编程基础之计算机中信息的存储

一文深入理解计算机底层数据信息的存储形式，以及数据存储单位 B、KB、MB、GB、TB、PB、EB 等概念。

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计算机中信息的存储

编码详解

进制详解

机器数和算术溢出

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我们知道，计算机要处理的信息是多种多样的，如数字、文字、符号、图形、音频、视频等，这些信息在人们的眼里是不同的，那么计算机是如何存储以及管理这些丰富多样的数据呢？！！

数据在内存/磁盘中的存储

事实上，由于计算机的硬件决定，数据在内存中都是一样的，都是以二进制的形式来表示，它是计算机处理数据的基础。

↓↓↓↓↓↓ 以内存条为例 ↓↓↓↓↓↓

内存条是一个非常精密的部件，包含了上亿个微小的（纳米级别）电子元器件。这些元器件，实际上就是电路，电路的电压会变化，要么是 0V，要么是 5V，只有这两种电压（门电路）。5V 是通电，用 1 来表示，0V 是断电，用 0 来表示。所以，一个元器件有 2 种状态：0 或者 1。

这也就说明，对于计算机中底层存储 >>>>

计算机只能识别 0 && 1 两种数据，任何存储于计算机中的数据，其本质都是以二进制码形式存储。

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[0 && 1] 组合表示丰富的数据信息 >>>>

我们可以通过电路来控制这些元器件的通断电，会得到很多 0、1 的组合。

例如，8 个元器件有 2^8=256 种不同的组合，16 个元器件有 2^16=65536 种不同的组合。虽然一个元器件只能表示 2 个数值，但是多个结合起来就可以表示很多数值了。

同时，我们可以给每一种组合赋予特定的含义。例如，可以分别用 1101000、00011100、11111111、00000000 来表示 我、爱、中、国 这几个字，那么结合起来 1101000 00011100 11111111 00000000 就表示：“我爱中国”。这样不就可以存储文本了么？！！

实际上，也确实是这样用的，详情请参考 >>>> 【编程基础之字符编码】。

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比特（bit）&& 字节（Byte） >>>>

一般情况下，我们不一个一个的使用元器件，而是将 8 个元器件看做一个单位。这样，即使表示一个很小的数，例如 1，也需要 8 个，也就是 00000001。

1 个元器件称为 1 Bit（比特），8 个元器件统称为 1 Byte（字节）。那么 16 个元器件就是 2 Byte，32 个就是 4 Byte，以此类推：

• 8 × 1024 个元器件就是 1024 Byte，简写为 1KB；
• 8 × 1024 × 1024 个元器件就是 1024 KB，简写为 1MB；
• 8 × 1024 × 1024 × 1024 个元器件就是 1024 MB，简写为 1GB。

现在，你知道 1GB 的内存有多少个元器件了吧？！！

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B、KB、MB、GB、TB、PB、EB >>>>

我们通常所说的文件大小是多少多少 KB，多少多少 MB，就是指占用了多少字节。

单位换算 >>>>

• 1 Byte = 8 Bit
• 1 KB = 1024 Byte = 2^10 Byte
• 1 MB = 1024 KB = 2^20 Byte
• 1 GB = 1024 MB = 2^30 Byte
• 1 TB = 1024 GB = 2^40 Byte
• 1 PB = 1024 TB = 2^50 Byte
• 1 EB = 1024 PB = 2^60 Byte

平时使用计算机时，通常只会设计到 KB、MB、GB、TB 这几个单位，PB 和 EB 这两个高级单位一般在大数据处理过程中才会用到。

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500 GB 硬盘的实际容量 >>>>

当你购买了一块 500 GB 的硬盘，回来接到 Windows 下却显示没有 500 GB，买到假的了？！！

实际硬盘空间之所以跟标准计算有差距是因为换算的问题。只是由于硬件厂商在生产时是按照 1MB=1000KB 来算的，而 Windows 系统是按照 1MB=1024KB 来进行计算显示的。所以：

N GB 硬盘的实际容量 ≈ (N × 1000 × 1000 × 1000) / (1024 × 1024 × 1024) ≈ (N × 10^9) / (2^30) ≈ 0.93N

故，500 GB ≈ 465 GB

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总结一下：

你看，在内存中没有 abc 这样的字符，也没有 gif、jpg 这样的图片，只有 0 和 1 两个数字，计算机也只认识 0 和 1。所以，计算机使用二进制，写入内存或磁盘中的数据都会被转换成 0 和 1 的组合。

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