），我們使用的內(nèi)存容量有2GB、4GB、8GB、16GB...硬盤容量有128GB、256GB、512GB、1024GB...這些數(shù)值都是若干個2相乘得到的。如果你買到一塊666GB的硬盤，恭喜你中獎啦！趕緊舉報廠家，領(lǐng)取打假獎勵！

三、二進制的算力發(fā)展：

從1946年第一臺計算機誕生至今，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛躍式發(fā)展，計算機性能得到了突飛猛進的發(fā)展，主要體現(xiàn)在執(zhí)行二進制運算的計算能力方面。執(zhí)行二進制運算的過程，就是控制開關(guān)閉合的過程，開關(guān)閉合速度越快，計算機的計算速度也就越快。

最早的計算機采用電子管作為開關(guān)的主要元器件，體積較大，集成度不高，計算速度約為5千次/秒。

現(xiàn)代計算機采用晶體管作為開關(guān)的主要元器件，體積很小，集成度很高，計算速度約為64億次/秒。

計算機的中央處理器（即：CPU）容納的晶體管數(shù)量越多，計算速度也隨之增強。隨著5納米、3納米芯片技術(shù)的應(yīng)用于普及，使得相同體積的CPU可以存放更多晶體管，提升計算能力。

早在2016年，科學(xué)家就打破了物理極限，研發(fā)出了1納米制程的晶體管，單個晶體管的大小僅與幾個原子相當(dāng)，此時，會發(fā)生“量子隧穿效應(yīng)”。而在量子領(lǐng)域，傳統(tǒng)的物理學(xué)將不再適用，傳統(tǒng)計算機也無法工作。于是科學(xué)家們開始思考：能不能根據(jù)量子特性，制造一臺量子計算機？

2020年12月4日，我國的量子計算機原型機——九章面世，算力全球領(lǐng)先。求解數(shù)學(xué)算法高斯玻色取樣只需200秒，而世界上最快的超級計算機需要6億年。

2021年10月，我國量子計算又獲重大突破，九章二號面世，其算力是九章的100億倍！

隨著量子計算日新月異的發(fā)展，二進制必將成為歷史。準(zhǔn)備迎接嶄新的計數(shù)方式吧~