Warum verwenden Computer nur 0 und 1?

Es würde sie nicht beschleunigen. Jetzt ist es einfach: Um ein einfaches Logikgatter wie ein NAND herzustellen, ziehen die Logikeingänge den Ausgang entweder auf Vdd oder auf Masse. Wenn Sie Zwischenpegel verwenden würden, müssten FETs auf Pegel wie Vdd/2 oder Vdd/4 gehen. Dies würde mehr Strom verbrauchen und genauer arbeitende Komponenten erfordern, die mehr Zeit benötigen würden, um sich auf das endgültige Niveau einzustellen. Wenn Sie mehr Werte in eine einzelne Dateneinheit packen würden, würde sich die erforderliche Genauigkeit erhöhen, ebenso wie die Einschwingzeit. Das jetzt verwendete Binärsystem drückt den FET nur hart auf Vcc.

Exscape erwähnt die Störfestigkeit, und darauf bezieht sich die Genauigkeit: Wie stark darf das Signal vom Nennwert abweichen. In einem binären System können das fast 50 % sein, oder mehr als 0,5 V in einem 1,2-V-Prozessor. Wenn Sie 4 verschiedene Pegel verwenden, sind sie nur 300 mV voneinander entfernt, dann kann die Störfestigkeit nicht besser als 150 mV sein, möglicherweise 100 mV.

Beachten Sie, dass es Flash-Geräte gibt, die mehrere Ebenen verwenden, um mehr als 1 Bit in einer einzelnen Speicherzelle zu speichern, das ist MLC (Multi-Level Cell) Flash. Das erhöht nicht die Geschwindigkeit, packt aber mehr Daten auf einen einzigen Chip.

Speicherung und Berechnung auf binärer Ebene sind sehr billig, klein und schnell. Dieser Text ist vielleicht zu einfach, aber ich denke, er bringt es auf den Punkt:

Das Lesen einer binären Speicherzelle besteht aus nur einem einfachen Komparator, der seine Aufgabe erfüllt: hoch / niedrig. Die Berechnung läuft meistens auf sehr einfache Tabellen mit vier Eingabekombinationen (00, 01, 10, 11) und zwei Bitausgaben (0 und 1) hinaus.

Wenn Sie nun mehrere mögliche Werte vergleichen müssen, müssen Sie einen komplizierteren Komparator einrichten, der entweder langsamer oder viel größer als der einfache ist. Außerdem werden die Berechnungstabellen größer, sodass die Berechnung auch komplizierter wird. Während wir möglicherweise etwas Platz sparen, um den Speicher zu verkleinern, würde alles andere, wie Berechnung und Transport, exponentiell schwieriger und langsamer werden.

Wie in einer anderen Antwort besprochen, müsste das gesamte Setup auch viel präziser gebaut werden, um die Störfestigkeit zu gewährleisten.

All diese Dinge zusammen bedeuten: Es ist viel effizienter, Milliarden von binären Gattern auf einem Chip zu platzieren als nur eine halbe Milliarde quaternäre.

Gehen Sie in Ihrem Haus herum, oder wenn Sie keinen dieser Schalter haben, gehen Sie zu einem Baumarkt, sehen Sie, wie einfach oder schwer es ist, den Schalter in der Mitte auf Ein und Aus zu stellen und zu lassen, indem Sie einen dritten Zustand hinzufügen, jetzt versuchen Sie es um zu sehen, ob Sie hervorragende Positionen einnehmen können. Ein anderes Beispiel: Nehmen Sie eine Coladose oder Bierflasche oder irgendein anderes zylindrisches Objekt und legen Sie es auf die Seite, dann balancieren Sie eine Murmel darauf, wie einfach und schnell und stabil ist diese balancierte Murmel?

Die Verwendung eines Transistors als Schalter ist sehr einfach. Fahren Sie ihn auf die eine oder andere Schiene, um den Ausgang leicht zu erfassen. Wenn Sie nun versuchen würden, alle Transistoren nicht als Ein-Aus-Schalter zu verwenden, sondern für jeden Zustand auf unterschiedliche Bereiche zu kalibrieren (zusätzlich zu allen Ein- und Alle Aus-Zuständen zwei mittlere Zustände, wie Sie vorschlagen). Jetzt muss das gesamte System viel genauer, teurer, fehler- und ausfallanfälliger usw.

Grundsätzlich wurde dies versucht, ein oder einige frühe Computer versuchten, dezimal zu sein (10 Spannungspegel), es scheiterte. sei es ein Röhrentransistor oder Silizium, es ist wesentlich einfacher, billiger, schneller und zuverlässiger, den Transistor als Schalter zu verwenden und nur zwei Zustände zu haben, untere Schiene und obere Schiene.

Klar kann man das machen. Alle† digitalen Speicher auf diesem Planeten sind 4-State. DNA kodiert Daten als eines von vier Basenpaaren pro Bit, angeordnet in Bytes zu je 3 Bit. Jedes Byte kann daher 64 verschiedene Zustände haben.

†Mit Ausnahme eines infinitesimalen Bruchteils, der von einer der empfindungsfähigen Lebensformen künstlich geschaffen wurde.

Wie Sie wissen, besteht das binäre Zahlensystem aus 0 und 1. Andere beliebte oder früher verwendete Zahlensysteme waren Oktal-, Hexadezimal- und Dezimalzahlensysteme. Binär, Oktal, Dezimal und Hexadezimal haben jeweils 2, 8, 10 und 16 Ziffern. Für die Implementierung von Logikschaltungen ist das Binärsystem etwas weniger komplex. Warum? Das liegt daran, dass wir uns beim Aufbau der Schaltungen nur auf zwei Ziffern verlassen können. Der Schaltungsentwurf ist vergleichsweise einfacher zu implementieren. Die Verwendung des Binärzahlensystems beim Entwerfen von Schaltungen ist weniger zeitaufwändig, weniger komplex, benötigt weniger Schaltungselemente und ist in jeder Hinsicht günstiger als andere. Oktal- und Hexadezimalsysteme wurden früher beim Entwerfen von Computern verwendet. Aber sie waren komplex. Die Schaltung war auch komplex. Also begannen die Ingenieure, das binäre System für die zuvor erwähnten Vorteile zu verwenden.

Warum wird anstelle des Dezimalsystems ein Binärsystem verwendet?

Gute Frage. Tatsächlich gibt es Computer, die das Binärsystem nicht verwenden. Diese aus Operationsverstärkern aufgebauten Computer werden ANALOG - Computer genannt. Die analogen Computer können addieren, subtrahieren, multiplizieren und dividieren und sogar einige Arten der Integration durchführen.

Warum wird binärer Computer bevorzugt?

Binäre Computer sind manchmal genauer. Außerdem können binäre Computer (wie mein Laptop) Millionen Mal komplexer sein. Ich vermute. Analoge Computer müssen unter bestimmten eingeschränkten Bedingungen betrieben werden und geben eingeschränkte Antworten. Sie können einen digitalen Computer so komplex gestalten, wie Sie möchten.

Zusätzlich zu den anderen Antworten habe ich native digitale Schaltungen für die trinäre Logik ausgearbeitet. Ich denke, es gibt ein komplettes Set, das genauso schnell läuft wie die binären Logikschaltungen (was bedeutet, dass wir die 1,5-fache Leistungssteigerung erhalten); jedoch ist es mit hohen Kosten verbunden. Die Schaltungen verbrennen im Ruhezustand (nicht nur beim Schalten) Energie und man muss so viel Wärme abführen, dass sich das für moderne CPUs nicht lohnt. Es könnte auf einem Hauptbus kaum profitieren.