为什么计算机科学中有8个和256个如此重要的数字？

Question

我不太了解RAM和HDD架构，或者电子如何处理内存块，但这总是引起我的好奇心：为什么我们选择停在8位以获得计算机值中的最小元素？

我的问题可能看起来很愚蠢，因为答案很明显，但我不太确定......

是因为2 ^ 3允许它在寻址内存时非常适合吗？ 电子产品是否专门设计用于存储8位块？ 如果是，为什么不使用更广泛的词？ 这是因为它除了32,64和128，所以处理器的单词可以给出几个单词？ 这么小的空间有256个值是否方便？

你怎么看 ？

我的问题有点过于形而上学，但我想确保这只是一个历史原因，而不是技术或数学原因。

对于这个轶事，我也在考虑ASCII标准，其中大多数首字母对UTF-8这样的东西都没用，我也试着想一些更简单快速的字符编码......

Answer 1

从历史上看，字节大小并不总是8位（就此而言，计算机也不必是二进制，但非二进制计算在实践中看到的动作要少得多）。 正是由于这个原因，IETF和ISO标准经常使用术语八位字节 - 它们不使用字节，因为它们不想假设它不是8位。

实际上，当字节被创造时，它被定义为1-6位单元。 历史使用的字节大小包括7,9,36和具有可变大小字节的机器。

8是商业上的成功的混合物，对于思考它的人来说这是一个足够方便的数字（它本来会互相帮助），毫无疑问是我完全不知道的其他原因。

您提到的ASCII标准假定为7位字节，并且基于早期的6位通信标准。

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编辑：可能值得添加到这一点，因为有些人坚持说那些说字节总是八位字节，是字节与字混淆。

八位字节是以8位为单位的名称（来自拉丁语的8位）。 如果您使用的是计算机（或更高的抽象级别，编程语言），其中字节是8位，那么这很容易做到，否则您需要一些转换代码（或硬件中的转换）。 八位字节的概念在网络标准中比在本地计算中更多，因为在体系结构中立的情况下，它允许创建可用于不同字节大小的机器之间通信的标准，因此它在IETF和ISO标准中的使用（顺便提一下，ISO / IEC 10646使用八位字节 ，其中Unicode标准使用字节本质上 - 对后一部分有一些小的额外限制 - 相同的标准，尽管Unicode标准确实详细说明它们意味着八位 字节，即使字节可能是不同机器上的不同尺寸）。 八位字节的概念恰好存在，因为8位字节是常见的（因此选择使用它们作为这些标准的基础）但不是通用的（因此需要另一个字来避免歧义）。

从历史上看，一个字节是用于存储角色的大小，这个问题反过来建立在实践，标准和事实上的标准之上，这些标准早于计算机用于电传和其他通信方法，可能始于1870年的Baudot（我不喜欢我们之前不知道，但我愿意接受更正。

这反映在以下事实中：在C和C ++中，用于存储字节的单元称为char其大小（以位为单位）由标准limits.h头中的CHAR_BIT定义。 不同的机器将使用5,6,7,8,9或更多位来定义字符。 当然，这些天我们将字符定义为21位，并使用不同的编码将它们存储为8位，16位或32位单元（以及非Unicode授权方式，如UTF-7用于其他大小），但历史上是它的方式。

在旨在在机器之间更加一致的语言中， byte往往在语言中被修复，而现在这通常意味着它在语言中被定义为8位。 考虑到它们制作历史的重点，并且大多数机器现在都有8位字节，这种区别在很大程度上没有实际意义，尽管在不同大小的机器上实现这些语言的编译器，运行时等并非不可能。字节，只是不那么容易。

一个词是给定计算机的“自然”大小。 这个定义不太明确，因为它会影响一些通常会共同关注的重叠问题，但可能不会。 机器上的大多数寄存器都是这么大，但有些可能没有。 最大的地址大小通常是一个字，虽然情况可能并非如此（Z80有一个8位字节和一个1字节字，但允许一些加倍的寄存器以提供一些16位支持，包括16位寻址）。

我们再次看到C和C ++之间的区别，其中int是根据字大小定义的，而long定义是为了利用具有“长字”概念的处理器应该存在，尽管在给定的情况下可能是相同的到int 。 最小值和最大值再次位于limits.h标头中。 （事实上​​，随着时间的推移， int可能被定义为小于自然字大小，作为与其他地方常见的一致性的组合，减少一系列整数的内存使用，以及可能还有其他我担心的问题知道）。

Java和.NET语言采用定义int和long的方法在所有架构中都是固定的，并且处理差异是运行时（特别是JITter）要处理的问题。 值得注意的是，即使在.NET中，指针的大小（在不安全的代码中）也会根据架构而变化，而不是语言强加的字大小。

