Apa itu Biner, dan Mengapa Komputer Menggunakannya?

Komputer tidak mengerti kata-kata atau angka seperti manusia. Perangkat lunak modern memungkinkan pengguna akhir untuk mengabaikan ini, tetapi pada tingkat terendah komputer Anda, semuanya diwakili oleh sinyal listrik biner yang terdaftar di salah satu dari dua status: hidup atau mati. Untuk memahami data yang rumit, komputer Anda harus menyandikannya dalam bentuk biner.

Binary adalah sistem angka 2 dasar. Basis 2 berarti hanya ada dua digit-1 dan 0 yang sesuai dengan kondisi hidup dan mati yang dapat dipahami komputer Anda. Anda mungkin akrab dengan basis 10-sistem desimal. Desimal menggunakan sepuluh digit yang berkisar dari 0 hingga 9, dan kemudian membungkus untuk membentuk angka dua digit, dengan setiap digit bernilai sepuluh kali lebih banyak daripada yang terakhir (1, 10, 100, dll.). Biner serupa, dengan setiap digit bernilai dua kali lebih banyak dari yang terakhir.

Menghitung dalam Biner

Dalam biner, digit pertama bernilai 1 dalam desimal. Digit kedua bernilai 2, nilai ketiga 4, nilai keempat 8, dan seterusnya berlipat ganda setiap kali. Menambahkan semua ini memberi Anda angka dalam desimal. Begitu,

1111 (dalam biner) = 8 + 4 + 2 + 1 = 15 (dalam desimal)

Menghitung 0, ini memberi kita 16 nilai yang mungkin untuk empat bit biner. Pindah ke 8 bit, dan Anda memiliki 256 nilai yang mungkin. Ini membutuhkan lebih banyak ruang untuk diwakili, karena empat digit dalam desimal memberi kita 10.000 nilai yang mungkin. Ini mungkin tampak seperti kita sedang mengalami semua kesulitan untuk menciptakan kembali sistem penghitungan kita hanya untuk membuatnya lebih rumit, tetapi komputer memahami biner jauh lebih baik daripada mereka mengerti desimal. Tentu, biner membutuhkan lebih banyak ruang, tetapi kami ditahan oleh perangkat keras. Dan untuk beberapa hal, seperti pemrosesan logika, biner lebih baik daripada desimal.

Ada sistem dasar lain yang juga digunakan dalam pemrograman: heksadesimal. Meskipun komputer tidak berjalan pada heksadesimal, programmer menggunakannya untuk mewakili alamat biner dalam format yang dapat dibaca manusia saat menulis kode. Ini karena dua digit heksadesimal dapat mewakili seluruh byte, delapan digit dalam biner. Heksadesimal menggunakan 0-9 seperti desimal, dan juga huruf A hingga F untuk mewakili enam digit tambahan.

Jadi Kenapa Komputer Menggunakan Biner?

Jawaban singkatnya: perangkat keras dan hukum fisika. Setiap angka di komputer Anda adalah sinyal listrik, dan pada masa awal komputasi, sinyal listrik jauh lebih sulit untuk diukur dan dikontrol dengan sangat tepat. Lebih masuk akal untuk membedakan antara keadaan "hidup" - diwakili oleh muatan negatif - dan keadaan "mati" - diwakili oleh muatan positif. Bagi mereka yang tidak yakin mengapa "off" diwakili oleh muatan positif, itu karena elektron memiliki muatan negatif - lebih banyak elektron berarti lebih banyak arus dengan muatan negatif.

Jadi, komputer berukuran kamar awal menggunakan biner untuk membangun sistem mereka, dan meskipun mereka menggunakan perangkat keras yang jauh lebih tua, kami tetap menggunakan prinsip dasar yang sama. Komputer modern menggunakan apa yang dikenal sebagai transistor untuk melakukan perhitungan dengan biner. Berikut ini diagram tampilan transistor efek medan (FET):

Pada dasarnya, itu hanya memungkinkan arus mengalir dari sumber ke saluran jika ada arus di gerbang. Ini membentuk saklar biner. Pabrikan dapat membuat transistor ini dengan sangat kecil - hingga 5 nanometer, atau seukuran dua untai DNA. Inilah cara CPU modern beroperasi, dan bahkan mereka dapat menderita masalah yang membedakan keadaan aktif dan nonaktif (meskipun sebagian besar disebabkan oleh ukuran molekulnya yang tidak nyata, menjadi subyek keanehan mekanika kuantum).

Tapi Kenapa Hanya Basis 2?

Jadi Anda mungkin berpikir, “mengapa hanya 0 dan 1? Tidak bisakah Anda menambahkan satu digit lagi? ”Sementara beberapa di antaranya bersumber pada tradisi tentang bagaimana komputer dibangun, menambahkan satu digit lagi berarti kita harus membedakan antara berbagai level saat ini-bukan hanya“ mati ”dan“ menyala , "Tetapi juga menyatakan seperti" sedikit "dan" banyak. "

Masalahnya di sini adalah jika Anda ingin menggunakan beberapa level tegangan, Anda memerlukan cara untuk melakukan perhitungan dengan mudah, dan perangkat keras untuk itu tidak dapat digunakan sebagai pengganti untuk komputasi biner. Memang ada; itu disebut komputer ternary, dan sudah ada sejak tahun 1950-an, tapi di situlah perkembangannya terhenti. Logika ternary jauh lebih efisien daripada biner, tetapi sampai sekarang, belum ada yang memiliki pengganti yang efektif untuk transistor biner, atau setidaknya, tidak ada pekerjaan yang dilakukan untuk mengembangkannya pada skala kecil yang sama dengan biner.

Alasan mengapa kita tidak bisa menggunakan logika ternary adalah cara transistor ditumpuk dalam komputer - sesuatu yang disebut "gerbang"-dan bagaimana mereka terbiasa melakukan matematika. Gates mengambil dua input, melakukan operasi padanya, dan mengembalikan satu output.

Ini membawa kita pada jawaban yang panjang: matematika biner jauh lebih mudah untuk komputer daripada yang lainnya. Logika Boolean memetakan dengan mudah ke sistem biner, dengan Benar dan Salah diwakili oleh on dan off. Gerbang di komputer Anda beroperasi pada logika boolean: mereka mengambil dua input dan melakukan operasi pada mereka seperti AND, OR, XOR, dan sebagainya. Dua input mudah dikelola. Jika Anda membuat grafik jawaban untuk setiap input yang mungkin, Anda akan memiliki apa yang dikenal sebagai tabel kebenaran:

Tabel kebenaran biner yang beroperasi pada logika boolean akan memiliki empat kemungkinan keluaran untuk setiap operasi mendasar. Tetapi karena gerbang terner mengambil tiga input, sebuah tabel kebenaran terner akan memiliki 9 atau lebih. Sementara sistem biner memiliki 16 kemungkinan operator (2 ^ 2 ^ 2), sistem ternary akan memiliki 19.683 (3 ^ 3 ^ 3). Penskalaan menjadi masalah karena sementara ternary lebih efisien, ini juga secara eksponensial lebih kompleks.

Siapa tahu? Di masa depan, kita bisa mulai melihat komputer ternary menjadi sesuatu, karena kita mendorong batas biner ke tingkat molekuler. Namun, untuk saat ini, dunia akan terus berjalan pada biner.

Kredit gambar: spainter_vfx / Shutterstock, Wikipedia, Wikipedia, Wikipedia, Wikipedia