你的数字生活：如何转变为一个个0和1？

全文共1951字，预计学习时长5分钟

图源：Google

计算机“说着”二进制——一面由0和1组成的神秘墙，用某种方式缔造了数字生活中所见所及的一切。甚至你正在读的这句话，也是由设备操纵0和1所形成。

我是一个软件工程专业的学生，想在每天交互的精美界面和使之成型的底层机制之间架设一座桥梁。我试图总结出一条如何不碎片化地用0和1分解操作系统、应用程序、游戏等领域中各种元素的方案。

但这回避了一个较为突出的问题：什么是二进制？它由0和1组成，这两个数字究竟如何应对复杂的日常生活呢？答案在于基数，即计数系统用来表示数值的位数。使用数字0-9的传统计数系统叫做十进制，而只用0和1的叫做二进制。

随机取一个数，如423。数字3在个位，数字2在十位，数字4在百位。每增加一个数位就代表着我们把数字的值扩大十倍，此时必须在新的一位上增加一个数字，或者进位，增加原数字的位数。

每个位都是十的幂次方，1、10、100、1000等。同样的体系也适用于二进制，但我们只有两位数字。当用二进制数时，每个位都是二的幂次方。每当数字的值增加2，就会加上一个新的数位或进位。

如图所示，每位都是2的幂次方而不是10的幂次方。1仍然是1，但2记作10（二进制），因为1占了上图2所对应的位置。3记作011（二进制），因为一个1占了上图2所对应的位置，又有一个1占了上图1所对应的位置。当然，4（十进制）记作100（二进制），因为1占了上图4对应的位置。

这儿要强调的是，凭这两个数字，我们有能力应对十进制或其他进制能够完成的复杂计算，只是大众不太熟知其计数的方法。

那么，计算机缘何选择二进制？为何不用十进制或其他进制来表示信息？这问题听起来古怪，但原因在于二进制性质。二进制中数字只能由0或1呈现，也可理解为开或关、真或假。

一个二进制数字或者一个比特，就像一个开关，可开可关，就像电脑CPU中的晶体管一样。现代CPU的晶体管虽然体积小，但数量上却达到了几百万个。这些晶体管可以看作是开关，它们可开可关并对应0或1。这样，当许多位或许多数字出现时（8位构成一个比特！），一开一关便可以表示数字等复杂意义。

0和1，它们是比特并代表了数字（可比0和1大得多），它们是我们设备上硬件的副产品。

我们在设备上所做的一切都可以用数字表示。文本、图像、视频、声音、像素，都能被设备读取为数字。一种英语字符转换成数字的方法是美国信息交换标准码（American Standard Code，亦ASCII）。在这种编码形式中，每个字符对应一个数字，也就能用二进制表示。

但ASCII仅限于英语。所以不同的语言或是表情符号可能会使用Unicode编码。你每次发emoji，或者以其他无数种方法发送文本，实际上都可能是在用一种编码方法（如ASCII或Unicode）传输数字。

以数字表文字的模式同样可用于表示声音。一个音符的音量、音调或持续时间可以用数字表示，尽管这确实过于简化了音频编码的过程，因为音频编码本身就是一个复杂的话题。

但是图像呢？与设备交互时的视觉体验呢？众所周知，大家看到的屏幕是由能展现红、绿、蓝三种颜色的像素组成。混合这三种颜色便构成了显示器的色域。大多数现代显示器使用24位颜色，这并不重要，重要的是它能展示出16777216种颜色。下面是所有这些颜色，屏幕的色域仅是可见光光谱的一个子集。

每个独立像素有红、绿、蓝三个通道，每个通道都有一个表示色阶的值。这样数字就能表示颜色。当然，这里的数字可以用十进制或二进制表示。下面是一些颜色及其RGB编码的小样本，每个颜色有三个值，每个通道有一个值。

正如颜色和图像可用数字表示一样，视频和gif动图也可以，因为它们都有一个帧速率。它们只是一系列图像以快速运动的形式呈现而已。

Instagram的帖子、图片搜索、视频等都可传送，因为在机器代码底层，设备正在计算承载了我们眼前动画像素值的0和1。这一过程由软件控制，而该软件又是由机器代码编译，从而提供如何处理我们输入或请求的所有信息的指令。

归根结底，人们每天所做的自然而然的无数复杂之事，其核心都是由大量只能进行开或关的小开关来完成的。

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