摘要: 理解计算机是如何存储数据的。

Fundebug经授权转载,版权归原作者所有。

1. 存储单位

  • 位:即 bit,表示二进制位,要么是 0 ,要么是 1。它是计算机内部数据存储的最小单位。比如 11010100 共有8个二进制位,是一个8位二进制数。
  • 字节:即 byte,它由8个二进制位构成,即 1byte=8bit,是计算机内部计量的基本单位。一个英文字符占1个字节(8位),一个汉字占2个字节(16位)
  • 字:即word,它由若干个字节构成,是计算机内部进行数据处理和运算的基本单位。字的总的位数称为字长,不同档次的计算机字长是不一样的,比如32位机,它的1个字由4个字节构成,字长为32位,也就是说其CPU一次操作处理的实际位数是32位。同理,64位机可以处理64位。由此可见,计算机的字长越大,其性能越优越。
  • KB,MB:1024byte = 1KB,1024KB = 1MB。往上还有GB,TB。

PS:数据传输大多以 bit 为单位,比如我们常说的网速100M/s,M/s其实Mbit/s,也就是兆比特每秒,我们还可以写成100Mbps。

2. 编码

2.1 为什么需要编码?

  • 计算机只能理解0和1,无法理解英文、字母、汉字和其他特殊字符,这些字符需要经过编码才能成为计算机可以理解的二进制数。
  • 由字符到二进制数称为编码,反过来则是解码。
  • 从字符到二进制数,需要有一个一一对应的映射,这个映射通过编码规则来实现。
  • 通常所说的编码其实包括编码+字符集(即字符的集合体),比如 Unicode 字符集,就有 UTF-8,UTF-16 等多种编码。

2.2 编码规则的演变

  • ASCII:

    1) /ˈæski/,即 American Standard Code for Information Interchange,美国信息交换标准代码。本来一个字节有8位,每一位有0和1两种状态,则一个字节共有2^8=256种状态,可以表示256种字符。但是美国佬比较自私,觉得只要可以表示自己的字母和一些特殊字符就足够了,所以 ASCII 没有占用最高位(而是固定为0),实际只用到了后面7位,它可以表示 2^7=128 种状态,也就是表示128个字符。

    2) 很显然,这用来表示字母是足够的,但要想表示其它语言的字符,128还是太少了。

    PS:附送 ASCII 对照表一张:

  • GB2312:

    1) 既然美国佬只解决了字母和特殊符号的编码问题,那么我们中国人只好实现自己的编码,从而来表示汉字了。所以这时候出现了 GB2312 编码(国标码)。

    2) 问题:不幸的是,各个国家都是这么想的,所以小日本有了 Shift_JIS 编码,棒子有了 Euc-kr 编码…..一时之间各国都有了自己的标准,那么对于一个多语言混合的文本来说,存在着不同的编码规则,最终必然导致乱码。

  • Unicode:

    1) Unicode 解决了编码统一的问题。每种语言的每个字符在 Unicode 的规则下,都只有统一且唯一的对应二进制编码。它的表示方法是U+[16进制数]。例如,大写字母 A 编码为 U+0041,汉字“严”编码为 U+4E25

    2) 问题:Unicode 一般用2个字节(也就是16位)表示一个字符,这在表示 ASCII 字符的时候会出现问题。我们知道,ASCII 字符实际只需要一个字节就够了,并且最高位甚至都还不需要用到,但是 Unicode 又规定表示一个字符至少需要2个字节,那么一个 ASCII 字符前面就必须要补0以满足这个规则,例如字母 A 就需要用 00000000 01000001 表示,这些多余的0是一个极大的资源浪费。

  • UTF-8:

    1) UTF:实际传输过程中,基于不同的系统平台,对 Unicode 会有不不同的实现方式,其实现方式称为 Unicode Transformation Format,即 UTF。

    2) 作为 Unicode 的一种实现方式,UTF-8 展现了一定的灵活性——它是一种变长编码,会根据具体字符来改变所需要的表示字节。其编码规则只有两条:

    i>. 对于 128 个 ASCII 字符只需一个字节表示,字节的第一位补 0,后面 7 位为这个字符的 ASCII 二进制数。Unicode 范围为 U+0000 至U+007F。

    ii>. 对于 n 字节的符号(n>1),第一个字节的前 n 位都设为 1,第 n+1 位设为 0,后面字节的前两位一律设为 10。剩下的没有提及的二进制位,全部为这个符号的 Unicode 码二进制数。Unicode 范围由 U+0080 起。

也可以看下面这张图:

以汉字“严”为例,演示如何实现 UTF-8 编码。

“严”的 Unicode 是 U+4E25(二进制数 100111000100101),据表,U+4E25 处在第三行的范围内(U+0800 ~ U+FFFF),因此“严”的UTF-8 编码需要三个字节,即格式 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。然后,从“严”的最后一个二进制位开始,依次从后向前填入格式中的 x,多出的位补 0。这样就得到 UTF-8 编码(二进制)是 11100100 10111000 10100101,转换成十六进制就是 E4B8A5

参考:

关于Fundebug

Fundebug专注于JavaScript、微信小程序、微信小游戏、支付宝小程序、React Native、Node.js和Java线上应用实时BUG监控。 自从2016年双十一正式上线,Fundebug累计处理了20亿+错误事件,付费客户有阳光保险、核桃编程、荔枝FM、掌门1对1、微脉、青团社等众多品牌企业。欢迎大家免费试用

深入理解计算机系统cp1:存储单位与编码的更多相关文章

  1. 深入理解计算机系统(1.1)------Hello World 是如何运行的

    上一篇序章我谈了谈 程序员为啥要懂底层计算机结构 ,有人赞同也有人反对,但是这并不影响 LZ 对深入理解计算机系统研究的热情.这篇博客以案例驱动的模式,通过跟踪一个简单 Hello World 程序的 ...

