單少杰

你家的電腦里存有照片吧？它可能是你比賽獲得勝利之后拍的照片，也可能是爸爸媽媽帶你出去玩的時(shí)候拍的照片。你有沒(méi)有想過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題：這些照片是怎么存到電腦里的呢？其實(shí)電腦里儲(chǔ)存的所有文件，不管是圖片，還是視頻、文本等，都是以一串串由0和1組成的數(shù)字形成的。什么，你不相信？那就讓我們一起進(jìn)入電腦世界，看看0和1是怎么來(lái)記錄這么豐富多彩的內(nèi)容的吧。

通路斷路，都有意義

要想知道電腦里的0和1是什么意思，我們首先要知道電腦是由什么組成的。

電腦是由什么組成的？可能你會(huì)說(shuō)它是由鍵盤(pán)、顯示器、主板、CPU等組成的。其實(shí)說(shuō)到底，電腦是由無(wú)數(shù)的電路組成的。你的鍵盤(pán)里有電路，顯示器里有電路，主板和CPU里的電路就更多了。

那什么是電路呢？

電路，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是電流走的通路。想象一下你家的手電筒，它的主要元件包括電池、開(kāi)關(guān)和燈泡。當(dāng)你用電線把這些元件連在一起后，一條電路就搭建完成了。如果你按下開(kāi)關(guān)，讓電路保持連通狀態(tài)，電流就在電路里流動(dòng)起來(lái)，燈泡就亮了，我們就說(shuō)這條電路是處于通路的狀態(tài)；如果你斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，電流就不能繼續(xù)在電路里流動(dòng)，燈泡就滅了，我們就說(shuō)這條電路處于斷開(kāi)狀態(tài)。

在我們的日常生活中，斷路似乎不是一件很好的事情——如果我們家里電閘的電路斷開(kāi)了，電視就不能看了，冰箱也不能用了，其他家用電器也都罷工了。但是，在電腦的內(nèi)部，并不是這樣。其實(shí)你在接通和斷開(kāi)電路的時(shí)候，就已經(jīng)做了兩件很重要的事，那就是用電路記錄了一個(gè)1和一個(gè)0。對(duì)，假如我們把電路接通的狀態(tài)記作1，把電路斷開(kāi)的狀態(tài)記作0的話，我們就可以用電路通或斷的狀態(tài)來(lái)記錄數(shù)字了。

那么，假如我們要記錄下00101這串?dāng)?shù)字，該怎么辦呢？很簡(jiǎn)單，準(zhǔn)備五個(gè)開(kāi)關(guān)，讓它們組成斷開(kāi)、斷開(kāi)、接通、斷開(kāi)、接通的電路就行了。

電腦記錄0和1的方式就是這樣。雖然電腦里沒(méi)有小燈泡，但電腦里有很多個(gè)電路和開(kāi)關(guān)。一般情況下，當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)接通的時(shí)候，電腦就相當(dāng)于儲(chǔ)存了一個(gè)1，而當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)的狀態(tài)時(shí)，就記錄了一個(gè)0。當(dāng)開(kāi)關(guān)從開(kāi)變?yōu)殛P(guān)，數(shù)字就從1變成了0。無(wú)數(shù)個(gè)開(kāi)關(guān)和電路一起運(yùn)作，就可以進(jìn)行加法、減法以及其他邏輯運(yùn)算。

電腦儲(chǔ)存照片的時(shí)候也是這樣。照片是由一個(gè)個(gè)像素點(diǎn)組成的，只要記下這些像素點(diǎn)上的顏色，就能儲(chǔ)存一張照片了。按照規(guī)定，不同的顏色對(duì)應(yīng)不同的數(shù)值，再把這些數(shù)值轉(zhuǎn)化成0和1組成的二進(jìn)制數(shù)字串，就可以在電腦里存儲(chǔ)了。

