計算機(jī)基礎(chǔ)重新整理(1)

摘要:
1,位,字節(jié)等概念
2,基本的數(shù)據(jù)類型
3,移位
4,有符號數(shù)的處理/補(bǔ)碼

1,一般計算機(jī)中8個位(bit)作為一個字節(jié)(Byte);
還有一個概念叫“字/word”,字中的字節(jié)數(shù)是一個基本的系統(tǒng)參數(shù),不同的系統(tǒng)也不相同。一個word可能是1,2,4,8個byte。
8個位可以表示從0000 0000到1111 1111的256個數(shù)字

在計算機(jī)的文本文件里面,我們看到的英文字符是使用ASCII標(biāo)準(zhǔn)來表示的。計算機(jī)中只能存儲0/1的數(shù)字,我們的文本文件以字節(jié)序列存儲在計算機(jī)中,而在讀取和存儲的時候會根據(jù)ASCII標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的,將每個二進(jìn)制數(shù)字表示成字符
ASCII的范圍是0-127,不在這個范圍內(nèi)的不是ASCII編碼

摘自WIKI的部分ASCII表

另外,每行文本都是通過一個看不見的換行符"\n"來結(jié)尾的(就像在c/c++里面可以通過這個符號來換行)

只由ASCII字符構(gòu)成的文件稱為文本文件,其他所有文件稱為二進(jìn)制文件。(二進(jìn)制文件以文本方式打開會亂碼,如果能以正確的方式打開的話,就是數(shù)字)。

所有的數(shù)據(jù)都是由一串比特bit保存的,區(qū)分不同數(shù)據(jù)對象的唯一方法是我們讀到這些數(shù)據(jù)對象時的上下文。比如,在不同的上下文中,同樣的字符序列可能表示整數(shù)/浮點數(shù)/字符串/指令。

另外,說到ASCII,還有很多其他的編碼,這里不介紹了,大家可以了解
各種字符編碼/標(biāo)準(zhǔn)

2,大多數(shù)計算機(jī)以一個byte作為最小的可尋址的存儲器單位。(也就是說地址每變化1,內(nèi)存變化一byte)。也就是說每次訪問都會access一個byte的內(nèi)容而不是單獨訪問一個bit。
存儲器的每個字節(jié)都有一個唯一的數(shù)字來標(biāo)識,成為地址。所有的可能地址的集合就稱為虛擬地址空間(virtual address apace)。
正如其名字所表示的,這個虛擬地址空間只是一個展現(xiàn)給機(jī)器級程序的概念性影響(image),實際的實現(xiàn)使用的是RAM,磁盤存儲,特殊硬件和操作系統(tǒng)軟件的結(jié)合,來為程序提供一個看上去統(tǒng)一的字節(jié)數(shù)組。

-數(shù)據(jù)大?。?/p>

數(shù)據(jù)類型 64位 32位
char 1 1
short int 2 2
int 4 4
long int 8 4
char* 8 4
float 4 4
double 8 8

當(dāng)然這只是一般情況下。
注意32位機(jī)器上一般最長4個字節(jié),只有double是8個字節(jié)

尋址和字節(jié)存儲#

多字節(jié)對象被存儲為連續(xù)的字節(jié)序列,對象的地址為所使用字節(jié)序列的最小地址。
比如一個4byte的int型數(shù)據(jù)的首地址為0x100 ,那么這個數(shù)據(jù)會被存儲在0x100,0x101,0x102,0x103.
下面就涉及到對表示的對象的字節(jié)序列排序,假設(shè)一個數(shù)據(jù)有w位,那么最高字節(jié)為{x[w-1],x[w-2]...x[w-8]},最低字節(jié)為{x[7],x[6]....x[0]};
如果機(jī)器選擇在存儲器里按照最低有效字節(jié)到最高有效字節(jié)的順序存儲對象,那么就是小端法(little endian);Intel的機(jī)器采用這種規(guī)則。
如果機(jī)器按照從最高有效字節(jié)到最低有效字節(jié)的順序存儲,那么就是大端法(big endian).

c中的移位運算:#

除了我們聽說過的左移右移,實際上實現(xiàn)的方式有兩種,一種是邏輯移位,就是"平移",補(bǔ)0;
第二種是算術(shù)移位。算術(shù)移位是大多數(shù)機(jī)器在對有符號數(shù)據(jù)移位時使用的方法。算術(shù)右移是在左端空出的所有位置補(bǔ)上最高位。如果是負(fù)數(shù),那么補(bǔ)1,正數(shù)補(bǔ)0.
但在對無符號數(shù)據(jù)移位時必須使用邏輯移位。

這個大家了解一下,因為平時用的并不太多。

二進(jìn)制補(bǔ)碼(這個最好看完,不然會有誤解?。?

x[complement]=~x-1;
然后發(fā)現(xiàn)了一個求負(fù)數(shù)補(bǔ)碼值的方法:
假設(shè)負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為:1x[n-2]x[n-3]...x[0]
那么其值為:將最高位替換為0變成整數(shù),得到的數(shù)X[positive],減去最高位的值,如果為n位的話,就是2^(n-1)(插入公式略麻煩,就這樣描述一下。。)
舉個例子:1100 1111 1100 0111計算的話就是:100 1111 1100 0111-1000 0000 0000 0000=-12345

后來在wiki上也看見了


來自WIKI

二補(bǔ)數(shù)-wiki

直觀的求負(fù)數(shù)

計算二補(bǔ)數(shù)(two's complement):
正數(shù)的二補(bǔ)數(shù)是負(fù)數(shù),負(fù)數(shù)的二補(bǔ)數(shù)是正數(shù)。
12345=0011 0000 0011 1001
-12345不用補(bǔ)碼表示,僅用符號位:
1011 0000 0011 1001
取反得: 1100 1111 1100 0110
+1得: 1100 1111 1100 0111(絕對值直接加一)

感覺wiki這個規(guī)律也蠻不錯的,可恥的再次copy:


來自wiki

但是要指出的是,二補(bǔ)數(shù)的概念和平時的補(bǔ)碼概念并不太一樣,
補(bǔ)碼的概念是這樣的:

正數(shù)的補(bǔ)碼就是其本身
負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在其原碼的基礎(chǔ)上, 符號位不變, 其余各位取反, 最后+1. (即在反碼的基礎(chǔ)上+1)

在wiki上看到了另一個方法:


wiki

最開始感覺蠻震驚,后來一想,不過是最右邊所有的0轉(zhuǎn)換過后全為1,然后還有一個加一的步驟,加一之后這些11...1又變成了00..0,然后產(chǎn)生進(jìn)1,又給了那個1,所以這個1以及之后的0都不變。
這個方法大家可以不用記,了解原理就好。

附上鏈接:有符號數(shù)的處理-wiki

有符號和無符號的轉(zhuǎn)換

從二進(jìn)制補(bǔ)碼到無符號數(shù):
正數(shù)不變
負(fù)數(shù):T2U(x)=x+2^w;
如T2U(-12345)=2^16-12345;

從無符號變?yōu)槎M(jìn)制補(bǔ)碼表示的有符號數(shù):
U2T(x)=x-2w;當(dāng)x>=2(w-1)
舉個例子很好理解,這個公式也解釋了從負(fù)數(shù)二進(jìn)制補(bǔ)碼計算其值的方法(上面有講)。

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