原创 数字电路世界的二进制秘密

所有电子产品的基础逻辑是逻辑电路（与或非门），这个又是基于二进制作为原理：最简单的就是1代表通路；0代表开路。
那我们如何用二进制来保存信息呢？首先，我们可以把任何一件事情，用有限个“是非题”来表示。

1两个数码，但它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。通过“是”与“不是”，就可以实现任何一种描述。这就是二进制的精髓，简单明了，绝不会产生异议。

利用二进制的这一特性，我们创建了一套逻辑门，所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过，门电路的输入与输出之间存在一定的逻辑关系，所以门电路又被称为逻辑门电路。

简单来说，半导体就是介于导体和绝缘体中间的一种东西，比如二极管。

（注：二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件 。 它具有单向导电性能， 即给二极管阳极和阴极加上正向电压时，二极管导通。 当给阳极和阴极加上反向电压时，二极管截止。 因此，二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。）3

电流可以从A端流向C端，但反过来则不行。你可以把它理解成一种防止电流逆流的东西。
利用半导体的这一特性，我们可以制作一些有趣的电路，比如【与门】。

3参考来源：https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%8C%E6%9E%81%E7%AE%A1

（注：上图左侧是由二极管组成的与门电路，图中A、B为输入端，Y为输出端，根据二极管导通与截止条件，若输入全为高电平（1）时，二极管VD1、VD2都截止，则输出端为高电平（1）；若输入端有低电平（0）时，则二极管正偏而导通，输出端电压被下拉为低电平（0）。下图右侧是与门电路的电路图形符号‘又称逻辑图’。）4

此时A端B端只要有一个是0V，那Y端就会和0V地方直接导通，导致Y端也变成0V。只有AB两端都是10V，Y和AB之间才没有电流流动，Y端也才是10V。
我们把这个装置称为【与门】，把有电压的地方计为1，0电压的地方计为05。
日常生活中，我们经常碰到这种电路，例如下面的继电器。

继电器

4参考来源：http://www.dxzg.com:81/ziyuanku/dzjc/Courseware/content/SCOs/dz07-0101/index.html
5参考来源：https://blog.csdn.net/dog250/article/details/90542988

（注：是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。 它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。 通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。6）

如果每一个问题都需要像继电器一样大的电子元件来展示，那就没有多少人能够负担得起电脑了！事实上，世界上第一台计算机也确实非常庞大。那个时代计算机器都是使用继电器制造的，后来ENIAC采用了比继电器速度更快的电子管，与现在不同，ENIAC采用的十进制进行运算，而不是现在计算机采用二进制。所以它也被迅速淘汰了！

（注：1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”（ENIAC）在美国研制成功。它当时由1.8万个电子管组成，是一台又大又笨重的机器，体重达30多吨，占地有两三间教室般大。它当时的运算速度为每秒5000次加法运算。7）

我们要感谢集成电路的诞生，让这些空间和成本的问题得以解决！

 6参考来源：赵爱国，黄海平，高惠瑾编．新维修电工实用技术一点通：河南科学技术出版社，2008.5：第193页
7参考来源：http://history.m4.cn/2013-02/1201209.shtml

逻辑门电图通常用二极管和三极管来实现，二极管和三极管被普遍应用在集成电路中。
当多个与非门组合在一起，按照预定的编程顺序操作时，就可以完成复杂的逻辑运算8。由于二进制的逻辑组装简单，计算机内部处理的数字基本上使用二进制方法，在计算机被广泛使用的今天，二进制也越来越受到人们的关注——飞机的航线，导弹远程调整姿态，电网的运行，万里之外的股票交易，远程就医，远程视频会议，等等。如今，一国的经济、军事、生命，都与运行在二进制基础上的一行行代码息息相关。
所以我们会说，半导体的世界是由基本的0和1组成的。今后随着5G的高速发展，各行各业对于半导体的依赖也会越来越深。
如果把电脑类比成大脑，那么半导体就像人类的神经元一样。不同的是，人类的神经元和大脑没有办法进行扩大或压缩，而半导体依旧有很大的发展空间。

尽管半导体的世界是二进制组成的，我们的世界却拥有各种各样的文字、语言、声音和色彩。那么二进制与我们日常书写的文字怎么做转换呢？这就关系到国标码了！

8参考来源：https://blog.csdn.net/dog250/article/details/90571607

1980年，我国制定了《信息交换用汉字编码字符集·基本集》，国家标准 GB2312-80，代号国标码，是国家规定的汉字信息处理使用的代码依据。电视剧《创业年代》中，唐教授发明的中华卡，就是以国标码为故事原型，打破了电脑无法输入汉字的僵局，让中国人也能用上外国人发明的电脑。
在GB2312-80中，收进汉字6763个，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个。一级汉字为常用字，按拼音顺序排列，二级汉字为次常用字，按部首排列。
汉字编码表有94行区号、94列位号。双字节中，用高字节表示区号，低字节表示位号。非汉字图形符号置于第1～11区，一级汉字3755个，位于第16～55区，二级汉字3008个，置于第56～87区9。
每个图形字符的汉字交换码，均用两个字节的低7位二进制码表示。汉字国标码通常用十六进制数表示。

 9参考来源：https://blog.csdn.net/jxnu_xiaobing/article/details/8780202

例如：“中国”二字
“中”字的区号为 54，位号为48。
二进制数国标码为：01010110 01010000
“国”字的区号为25，位号为90。
二进制数国标码为：00111001 01111010

如果文字能用二进制来记录，那么影像画面和声音呢？
当然也是可以的！本质上来说图片是由一个个马赛克小点组成的，电影是由一张张图片组成的，图片和电影都可以用二进制来保存。

再说声音，声音是由物体振动产生的，我们小时候玩过的八音盒，就是非常原始的二进制声音存储设备，再到后面的唱片，都是运用了二进制的原理。

但用二进制数来记录电影、音乐和图片，会使原本的文件质量遭到严重的损坏和畸变！比如你的照片，把你的照片放大100倍，你就会发现照片上满满都是马赛克，根本看不出原来的样子！但如果我们把这些损坏和畸变控制在肉眼无法察觉的范围内，就需要用更大空间的存储类半导体啦！