二进制与计算机

二进制

二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。它的基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”。数字电子电路中，逻辑门的实现直接应用了二进制，因此现代的计算机和依赖计算机的设备里都用到二进制。

晶体管

晶体管（transistor）是一种固体半导体器件。晶体管是门电路的主要组成。晶体管电路有导通和截止两种状态，这两种状态就可以作为“二进制”的基础。

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我们可以简单记为“晶体管电路的通断就是由b极电压与恒定的e极电压比较高低决定”。b极电压相对e极为低电平时三极管就会导通，相对e极为高电平时三极管就会截止。
从这里可以看出，晶体管的导通与截止这两种状态对外可以使用b极电压的相对高低来表示，进而说明了我们可以使用高电平或者低电平状态来表示二进制。也就是说b极是一个输入量（自变量），可以作为变量存储两个数值：高电平或低电平，相应的输出值（因变量）就是电路实际的变化：导通或截止。
就上面这个N型晶体管而言，高电平截止，低电平导通。那么假如此时我们把高电平作为“1”，低电平作为“0”。那么b极输入1，就会导致电路截止，如果这个电路是控制计算机开关机的，那么就会把计算机关闭。这就是机器语言的原理。
我们编程语言的本质就是在编写一大堆高低电平信号。
一个MOS只有一个栅极，即只有一个输入，而且输出只是简单的电路导通、截止功能，不能输出高低电压信号，即无法表示“1”或“0”，自然无法完成计算任务，此时就要引入门电路了。

逻辑门

门电路是数字电路中最基本的逻辑单元。它可以使输出信号与输入信号之间产生一定的逻辑关系。
门电路是由若干二极管、晶体管和其它电子元件组成的，用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。这些晶体管的组合可以使代表两种信号的高低电平在通过它们之后产生高电平或者低电平的信号。

或门

多个输入端，一个输出端，多输入或门可由多个2输入或门构成。只要输入中有一个为高电平时（逻辑1），输出就为高电平（逻辑1）；只有当所有的输入全为低电平时，输出才为低电平。

与门

多个输入端，一个输出端。当所有的输入同时为高电平（逻辑1）时，输出才为高电平，否则输出为低电平（逻辑0）。

非门

有一个输入和一个输出端。逻辑符号中输出端的圆圈代表反相的意思。当其输入端为高电平（逻辑1）时输出端为低电平（逻辑0），当其输入端为低电平时输出端为高电平。也就是说，输入端和输出端的电平状态总是反相的。

与非门

由与门与非门组合而成。

或非门

由或门和非门组合而成。

半加器与全加器

各种门电路组合成一个叫做“加法器”的单元就可以完成加法运算，此时的这一个单元就是计算机里面说的1bit，如果想计算8位二进制加法，如00010101+01001010就要将8个这样单元电路连接在一起。
实际上门电路除了可以构造出做算数的部件之外，还可以构造出具有存储功能的部件和控制电路，比如CPU的构成就是由运算器、控制器和寄存器组组成，寄存器就是由触发器和门电路构成的。有了这些功能部件、存储部件、控制部件，就可以构造出一台简单的计算机模型了。

计算机使用二进制

首先，二进位计数制仅用两个数码。0和1，所以，任何具有二个不同稳定状态的元件都可用来表示数的某一位。而在实际上具有两种明显稳定状态的元件很多。例如，氖灯的"亮"和"熄"；开关的”开“和”关“; 电压的”高“和”低“、”正“和”负“；纸带上的”有孔“和“无孔”，电路中的”有信号“和”无信号“, 磁性材料的南极和北极等等。 利用这些截然不同的状态来代表数字，是很容易实现的。不仅如此，更重要的是两种截然不同的状态不单有量上的差别，而且是有质上的不同。这样就能大大提高机器的抗干扰能力，提高可靠性。而要找出一个能表示多于二种状态而且简单可靠的器件，就困难得多了。
其次，二进位计数制的四则运算规则十分简单。而且四则运算最后都可归结为加法运算和移位，这样，电子计算机中的运算器线路也变得十分简单了。不仅如此，线路简化了，速度也就可以提高。这也是十进位计数制所不能相比的。
第三，在电子计算机中采用二进制表示数可以节省设备。可以从理论上证明，用三进位制最省设备，其次就是二进位制。但由于二进位制有包括三进位制在内的其他进位制所没有的优点，所以大多数电子计算机还是采用二进制。此外，由于二进制中只用二个符号 “ 0” 和“1”，因而可用布尔代数来分析和综合机器中的逻辑线路。 这为设计电子计算机线路提供了一个很有用的工具。

比特

比特即“bit”，bit为Binary digit（二进制数）的英文单词缩写，还有一种称呼叫作“位”。二进制数的一位所包含的信息就是一比特，如二进制数0100就是4比特。位是数据存储的最小单位。
计算机中的CPU位数指的是CPU一次能处理的最大位数。例如32位计算机的CPU一次最多能处理32位数据。
8bit为一个字节（Byte）。

比特率

比特率，也称码率，表示经过编码（压缩）后的音频数据每秒钟需要用多少个比特来表示。比特率与音频压缩的关系简单的说就是比特率越高音质就越好，但编码后的文件就越大；如果比特率越少则情况刚好翻转。

参考：
https://baike.baidu.com/item/%E6%AF%94%E7%89%B9/3431582?fr=aladdin
https://baike.baidu.com/item/%E9%80%BB%E8%BE%91%E9%97%A8/5141155
https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%8C%E8%BF%9B%E5%88%B6/361457?fr=aladdin
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1620193816394662440&wfr=spider&for=pc