  2. 深入理解计算机系统(4.1)---X86的孪生兄弟,Y86指令体系结构

    引言 各位猿友们好,计算机系统系列很久没更新了,实在是抱歉之极.新的一年,为了给计算机系统系列添加一些新的元素,LZ将其更改为书的原名<深入理解计算机系统>.这本书非常厚,而且难度较高,L ...

  3. 《深入理解计算机系统》【PDF】下载

    <深入理解计算机系统>[PDF]下载链接: https://u253469.pipipan.com/fs/253469-230382303 内容提要 本书主要介绍了计算机系统的基本概念,包 ...

  4. <深入理解计算机系统>第七章读书笔记

    第七章读书笔记 链接 链接:将各种代码和数据部分收集起来并组合成为一个单一文件的过程.(这个文件可被加载或拷贝到存储器并执行) 链接可以执行于编译,加载或运行时. 静态链接: 两个主要任务: 1 符号 ...

  5. 深入理解计算机系统_3e 第九章家庭作业 CS:APP3e chapter 9 homework

    9.11 A. 00001001 111100 B. +----------------------------+ | Parameter Value | +--------------------- ...

  6. 深入理解计算机系统 第二章 信息的表示和处理 Part1 第二遍

    <深入理解计算机系统> 第三版 第二遍读这本书,每周花两到三小时时间,能读多少读多少(这次看了 22 ~ 28 页) 第一遍对应笔记链接 https://www.cnblogs.com/s ...

  7. 深入理解计算机系统(1.2)---hello world的程序是如何运行的

    在写本章的内容之前,LZ先做个小广告.其实也不算是什么广告,就是LZ为了和各位猿友交流方便,另外也确实有个别猿友留言或者在博客里发短消息给LZ要联系方式.因此LZ斗胆建立了一个有关<深入理解计算 ...

  8. 《深入理解计算机系统》 Chapter 7 读书笔记

    <深入理解计算机系统>Chapter 7 读书笔记 链接是将各种代码和数据部分收集起来并组合成为一个单一文件的过程,这个文件可被加载(货被拷贝)到存储器并执行. 链接的时机 编译时,也就是 ...

  9. 【转】《深入理解计算机系统》C程序中常见的内存操作有关的典型编程错误

    原文地址:http://blog.csdn.net/slvher/article/details/9150597 对C/C++程序员来说,内存管理是个不小的挑战,绝对值得慎之又慎,否则让由上万行代码构 ...

随机推荐

  1. Android DSelectorBryant 单选滚动选择器

    单选滚动选择器.diy丰富.有阻尼效果.简单美观.触摸or点击模式 (Rolling Selector, Diy Rich, Damping Effect, Simple and Beautiful, ...

  2. 剑指offer-39:平衡二叉树

    题目描述 输入一棵二叉树,判断该二叉树是否是平衡二叉树. 解题思路 在做这题是,我第一反应就是遍历两次二叉树.第一遍记录每个节点的深度,并将信息存入HashMap中,key = node,value ...

  3. python 打飞机项目 ( 基类封装 )

    项目代码 | plane # -*- coding:utf-8 -*- import pygame, time from Plane import Plane from HeroPlane impor ...

  4. 海康Poe 摄像头尾线与8根网线连接方法

    家里海康POE摄像头铜丝断了一根,拆开自己接了个RJ44座,线序黑. 棕. 绿. 橙. 红. 黄. 紫. 蓝 以此 对应橙白.橙.绿白.蓝.蓝白.绿.棕白.棕经测试无误,可以正常使用

  5. vue-preview vue图片预览插件+缩略图样式

    一.安装 npm i vue-preview -S 二.main.js中  导入组件 //vue-preview 开始 import VuePreview from 'vue-preview'; // ...

  6. CSS学习笔记-过渡模块

    过渡模块:    1.过渡三要素        1.1必须要有属性发生变化        1.2必须告诉系统哪个属性需要执行过渡效果        1.3必须告诉系统过渡效果持续时长    2.格式: ...

  7. 从零开始学vuejs

    最近一段时间都花在了学习vue上,还总是断断续续的,学习的效果不是很明显,思考了好久了,应该是没有进行一个系统的总结,导致很多知识点总是似是而非,而且也有一部分是思维还没有从java转变过来,废话不多 ...

  8. Spring Boot修改JSP不用重启的办法

    在application.properties文件中添加一行代码解决. Spring Boot 2.0以上添加如下一行: server.servlet.jsp.init-parameters.deve ...

  9. InnoDB On-Disk Structures(三)--Tablespaces (转载)

    转载.节选于 https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-tablespace.html This section covers topics rel ...

  10. spring @Transaction事务回滚失败

    今天客户提出一个新问题,出库一批商品,提示失败了,但是库存数量却减少了.看了一下代码一头雾水,我们的代码加了事物,且捕获异常. 经过调试代码发现就是两个原因导致的 第一.在当前方法的catch中处理了 ...