

如今的计算机能够完成奇妙的壮举和复杂的计算。但如果我们将其分解到最基本,就会发现其核心是最基本的内存单位:比特。比特是微小的二进制开关,是计算机执行许多基本操作的基础。它是最小的内存单位,存在于两种状态之间:开和关,也称为一和零。比特还可以表示信息和值,如真(一)和假(零),被认为是机器的语言。
将这些比特巧妙地排列在半导体芯片上的复杂矩阵中,使计算机科学家能够执行各种任务,例如编码信息和从内存中检索数据。随着计算机科学家将越来越多的开关堆叠到处理单元上,管理这些开关会变得很麻烦,因此比特有时会被组织成八个一组,也称为字节。
比特与字节
比特可以表示的值状态呈指数级增长。所以如果你有八个比特,也就是一个字节,你可以表示256种状态或值。使用比特计数有点像在算盘上计数,但列的值是二的幂(128、64、32、16、8、4、2、1)。因此,虽然十进制数制中的零和一对应于二进制数制中的零和一,但十进制中的二在二进制中是10,十进制中的三在二进制中是11,十进制中的四在二进制中是100。使用一个字节可以表示的最大数字是255,其二进制表示为11111111,因为它等于128+64+32+16+8+4+2+1。
与比特相比,字节还可以表示更复杂的信息。虽然比特只能是零或一,但字节可以存储字符、符号和大数字等数据。
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字节通常也是可以“寻址”的最小信息单位。这意味着字节实际上可以拥有某种地址,告诉计算机从哪个交叉线(或者,如果你想把芯片想象成一座微型城市,就是交叉路口)检索存储的值。所有程序都带有预先制作的命令,或操作码,它们将地址与值关联,并将值与变量关联。不同类型的书写代码可以将字节中的256种状态与字母等项目关联起来。例如,计算机文本的ASCII码(它为字母、标点符号和其他字符分配数值)规定,如果你有一个字节看起来像01000100,或者十进制数为68,那么它就对应大写字母“D”。通过将字节进行有趣的组合排列,你还可以使用代码来创建颜色。
字节作为一个单位,可以让你衡量存储不同类型信息的内存量。例如,如果你要输入一个包含1000个单独字母的笔记,它将占用1000字节的内存。历史上,由于行业希望以二进制进行计数,因此仍然使用了千字节、兆字节、千兆字节和太字节等单位,但这里情况变得更加复杂:千字节并不总是等于1000字节(正如该前缀可能让你认为的那样)。
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事实上,一千字节实际上等于2^10,即1024字节。其他内存单位也一样——它们只是对字节的粗略表示。一千兆字节略大于十亿字节(2^30),一太字节大约是一万亿字节(2^40)。后来引入了特殊的词头,如kibi、mebi、gibi,以解释这些差异,尽管许多计算机科学家仍然倾向于使用旧的命名系统。