二進位是怎麼運作的？

想像用文字來描述電影中的每個場景、你最愛歌曲的每個音符，或是你住的鎮上的每條街道。接著想像只用 1 和 0 這兩個數字來描述。當你用網路看電影、聽歌，或查方向時，你的裝置就在用二元編碼的語言做這事。José Américo N L F de Freitas 要跟大家解釋二進位是怎麼運作的。

完整課程：https://ed.ted.com/lessons/how-exactly-does-binary-code-work-jose-americo-n-l-f-freitas
課程：José Américo N L F de Freitas
動畫：Qa'ed Mai

想像一下，試圖用文字來描述
一部電影中的每一個場景、

你最愛的歌曲中的每一個音符，

或是你住的小鎮上的每一條街道。

現在，想像一下只用 1 和 0
這兩個數字來做這件事。

每當你用網路看一部電影、

聽一首歌曲，

或查看方向時，

你的裝置就在做這件事，

用二元編碼的語言來做這件事。

電腦會用二進位，是因為
用這種方式儲存資料很可靠。

比如，電腦的主要記憶體
是由電晶體構成的，

電晶體在高電壓和低電壓之間切換，

比如 5 伏特和 0 伏特。

電壓有時會不穩，
但因為只有兩個選項，

1 伏特仍然會被視為是「低電壓」。

電腦的處理器讀取數值，

根據電晶體的狀態和軟體指令

來控制電腦的其他裝置。

這個系統的傑出之處

是給定的二進制序列
不被這台電腦自己預先訂定，

而是另有二進制規則

編碼各種類型的數據。

咱們用數字為例。

一般的十進制

從最右邊零的次方開始，

每個數字乘以 10，
向左直到其位置為止。

所以十進位的 84
就是 4x10⁰ + 8x10¹。

二進位的表示方式也類似。

只是每個位置的數字
要乘以 2 的次方。

所以 84 會寫成這樣：

同時，字母則是根據像 UTF-8
這樣的標準規則來詮釋，

UTF-8 會把每一個字母對應到
一組特定的 8 位數二進位字串，

在這個例子中，01010100
對應的是字母 T。

那麼，看到這個序列時，

怎知它指的是 T 還是 84？

光看序列本身是看不出來的，

就像單獨聽到一個音「噠」，
無法判斷它是什麼意思。

需要有情境來告訴你，這個音是
俄文、西班牙文，或英文。

你也需要類似的情境

來告訴你你現在看到的
是二進位的數字或二進位的文字。

許多更複雜的資料也採用二元編碼。

比如，這支影片的每一個畫格

都是由數十萬個像素所組成。

在彩色圖像中，

每一個像素會用
三個二進位序列來表示，

它們對應到的就是三原色。

每個序列是一個數字的編碼，

決定了那個顏色的強度。

接著，影片驅動程式
會將這些資訊傳送出去，

傳給螢幕上數百萬個液晶體，

來產生出各位現在看到的不同色彩。

這支影片的聲音
也以二進位的方式儲存，

用的是一種叫做
「脈衝編碼調變」的技術。

將連續聲波數位化的方式

每幾毫秒就「截取」一次
這些聲波的振幅。

這些資訊會以二進位字串的
數字形式記錄下來，

每秒的聲音有 44,000 個數字。

當電腦的影音軟體讀取這些資料時，

這些數字就決定
喇叭的音圈要震動得多快，

來創造出不同頻率的聲音。

這些都需要數以億計的位元。

但有了聰明的壓縮格式就能夠減量。

比如，如果一張圖片
有 30 個相鄰的綠色像素，

可以被記錄成「30 個綠色像素」，
而不是把每個像素分開記錄——

這個過程就是熟知的游程編碼。

這些壓縮格式本身
也是用二進位寫成的。

二進位制是最棒的計算編碼嗎？

不見得。

已經有人在研究三位元電腦，

那電路會有三種可能的狀態；

甚至還有四進位的電腦，

它的電路可以同時具有多個狀態。

但截至目前為止
在資料的儲存和傳輸上，

這些發明尚未能
提供夠高的物理穩定性。

所以到目前為止

你在螢幕上看見、

聽見、讀到的一切，

都是以數十億個簡單
「是非題」的結果傳給你的。