¿Por qué los circuitos digitales tienen que ser binarios?

Answer 1

Las operaciones matemáticas básicas de multiplicación y división son mucho más simples en binario que cualquier otra base.

Considere cómo un humano multiplica dos números grandes A y B en la base 10:

Toma el dígito 1 de A y lo multiplica por cada dígito de B, llevándolo según sea necesario al siguiente lugar. Una computadora puede hacer eso con una tabla de búsqueda y un registro para almacenar el resultado. Este proceso es el mismo para cualquier base> 2. Sí, hay técnicas alternativas, no importa.

Pero si A y B son binarios, lo anterior se convierte en copia B o usa cero. Sin mesa de consulta, sin llevar. El único resultado de multiplicación posible para cada bit es 1xB = B o 0xB = 0.

Para la multiplicación completa, solo agregue una copia desplazada de B (o no) para cada bit.

La división es similar. O el denominador va al numerador parcial una vez, o no, y solo necesita comparar para saber cuál. Restar (o no) Shift y repetir

Más allá de la aritmética, hay lógica. Cuando asignamos 1 = verdadero y 0 = falso, podemos usar esto para resolver condiciones complicadas. En otras bases, podría usar 0 = falso y cualquier otra cosa = verdadero, pero está desperdiciando espacio de estado, así como algunos atajos útiles (aunque un poco incompletos) donde hace aritmética en valores lógicos para acelerar los programas.

Answer 2

Los circuitos analógicos no tienen solo dos valores. Los circuitos analógicos son un valor variable. Considere una radio o un amplificador como ejemplo. La información analógica en estos circuitos está cambiando continuamente. Un ejemplo sería si un amplificador tuviera un voltaje de suministro de 0 a 50 voltios, la información analógica variará continuamente hacia arriba y hacia abajo en algún lugar dentro de la escala de 0 a 50 voltios. No estoy seguro de haber explicado eso, así que mi explicación es comprensible. El término binario describe dos estados de lógica, encendido y apagado, es decir. Dos valores. En un circuito digital puede tener las siguientes tres condiciones de señal. encendido / alto o voltaje positivo. Apagado / cero o sin voltaje (tierra). Tensión baja o negativa. Estas no son las únicas condiciones que se encuentran en los circuitos digitales. Algunos circuitos digitales responden a niveles de voltaje predeterminados, como en los circuitos que comparan un nivel de voltaje con otro antes de responder para producir una salida.

Answer 3

Los circuitos analógicos tienen un número infinito de valores de entrada / salida (E / S) mientras que los circuitos digitales solo tienen un número finito de valores de E / S. Mientras que los valores analógicos entre 0 y 5V pueden representarse por un número infinito de valores, los valores digitales pueden representarse de la misma manera pero solo con Alto (s) y Bajo (s).

Al igual que los valores analógicos, los valores digitales también tienen una RESOLUCIÓN. Esto representa qué tan amplio es su rango de valores.

Ejemplo,

Si debe haber 8 valores entre 0 y 7, entonces en

Analógico sería 0,1,2,3,4,5,6,7,

en Digital sería 000,001,010,011,100,101,110,111

Unos (1) y ceros (0), son valores binarios que representan los valores de analogía.

Si debe haber 4 valores entre 0 y 3, entonces en

Analógico sería 0,1,2,3

en Digital sería 00,001,10,11

¡Entonces! Los valores digitales son solo una forma de presentar valores analógicos, pero los valores analógicos no son muy “analógicos”, hay un número infinito de valores analógicos entre 1 y 2. Los valores analógicos utilizados anteriormente solo se eligen (escogen), de un número infinito de valores .

Puede ver que siempre quedarán valores al ser presentados. Estos son errores. Cuando tenga una resolución digital más alta entre los valores, se acercará al valor analógico real.

Answer 4

Otra razón para usar solo dos estados es que los circuitos CMOS son típicamente más rápidos y usan menos energía de esa manera. Para generar más voltajes, los dos transistores complementarios deben estar encendidos y conducir una corriente. Otro problema es que mientras se cambia de un voltaje a otro, no se permite el sobreimpulso porque la salida mostrará valores no intencionales. Esto limita la velocidad a la que el circuito puede operar. Habría maneras de evitar esto, pero requeriría un circuito de reloj para saber cuándo se alcanzó el voltaje correcto. En general, porque la simplicidad permite un mayor rendimiento.

