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二进制是一种以2为基数的数制系统,使用0和1两个数字表示数值。以下是其核心概念和特点的详细说明:
一、基本定义
二进制仅使用两个符号:0表示“零”,1表示“一”。
数位与进制
- 每个位置称为“位”(bit),可表示0或1。
- 8个bit组成一个“字节”(byte),可表示256种状态(2⁸=256)。
二、核心特性
逢二进一规则
二进制采用逢二进一的进位规则,例如:
- 1 + 1 = 10(二进制),相当于十进制的2;
- 10 + 1 = 101(二进制),相当于十进制的5。
与十进制的转换
- 二进制转十进制采用按权展开法,例如:
$1101_{2} = 1×2^3 + 1×2^2 + 0×2^1 + 1×2^0 = 13_{10}$。
三、应用与意义
计算机基础
二进制是计算机内部唯一的数据表示形式,用于:
- 数据存储(如硬盘、内存);
- 逻辑运算(如与、或、非门);
- 程序指令执行。
编程中的体现
- 编程时需将十进制数转换为二进制(如使用`0b`前缀或`bin()`函数);
- 位运算(如位移、掩码)基于二进制特性实现。
四、扩展概念
八进制与十六进制:
八进制(base-8)每3位对应1位二进制,十六进制(base-16)每4位对应1位二进制,常用于简化二进制表示(如`0xFF`等价于`11111111`)。
二进制作为计算机领域的核心概念,理解其原理有助于掌握编程、算法及硬件运作机制。