我們可以通過(guò)觀察下面這張像素圖，來(lái)理解電腦是怎么使用像素點(diǎn)表示圖片的。只不過(guò)電腦屏幕或者圖片本身的像素點(diǎn)很小，在正常視距范圍內(nèi)我們是看不到的。當(dāng)像素點(diǎn)變得更多時(shí)，圖像和屏幕的分辨率也就會(huì)變得更高。

聽(tīng)我命令！接通電路！

我們查看電腦文件的時(shí)候，總會(huì)看到在文件名的后面有個(gè)后綴，比如jpg、mp3，這些后綴可以告訴電腦該用什么規(guī)則處理這個(gè)文件。

在電腦里，圖片以0或1組成的一串串?dāng)?shù)字的模式存儲(chǔ)在硬盤(pán)上。當(dāng)我們通過(guò)程序發(fā)送命令，讓電腦在屏幕上展示這張圖片的時(shí)候，電腦就會(huì)按照這個(gè)文件的后綴規(guī)定的方式讀取這串?dāng)?shù)字，再在顯示器上顯示。

我們的顯示器底部是一塊發(fā)白光的板子，屏幕則是由很多個(gè)“小塊”，也就是像素點(diǎn)組成。每個(gè)像素點(diǎn)后面都有紅、綠、藍(lán)三個(gè)濾光片。從后面發(fā)出的白光經(jīng)過(guò)濾光片后，被分解成紅、綠、藍(lán)三束光，然后進(jìn)入人的眼睛。由于像素點(diǎn)非常小，三個(gè)濾光片又非常近，因此人眼分不清這是三束光。也就是說(shuō)光在人眼中發(fā)生了混色作用，于是一個(gè)像素點(diǎn)便有了顏色。電腦通過(guò)程序讀取每個(gè)像素點(diǎn)的顏色數(shù)值之后，會(huì)調(diào)整每個(gè)像素點(diǎn)三色光的配比，混合出相應(yīng)的顏色，最終顯示出一張圖片。

其實(shí)，不只是圖片，其他文件的處理方式也一樣。比如當(dāng)文件后綴名是mp3時(shí)，電腦就會(huì)按照mp3規(guī)定的解碼方式讀取文件里的數(shù)字串；后綴名是pdf時(shí)，電腦又會(huì)按照pdf的規(guī)則讀取。

當(dāng)然了，電腦的實(shí)際運(yùn)行要比我們說(shuō)的復(fù)雜得多。不過(guò)歸根結(jié)底，都是電腦里數(shù)不清的電路在不斷地接通、斷開(kāi)的結(jié)果。很多高科技公司在做芯片設(shè)計(jì)，他們?cè)O(shè)計(jì)的其實(shí)就是里面電路的布局。如果你能設(shè)計(jì)出更好的電路布局，那就能讓電腦的性能得到提升。

電腦的CPU為什么不能用塑料制作？

電腦的核心元件CPU用金屬和半導(dǎo)體制作，是因?yàn)橹挥兴鼈兡苓B通電路。

我們身邊的物質(zhì)都是由原子組成的，而原子又是由原子核和核外電子組成的。有些物質(zhì)的電子可以在物體里自由運(yùn)動(dòng)，從而傳導(dǎo)電，這樣的物質(zhì)被稱(chēng)作導(dǎo)體，比如各種金屬；有些物質(zhì)的電子可以在一定條件下自由運(yùn)動(dòng)，這樣的物質(zhì)被稱(chēng)作半導(dǎo)體，比如硅；而有的物質(zhì)的電子不能自由運(yùn)動(dòng)，不能傳導(dǎo)電，這樣的物質(zhì)被稱(chēng)作絕緣體，比如塑料。

電腦的CPU和主板，要依靠復(fù)雜的電路工作，因此需要使用能夠?qū)щ姷牟牧?。塑料不能?dǎo)電，無(wú)法連通電路，所以也就不能用來(lái)制成電腦的CPU和主板。