دنیای کامپیوترها جذاب است و در هسته این جهان دو مفهوم مهم وجود دارد: زبان باینری و زبان ماشین. این مفاهیم نه تنها به هر برنامه و دستگاهی نیرو می‌دهد، بلکه پنجره‌ای به نحوه پردازش و درک داده‌ها توسط رایانه‌ها ارائه می‌دهد. بیایید به این موضوعات بپردازیم تا عملکرد درونی رایانه ها را بهتر درک کنیم.
باینری زبان اصلی کامپیوترها است. این یک سیستم اعداد پایه-2 است که فقط از دو رقم استفاده می کند: 0 و 1. هر رقم در یک عدد باینری به عنوان یک بیت شناخته می شود که کوچکترین واحد داده در محاسبات است.
چرا باینری؟ کامپیوترها با استفاده از میلیون ها قطعه الکترونیکی کوچک به نام ترانزیستور کار می کنند. ترانزیستورها می توانند در حالت "روشن" یا "خاموش" باشند که به ترتیب نشان دهنده 1 یا 0 هستند. این امر باینری را به یک زبان طبیعی برای رایانه ها تبدیل می کند.
در سیستم دودویی، هر موقعیت در یک عدد باینری، توان 2 را نشان می‌دهد که کمترین بیت (راست‌ترین) نشان دهنده \(2^0\) ، بیت بعدی نشان دهنده \(2^1\) و غیره است. به عنوان مثال، عدد باینری 1011 را می توان به صورت اعشاری (سیستم شماره گذاری معمول ما، که پایه 10 است) تبدیل کرد:
\( 1 \times 2^3 + 0 \times 2^2 + 1 \times 2^1 + 1 \times 2^0 = 8 + 0 + 2 + 1 = 11 \)این نشان می دهد که چگونه اعداد باینری برای محاسبات اساسی هستند و به عنوان پایه ای برای ذخیره و پردازش انواع داده ها، از اعداد گرفته تا کاراکترها و حتی فایل های چند رسانه ای پیچیده عمل می کنند.
در حالی که باینری زبان کامپیوترها است، زبان ماشین را می توان زبان برنامه نویسی اصلی در نظر گرفت. مجموعه ای از ارقام یا بیت های باینری است که کامپیوتر برای انجام عملیات می خواند و تفسیر می کند. زبان ماشین مختص معماری هر کامپیوتر است، به این معنی که برنامه ای که به زبان ماشین برای یک نوع کامپیوتر نوشته شده است، احتمالاً بدون تغییر روی نوع دیگری کار نخواهد کرد.
زبان ماشین از دستورالعمل های ماشینی تشکیل شده است که ابتدایی ترین دستوراتی است که توسط CPU کامپیوتر (واحد پردازش مرکزی) قابل درک است. این دستورالعمل ها می تواند شامل عملیاتی مانند جابجایی داده ها بین مکان های حافظه، انجام عملیات حسابی و کنترل جریان اجرای برنامه ها باشد.
بیایید یک مثال ساده را برای نشان دادن نحوه تعامل زبان باینری و ماشین در نظر بگیریم. فرض کنید می خواهیم دو عدد 2 و 3 را در یک ماشین بسیار ساده (و فرضی) که از باینری برای دستورات خود استفاده می کند، اضافه کنیم.
دستور ماشین برای "افزودن" ممکن است به صورت باینری به صورت 0001 نمایش داده شود. اعداد 2 و 3 در باینری به ترتیب 0010 و 0011 هستند. کل دستورالعمل زبان ماشین برای اضافه کردن این دو عدد می تواند چیزی شبیه به این باشد:
\( \textrm{عملیات (افزودن)}: 0001 \ \textrm{عملوند 1 (2)}: 0010 \ \textrm{عملوند 2 (3)}: 0011 \ \)هنگامی که CPU این دنباله از ارقام باینری را می خواند، آنها را به عنوان دستورالعملی برای اضافه کردن اعداد 2 و 3 تفسیر می کند. نتیجه، 5، سپس ذخیره می شود یا برای پردازش بیشتر استفاده می شود.
زبان دودویی و ماشینی چندین مزیت از جمله سرعت و کارایی را ارائه می دهد. از آنجایی که این زبان ها در ابتدایی ترین سطح سخت افزار کامپیوتر کار می کنند، امکان دستکاری سریع و مستقیم اجزای کامپیوتر را فراهم می کنند.
با این حال، نوشتن برنامه ها به زبان ماشین بسیار پیچیده و مستعد خطا است. همچنین بین انواع مختلف معماری کامپیوتر قابل حمل نیست. برای رفع این محدودیت ها، زبان های برنامه نویسی سطح بالاتر مانند پایتون، جاوا و سی پلاس پلاس توسعه داده شدند. این زبان ها برنامه نویسان را قادر می سازند تا کد را در قالبی قابل خواندن برای انسان بنویسند که سپس توسط کامپایلرها یا مفسرها به زبان ماشین ترجمه می شود.
زبان دودویی و ماشینی در قلب محاسبات قرار دارند و چارچوبی اساسی را فراهم می‌کنند که تمامی عملیات رایانه بر آن مبتنی است. درک این مفاهیم اساسی بینشی در مورد نحوه اجرای برنامه ها و پردازش داده ها توسط رایانه ها ارائه می دهد. با وجود پیچیدگی و توسعه زبان های سطح بالاتر، زبان دودویی و ماشینی برای هر کسی که به دنبال کاوش عمیق تر در علوم کامپیوتر و برنامه نویسی است، ضروری است.
