logo标签列表

计算机如何将所有内容转换为二进制？当它们看到一个二进制代码时，它们如何知道它代表一个数字、一个单词还是一条指令？

binarycomputer-sciencebinaryfilesbinary-datacpu-architecture
10
我知道计算机如何将数字转换为二进制。但我不明白的是，我听说计算机将所有内容（单词、指令等）都转换为二进制，而不仅仅是数字。这是怎么做到的呢？
你能给我举些例子吗？比如计算机如何将字母“A”转换成二进制？
当计算机看到一个二进制代码时，它如何知道那一长串0和1代表的是数字、单词还是指令？
例如：
假设计算机程序员将字母“Z”编码为这个二进制字符串：11011001111011010111
当计算机遇到这个二进制字符串时，它会将其翻译成字母“Z”。
但是当我们问这台计算机“709乘以1259的积是多少？”时，它会回答我们“892631”。但是，当这个数字转换成二进制时，它也是11011001111011010111。
那么它如何区分“Z”和“892631”呢？
请注意，我对计算机科学并不了解，请用简单易懂的语言来解释一切。
相关：二进制如何转换为硬件？和汇编指令如何转化为CPU上的电压变化？ - Peter Cordes
5个回答
10

计算机实际上并不将任何内容翻译成二进制，从一开始就是二进制，计算机除了二进制什么都不知道。

存储在内存中的字符A将会是01000001，而计算机只把它看作是一个二进制数。当我们要求计算机在屏幕上显示该数字对应的字符时，它会在字体定义中查找其图形表示形式，以找到其他一些二进制数发送到屏幕硬件。

例如，如果计算机是8位Atari，则会找到8个二进制值来表示屏幕上的字符A：

00000000
00011000
00111100
01100110
01100110
01111110
01100110
00000000

正如您所看到的，当图形硬件在屏幕上绘制时，二进制值将转换为暗像素和亮像素。

同样，无论我们在计算机中使用数字做什么，它都是以某种方式移动二进制值，对二进制值进行计算，并将它们转换为其他二进制值。

例如，如果您以 A 的字符代码作为输入，并希望将其显示为十进制数，则计算机会计算该数字的十进制表示为数字6（110）和5（101），将其转换为字符 6 （00110110）和字符5 （00110101），然后将它们转换为它们的图形表示形式。

9
这是一个很好的问题，它需要数年时间和几个博士学位才能完全解释清楚。我可以给你一个简单的答案，但要完全理解，你需要进行更多的研究。我建议你在这里参加麻省理工学院的一些免费在线课程here。
在最低层次上，字母A和数字65实际上使用相同的0和1序列存储。如果我没记错的话是1000001。
计算机从内存中获取时决定它是什么。这意味着字母可以显示为数字，反之亦然。
计算机知道它正在寻找的内容是由程序员告诉它的。程序员说我想在某个位置存储一个数字，计算机就会去查找它。
让我们提升一个级别，因为现在很少有程序在这么低的级别上编程。其他程序（通常是将类似C++的代码转换成计算机可理解的代码的编译器）确保我们正在访问的位置实际上是我们说的那个位置。它们具有额外的信息，告诉它们这组1和0实际上是浮点类型（有小数点），而这一组是整数（没有小数点）。
然后，其他类型建立在这些类型之上，更大的整数、浮点数或字符串，编译器再次强制执行类型。
这是一种过度简化的说法，我意识到这里的一切并不完全正确，但它会让你走上正确的道路。您可以查看一些这些主题，以获得更好的了解： 指令与数据如何区分？

http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_data_storage

处理器/寄存器/内存中的数据、地址和指令有何区别？

http://en.wikipedia.org/wiki/Reference_(computer_science)

希望这能让事情更清晰一些。如有需要，请随时要求澄清！
1
在这个答案的基础上，你拥有了二进制，它由0和1组成，并直接在硬件上运行。再进一步的抽象将其转化为汇编语言，其中包含简单的指令，如ADD，SUB，DIV，MUL等，并解释了*二进制应该如何交互。这仍然非常容易出错，最终你会得到具有语法和语法的简单编程语言，然后将其编译成汇编语言和二进制代码，将人类语言翻译成机器语言。 - Kyle Baran
5
那么计算机如何区分“Z”和“892631”呢？
其实计算机并不能区分它们。对于计算机来说，所有的东西都是由0和1组成的。只有在处理器被告知如何处理这些0和1之后，这些原始位才会具有意义！
举个例子，我可以创建一个变量x，并将它的值设为0b01000001（0b表示"我正在用二进制描述一个数字"）。我可以要求处理器帮我将变量x打印到屏幕上。但是，在此之前，我必须首先告诉处理器什么是x！
printf("%d", x); // this prints the decimal number 65

