编码的本质是什么？计算机的工作原理是什么？越想越迷糊|编码的本质及计算机的工作原理( 四 )

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六.二进制计算的实现继续回到正题，反思一下上面的设计，问题就在于电压位太多了，导致0v和9v中间插入了太多的电压位，相邻电压位容易错乱干扰，不准确。
联想一下前面提到的二进制，能不能用二进制来计算呢？把0编码成0v,把1编码成9v,也就是用0v标志0 ，用9v表示1 ，完全可以，看设计图：

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这样，即使电压出现偏差，比如8.4v,也认为它是9v产生的偏差，所以判定它是9v ，对应二进制的1.如果出现1.6v,知道这是0v出现了偏差，所以可以判定它是0v,对应二进制的0.由此可见，引入只有0v,9v这两个电压位后，系统会更稳定可靠，出错的可能更小。两个电压位的加法，其实就是二进制加法。二进制中的0用0v来表示，二进制中的1用9v来表示。至于14.001加38.002 ，要实现准确计算也很简单，无非就是多加几根电线，专门表示001和002 ，跟整数加法的逻辑类似。这样一来， 0.001和0.002就是准确值，不怕电压波动。上面是6位二进制数字和6位二进制数字加法器，如果用电路实现它，首先就要实现1位二进制和1位二进制相加的加法器，即我们需要做一个下图中的“神秘电路” ，其实就是“半加器”：

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到此为止，虽然没有完整地设计出加法器的具体电路，但对计算机的计算原理，有比较深刻的认识。计算机的计算本质，就是将要计算的数字，进行二进制编码。然后，用对应的电路的高低电压(如9v和0v)来表示，通过电路的逻辑功能，从电路的输出中得到高低电压，进而理解为二进制，并最后转化为数字，作为结果值。需要注意，高低电压(如9v和0v) ，在数字电路中，经常被称为高电平和低电平。下次我们提到高电平时，表示二进制数字1 ，而提到低电平时，表示二进制数字0.那么，高电平和低电平一定是9v和0v吗？显然不一定。也可以把高低电平分别定义为5v和0v ，在proteus仿真时，我用5v表示高电平) ，而用0v表示低电平。这样，就实现了用电路来计算二进制。有了编码和计算，我们才能让计算机，呈现出丰富多彩的功能，这就是计算机的工作原理。粗略说起来，也是挺简单明了的。

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总结一下。本文我们介绍了计算机的工作原理，又讲了编码的本质和二进制编码，然后讲了二进制编码的好处，最后从设计图的角度，实现了二进制加法。
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编辑：牧鱼
来源：中科院物理所