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計算機中儲存單位的認識與理解

計算機上的資訊儲存單位與日常生活中計算單位存在很大的差別,易於導致相關概念的混淆,而且認識這些對測試計算機效能具有很重要的意義。

一. 計算機資訊儲存單位

計算機資訊用二進位制的形式表示常用的單位有 位、字以及位元組。它也是儲存器儲存資訊的最小單位,通常用 b 來表示,如 1b

  • 位(bit):計算機中最小的資料單位,存放一位二進位制數,即 0 或 1,例如 11010100 是一個 8 位 2 進位制數
  • 位元組(Byte):位元組是計算機表示儲存容量的最常用的儲存單位,為一組相鄰的二進位制數碼。一個位元組由 8 位二進位制數(即 1 B = 8 b) 組成,通常用 B 表示。一個字元佔一個位元組,一個漢字佔兩個位元組。
  • 字(word):字是指在計算機中作為一個整體被存取、傳送、處理的一組二進位制數資料長度。一個字通常由多個(一般是位元組的整數倍)位元組構成。
  • 字長:一個字的位數(即字長)是計算機系統結構中的一個重要特性。例如,286 微機由 2 個位元組組成,字長為 16位;32位的 468 微機由 4 個位元組組成,字長為 32位。字長是由 CPU 的型別所決定,不同的計算機系統的字長是不同的,常見的有 8 位、16 位、32 位、64 位等,字長越長,計算機一次處理的資訊位就越多,精度就越高,字長是計算機效能的一個重要指標,目前主流微機正在由 32 位機向 64 位機轉變
  • 字塊:在資訊處理中,一群字作為一個單元處理的稱為 字塊
    (或稱 字組

注意: 字與字長的區別,字是單位,而字長是指標。正如重量與公斤的關係,重量為指標,公斤為單位。重量需要用公斤來衡量

儲存容量的計量單位有 B(位元組)、KB(千位元組)、MB(兆位元組)以及 GB(十億位元組) 等

換算關係如下:

中文單位 中文簡稱 英文單位 英文簡稱 換算關係
位元 Bit b 1b=0.125B
位元組 位元組 Byte B 1B=1024b
千位元組 千位元組 KiloByte KB 1KB = 1024B
兆位元組 Megabyte MB 1MB = 1024KB
吉位元組 Gigabyte GB 1GB =1024MB
太位元組 Trillionbyte TB 1TB=1024GB
拍位元組 Petabyte PB 1PB =1024TB
艾位元組 Exabyte EB 1EB=1024PB
澤位元組 Zettabyte ZB 1ZB=1024EB
堯位元組 Jottabyte YB 1YB = 1024ZB

二. 幾個概念

關於計算機中常見的幾種概念

  • 機器字長:CPU 一次能處理多少位的並行運算,通常與 CPU 的暫存器位數有關。通常計算機的運算器長度和暫存器的位數與機器字長一致。如某機器字長16 位,表示該機器中,每次能完成兩個16 位二進位制數的運算。
  • 儲存字長:儲存器中一個儲存單元(儲存地址)所儲存的二進位制程式碼的位數,即儲存器中的 MDR(Memory Address Register,即主存地址暫存器) 的位數
  • 指令字長:計算機指令字的位數
  • 資料字長:計算機資料儲存所佔用的位數

三. 關於幾個提問

1.機器字長對計算機的影響

機器的字長會影響機器的運算速度。倘若 CPU 字長較短,又要運算位數較多的資料,那麼需要經過兩次或多次的運算才能完成,這樣勢必影響整機的執行速度

機器的字長對硬體的造價也有較大的影響。它將直接影響加法器(或ALU),資料匯流排以及儲存字長的位數。所以機器字長的確不能單從精度和數的表示範圍來考慮

為了適應不同的要求及協調運算精度和硬體造價間的關係,大多數計算機均支援變字長運算,即機內可實現半字長、全字長(或單字長)和雙倍字長運算

2.在C語言中, int 型別資料到底佔多少位元組

跟編譯器有關,16 位的 C 編譯器 int 型佔 2 位元組;32 位和 64 位的編譯器通常是 4 位元組。使用前可以通過 sizeof(int) 看看當前編譯器如何定義的

3. 關於微型計算機的幾個效能指標

一個微型計算機價值的主要依據:價效比

  • 主頻:CPU(微處理器)的時鐘工作頻率。例如 CPU PIV 主頻 3.0Ghz 以上
  • 運算速度:衡量 CPU 工作快慢的指標(每秒完成多少次運算),可達每秒幾十萬億次。 IBM 最新生產的歐洲最快的超級計算機(名為 MareNostrum)每秒鐘可以運算 40 萬億次
  • 字長:CPU 一次可以處理的二進位制位數,字長主要影響計算機的精度和速度,字長越長,計算機處理資料的速度越快,計算精度越高
  • cache: 高速緩衝儲存器。快取大小也是CPU的重要指標之一,快取容量的增大,可以大幅度提升 CPU 內部讀取資料的命中率
  • 主存容量(記憶體容量):衡量計算機記憶能力的指標,記憶體越大,機器的執行速度就越快
  • 輸入輸出資料傳輸速率:與外設交換資料的速度。如與硬碟交換資料的速率、印表機的輸出速率等
4.為什麼新買回來的硬碟容量變小了?

正常情況下,儲存器的容量是以 2 的 10 次方進位的,即1kB=1024Byte1MB=1024kB1GB=1024MB

而硬碟、U 盤的生產廠家是以 1000 進位的,也就是在硬碟上的計算相當於 1kB=1000Byte1MB=1000kB1GB=1000MB

那麼,如果以一個標準的 500GB 的硬碟為例:

按照硬碟廠家的演算法,500GB 硬碟的實際容量為:C=500×1000×1000×1000=500000000000Byte
但對於作業系統來說,這麼多位元組的資料實際上是:C=500000000000÷1024÷1024÷1024=465.66GB

相比之下,要比標稱值少了差不多 35GB,這就是我們所說的變小了