printf("%c", x); // this prints the character A

单独的x并没有意义，只是代表原始比特01000001。但作为程序员，我的工作是告诉计算机x实际上代表什么。

2

计算机在存储字母/特殊字符时只使用7位，而在存储数字时则使用一个字节的全部8位。

让我们以“A”和“65”为例。

65/2 -- 商是32，余数是1 1 2的0次方是1

32/2 商是16，余数是0 01

16/2 商是8，余数是0 001

8/2 商是4，余数是0 0001

4/2 商是2，余数是0 00001

2/2 商是1，余数是0 1000001 2的6次方是64

                             =========
                             1000001 binary repressents 65

A字母的ASCII值以二进制格式存储为01000001（它只使用7位，第8位用于字母和特殊字符时存储为0）。

希望这能帮到您。

UTF-8是一种广泛使用的字符编码，包括“特殊字符”和非拉丁字母表中的字母。它使用所有8位变长编码（每个字符1到4个字节）。前导位设置为1的数量=多字节字符中的总字节数。https://en.wikipedia.org/wiki/UTF-8#Description - Peter Cordes
你关于“只有7位用于存储字母/特殊字符”的说法是错误的。过时的7位US-ASCII代码是为数不多的符合此要求的代码之一。你喜欢的Windows、Linux或MacOS系统很可能使用Windows1252、许多ISO-8859变体或UTF-8中的一个，它们都使用完整的8位代码集。顺便说一句，还有5位代码和一些奇特的代码，比如https://en.wikipedia.org/wiki/DEC_Radix-50。 - Adrian W
2
让我们先讨论一些基础知识：
1. 假设你的硬盘只是一个铝制圆形板，上面有许多微小的孔洞/斑点（只能在显微镜下看到）。每个斑点都是由8位组成的字节组合而成的小孔洞（1位是1个孔洞）。 2. RAM类似于硬盘，但它是由硅制成的半导体，因此可以将信息存储为电场，并为每个字节分配地址，因此速度更快。 3. 计算机将您通过键盘输入的所有信息存储在硬盘中，以磁脉冲的形式表示（用1表示），如果没有信息，则该点（一个微小的孔洞）为空，称为0。
现在让我们来讨论您问题的第一部分 - 您能给我展示一些例子吗？比如计算机如何将字母“A”转换为二进制？
4. 例如，您通过键盘输入字符'A'和'அ'。 5. 字符'A'在Unicode / ASCII中表示为65，即二进制的01000001。操作系统将A映射到二进制。您输入的这个字符'A'现在以01000001的形式存储在硬盘中，并将出现在8个不同的位置（例如，在第七位中，左侧数字0没有磁脉冲，第7位有磁脉冲等）。 6. 在RAM的情况下，它以电脉冲的形式存储信息，因此当电源关闭时，RAM会丢失所有信息。
现在，您在RAM或硬盘上看到的所有内容都是给定字节中的能量或无能量，并且我们将其称为二进制格式（让我们将其称为0表示无能量，1表示有能量）。
现在由编译器决定如何存储。如果是AMD处理器/Windows操作系统上的C编译器，则将值存储在2个字节中（一个字节为5，一个字节为6）。存储值为5的字节将在6的右侧（如果是AMD处理），这被称为低端序。C程序不支持字符'அ'，因为需要多于1个字节来存储国际字符。
如果是Java编译器，则使用长度可变的4个字节，称为UTF-16。对于字母'A'，只需1个字节即可，因为Unicode / ASCII表示为65。而如果要存储国际语言字符（例如泰米尔语中的A类似的'அ'），则相应的Unicode值为2949，相应的二进制值为11100000 10101110 10000101（3个字节）。Java可以轻松存储和读取'A'和'அ'。
现在想象一下，您使用Java / Windows / AMD处理器将字符'அ'作为类型字符（Char）存储在硬盘中。
现在想象一下，您想使用C程序作为Char读取此内容。 C编译器仅支持ASCII而不是完整的Unicode集。在这里，C将读取上述3个字节的最右侧（10000101）字节（对于char类型，它会读取1个字节），屏幕上会显示什么？如果您要求程序打印，您的C程序将读取此1个字节而不会出现任何问题，并在屏幕上绘制此�。因此，编译器是区别制造者。
现在让我们讨论您问题的第二部分：当计算机看到二进制代码时，它们如何知道那长串0和1代表数字、单词或指令？
现在，您正在将已编译的Java程序加载到RAM的文本和数据区域中（在高级别上，RAM被分成文本和数据区域）。现在，您要求处理器的ALU执行您的程序的一组指令，称为进程。
您已编译程序中的行是将数据从一个变量移动到另一个变量的指令。
当ALU执行第一个指令时，它进入RAM外部的相应寄存器。处理器具有用于数据和指令的一组寄存器。根据这个，ALU现在知道哪个寄存器是什么，然后执行您的指令。
希望这有所帮助。
2
这里有一些过于简化的地方，但也有一些错误。在同一段落中，您谈到Java使用UTF-16，然后说அ表示为11100000 10101110 10000101（3个字节）。显然这是不正确的，因为UTF-16将Unicode代码点编码为一个或多个2字节块。您展示的比特模式看起来像该代码点的UTF-8编码，基于第一个字节中的3个前导1位表示3字节字符。 - Peter Cordes
2
另外，“操作系统将A映射为二进制”有点奇怪。计算机内部一切都是二进制的。映射的输入是来自键盘的扫描码（或USB键盘驱动程序）。终端驱动程序或GUI事件传递器将按键映射到它们的ASCII或UTF-8或UTF-16代码，或任何字符集。或者将其映射到Unicode代码点，然后从那里编码为UTF-8。 - Peter Cordes
谢谢，彼得。你的观点是正确的。我非常清楚给定的按键如何转换为11位扫描码（起始位、数据、奇偶校验位和停止位），并作为比特流发送到PS/2或USB上，然后根据我们在控制面板中选择的字符集映射到相应的ASCII或UTF。我不想深入研究这个问题，所以我过于简化了它，称其为操作系统。 - Siva
Peter，再次感谢。我又一次过于简化了国际字符需要3个字节的事实，因为相应的十进制值是2949，十六进制是0xb85。我的意思是它至少需要3个字节，但从技术上讲，如果它是使用一组2个字节的UTF-16，则需要4个字节。在这种情况下，它占用4个字节，最左边的一个将是零。大多数人认为Java是UTF-8，但在字符或字符串的情况下并非如此，正如你所说的那样，它是UTF-16。谢谢。我会使我的文章更加精确。 - Siva
网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的
可以查看英文原文，
原文链接