Answer 5

Como todos los demás han respondido sobre el ruido, el sobreimpulso y la velocidad de operación de manera muy correcta, concentrémonos ahora en una cosa más importante.
Los circuitos digitales existen hoy en día solo por una razón importante: el ALMACENAMIENTO DE DATOS es fácil y económico a diferencia de los circuitos analógicos.
En los circuitos digitales, en lugar de usar las palabras 0V y + 5V, usemos las palabras ON y OFF. Entonces, nuestros transistores funcionan solo en modo de corte y saturación. (No se utiliza el modo activo).
Por lo tanto, el transistor está activado o desactivado y no reconoce estados intermedios. Por lo tanto, la operación del circuito se vuelve fácil ya que no necesita reconocer ningún nivel de voltaje. Además, cualquier lógica se puede implementar utilizando solo las condiciones Sí y No, por lo que prácticamente no existe tal barrera para hacer que cualquier dispositivo funcione según lo desee.
El almacenamiento de datos se vuelve extremadamente fácil y barato. Por ejemplo, almacenamos datos en CD y DVD que son capaces de reconocer solo dos niveles hacia arriba y hacia abajo, es decir, golpes y picaduras. Entonces, si hubiéramos introducido otro nivel, esos CD / DVD ya no serían capaces de almacenar los datos tan fácilmente. Mire aquí para obtener más información sobre esto: ¿Cómo almacenan los DVD y CD los datos?
Entonces, al usar múltiples niveles de voltaje, ¿por qué complicar las cosas innecesariamente, verdad?
¡Espero eso ayude! 🙂
PD: utilizamos un estado más llamado alta impedancia en los circuitos lógicos de tres estados donde el contacto físico de ese elemento con el circuito se rompe cuando un elemento tiene tres estados.

Answer 6

No tienen que serlo, ha habido intentos de usar 3 y 4 estados para diversas funciones, con resultados mixtos. El viejo iapx-432 de la CPU Intel tenía una escasez de pines, por lo que usaban señalización de 4 niveles en el número limitado de pines. Algunas memorias flash más nuevas almacenan 4 niveles de voltaje en cada celda, almacenando 2 bits.

yendo aún más atrás, el ENIAC original utilizaba la base 10, codificada como un tubo de cada diez, un esquema de codificación muy derrochador. También ha habido computadoras que usaron BCD, diez estados en 4 bits. Esos han desaparecido en su mayoría.

El problema es que solo tienes que hacer eso para almacenamiento y comunicaciones, los chips lógicos de 3 o 4 niveles simplemente no existen, en teoría o práctica.

Answer 7

No es una idea nueva, se llama lógica ternaria.

El problema es que es mucho más complejo y debido a que la diferencia entre los niveles es más pequeña y es más probable que se confunda, es mucho menos confiable. Resulta que el binario simple es mucho más fácil, sencillo y confiable de implementar. Eso es importante cuando pones mil millones de elementos lógicos en un chip de circuito.

Answer 8

Binary es la base más simple para trabajar con la electrónica digital (en términos de la cantidad de transistores necesarios para implementar una CPU) porque los dos dígitos que emplea (0 y 1) pueden representarse por la presencia o ausencia de una carga. No hay nada que nos impida hacer una CPU de base 10, excepto que tendríamos la complejidad de usar diez niveles de voltaje distintos (lo que requeriría muchos convertidores D / A (digital a analógico) y A / D (analógico a digital) , O tendríamos que usar la codificación BCD (decimal codificado en binario), en la que cada dígito decimal está representado por un grupo de cuatro bits (cuatro bits pueden representar 2 ^ 4 o 16 valores distintos). La lógica BCD no solo complicaría El circuito (que requiere más transistores), también sería menos eficiente tanto en la velocidad de procesamiento como en el espacio requerido para almacenar variables (este último en un 37,5%).

Answer 9

En primer lugar, los circuitos analógicos pueden tener teóricamente valores infinitos.

Se le han dado muchas respuestas excelentes y no estoy realmente calificado para comentarlas en profundidad.

Ahora para responder a lo que creo que tu pregunta es que voy a ir a lo básico. Digital deriva de “dedo o dedo del pie” (dígito) mientras que binario se define como tener dos de algo.

Entonces, cuando usa su dedo, lo está apuntando (1) o no (0), lo que significa que tiene dos “estados”, lo que hace que su dígito sea un “sistema” binario.

También podría preguntarse por qué los elefantes tienen que ser paquidermos. Es porque son ungulados de piel gruesa, por lo que no pueden * no * ser paquidermos.

Hacia su pregunta de subtexto, uno ciertamente podría usar un sistema de base 3, pero tendría que definir una rama completa de las matemáticas para ir más allá de lo básico. Actualmente utilizamos el álgebra booleana que define los sistemas lógicos informáticos binarios, probablemente porque el Joe promedio puede dominarlo o al menos comprenderlo.

Hay “trucos” binarios (mi término) que usan octal y hexadecimal pero estos están “codificados en binario” (tenga en cuenta que son divisibles por 2.)

También hay compuertas AND, OR, NOT, NOR, NAND, XOR, XNOR, diodos de túnel y muchos otros circuitos especializados que expanden exponencialmente la variabilidad de los dos estados “0 y 1.”

Answer 10

Una computadora consta de una unidad de aritmética y control (CPU), registros de datos y memoria, y un bus del sistema. Incluso si la memoria consistía en interruptores ternarios o superiores y la unidad aritmética soportaba una operación no binaria, el bus en sí mismo sigue siendo simplemente una corriente paralela de señal sincronizada y sin señal.

En este caso, supongo que la CPU y la memoria tendrían que adaptarse para la transmisión no binaria.

Es una idea interesante, pero creo que la transmisión de información no binaria es una buena razón por la cual esto sería complicado. Además, la aritmética binaria tiene algunas propiedades útiles, como que la división y la multiplicación se pueden reducir a una combinación de desplazamiento de bits y suma / resta.

Answer 11

Los circuitos analógicos también son más susceptibles a la interferencia de ruido ya que los niveles de voltaje no están bien definidos, en comparación con los circuitos digitales donde la distinción de una señal es absoluta: A Alta o BAJA.

Answer 12

El sistema de números binarios se usa en casi todos los sistemas digitales en estos días, ya que es el más simple de representar usando electricidad. Un ‘1’ está representado por la presencia de una diferencia de potencial y un ‘0’ está representado por una ausencia de la misma. Si tuviéramos más valores posibles, tendríamos que representarlos por diferentes voltajes. Esto haría que la mayoría de la maquinaria digital sea mucho más complicada. Es mucho más fácil verificar la presencia simple de diferencia de potencial que verificar varios niveles de diferencia de potencial.

Answer 13

No “tienen” que ser binarios, pero operar con elementos de circuito puramente binarios ayuda a lograr la tremenda confiabilidad necesaria en cada uno de los millones de elementos lógicos que se encuentran en una computadora típica, necesarios para reducir la tasa de error general a un valor insignificante. Nada es tan definido en un circuito como ENCENDIDO versus APAGADO. Si introduce estados adicionales como “medio ENCENDIDO”, tiene un nivel de umbral asociado, que puede estar sujeto a la deriva con la edad, la temperatura, etc. Creo que en los primeros días de las computadoras, antes de que aparecieran los transistores y los tubos de vacío todavía estaban Durante el uso, hubo algunos experimentos con elementos distintos a los binarios en los elementos lógicos básicos.

Answer 14

Creo que tiene algunos términos confusos, por lo que podría ayudarlo a comprender las cosas si aclaramos algunos términos:

• Binario: sistema de conteo de base 2, números compuestos de dos símbolos (por ejemplo, 0 y 1).
• Señal analógica: una señal que está representada por una cantidad física continua (generalmente voltaje).
• Señal digital: una señal que está representada por valores discretos (piense enteros).
• Circuito analógico: un circuito que genera o procesa señales digitales.
• Circuito digital: un circuito que genera o procesa señales analógicas.

Piense en lo analógico como algo que cambia suavemente, mientras que lo digital es algo que cambia en los pasos (tenga en cuenta que es posible que deba acercarse mucho para ver realmente los pasos).

Entonces, para responder a su pregunta principal: los circuitos digitales no necesitan ser binarios, pero generalmente lo son, ya que las cosas son simples.

Answer 15

Porque los sistemas digitales se basan en propiedades físicas como el voltaje. Imagine un dispositivo, cuando está apagado representa 0 y cuando está encendido representa 1.

Encendido y apagado son los estados más fáciles de medir y, por lo tanto, solo dos números. Si queremos que una señal digital represente más de 0 o 1, necesitaríamos hardware elaborado para medir el nivel de voltaje o cualquier otra propiedad.

Answer 16

Porque cualquier otra opción (viable) se volvería demasiado complicada demasiado rápido. Comencemos con la opción inmediata: ternary. Ahora tenemos que lidiar con algunos circuitos derrochadores o debemos ser capaces de manejar tres niveles de voltaje distintos. Esto requiere rehacer muchos componentes muy básicos diferentes y hacerlos considerablemente más intolerantes a fallas.

El binario se traduce trivialmente en circuitos y por eso se usa.

Answer 17

Porque binario es la lógica básica (y suficiente) para representar verdadero y falso. Y al comienzo de la era de la informática, 1/0 es la señal que se puede representar en esos dispositivos de edad temprana.

Answer 18

“Ser o no ser”, esa es la cuestión, la información digital podría describirse en bits de información, cualquier bit podría ser cero o uno y eso es libre de ruido porque es fácil de detectar ambos estados y también de verificar errores Verificaciones de paridad transversal y de bloque.

Answer 19

Porque principalmente apagamos el circuito o encendemos el circuito.

Entonces solo hay dos bits: 0 y 1.

Bueno, las computadoras cuánticas tienen más de un qubit, ya que son la superposición de estados cuánticos o simplemente 0 y 1.

Answer 20

Como las computadoras son mucho más simples que las mujeres, solo entienden sí o no, como 0 y 1. 0 significa no y 1 significa sí.