因此，八位字节，字节和字都是彼此非常独立的，尽管八位字节==字节和字是一个整数字节（以及像2,4,8等整个二进制数字）的关系是常见的今天。

Answer 2

并非所有字节都是8位。 有些是7，有些是9，还有一些其他值。 原因8很重要，在大多数现代计算机中，它是一个字节中的标准位数。 正如Nikola所提到的，有点是实际的最小单位（单个二进制值，真或假）。

正如Will所提到的，本文http://en.wikipedia.org/wiki/Byte更详细地描述了字节及其可变大小的历史。

为什么8,256和其他数字很重要的一般原因是它们是2的幂，并且计算机使用基2（二进制）系统的交换机运行。

Answer 3

ASCII编码需要7位，EBCDIC需要8位。 扩展的ASCII代码（例如ANSI字符集）使用第8位来扩展具有图形，重音字符和其他符号的字符集。一些体系结构使用专有编码; 一个很好的例子是DEC PDP-10，它有一个36位的机器字。 此体系结构上的某些操作系统使用打包编码，这些编码在机器字中存储了6个字符，用于各种目的，例如文件名。

到20世纪70年代，DG Nova和DEC PDP-11（16位架构和具有32位机器字的IBM大型机）的成功推动了业界默认的8位字符。 20世纪70年代后期的8位微处理器是在这种环境下开发的，这成为事实上的标准，特别是现有的外围设备如UART，ROM芯片和FDC芯片被构建为8位设备。

到了20世纪70年代后期，业界确定8位作为事实上的标准，PDP-8及其12位机器字等架构变得有些边缘化（尽管PDP-8 ISA和衍生产品仍然出现在嵌入式系统产品中） ）。 随后是16位和32位微处理器设计，如Intel 80x86和MC68K系列。

Answer 4

由于计算机使用二进制数，因此所有2的幂都很重要。

8位数字能够代表256（2 ^ 8）个不同的值，足以满足所有英语字符和相当多的额外值。 这使得数字8和256非常重要。
事实上，许多CPU（过去和现在仍然如此）处理8位数据有很大帮助。

您可能听说过的其他两个重要的权力是1024（2 ^ 10 = 1k）和65536（2 ^ 16 = 65k）。

Answer 5

计算机建立在数字电子设备之上，数字电子设备与各州合作。 一个片段可以有2个状态，1或0（如果电压高于某个水平则为1，如果不是则为零）。 为了表示行为二元系统的引入（很好地没有引入但被广泛接受）。

所以我们来了。 Bit是二进制系统中最小的片段。 它只需要2个状态，1或0，它代表整个系统的原子片段。

为了让我们的生活变得轻松，引入了字节（8位）。 为了给你一些类比，我们不用克表示重量，但这是重量的基本量度，但我们使用千克，因为它更容易使用和理解使用。 一公斤是1000克，可以用3的幂表示为10。所以当我们回到二元系统并且我们使用相同的功率时，我们得到8（2的3的幂为8）。 这样做是因为在每天的计算中仅使用比特过于复杂。

这种情况继续发生，将来当我们意识到8个字节再次太小并且使用变得复杂时，我们在电源上添加+1（2的4的幂是16），然后再次2 ^ 5是32 ，等等，256只是8的幂。

所以你的答案是我们遵循二进制系统，因为计算机的体系结构，我们上升的功能值代表得到一些我们可以简单处理的值，这就是你从一点到一个字节的方式（8位）等等！

（2，4，8，16，32，64，128，256，512，1024，等）（2 ^ X，X = 1,2,3,4,5,6,7,8,9， 10等等）

Answer 6

这里重要的数字是二进制0或1 。 您的所有其他问题都与此相关。

Claude Shannon和George Boole在我们现在称之为信息理论和布尔算术的基础上做了很多工作。 简而言之，这是数字开关的基础，只能表示0 OFF和1 ON能够代表更复杂的信息，如数字，逻辑和jpg照片。 二进制是我们目前所知的计算机的基础，但其他数字基础计算机或模拟计算机是完全可能的。

在人类十进制算术中，十的幂具有重要性。 10,100,1000,10,000每个看起来都很重要和有用。 一旦你有一台基于二进制的计算机，同样有2的权力变得重要。 2 ^ 8 = 256足以用于字母，标点符号和控制字符。 （更重要的是，2 ^ 7足以用于字母，标点符号和控制字符，2 ^ 8足以容纳这些ASCII字符和一个校验位 。）

Answer 7

我认为主要原因与IBM PC的原始设计有关。 英特尔8080 CPU是8086的第一个先驱，后来将用于IBM PC 。 它有8位寄存器。 因此，围绕8位隐喻开发了整个应用程序生态系统。 为了保持向后兼容性，英特尔设计了所有后续架构以保留8位寄存器。 因此，8086和之后的所有x86 CPU保持其8位寄存器的向后兼容性，即使它们多年来添加了新的16位和32位寄存器。

我能想到的另一个原因是8位非常适合拟合基本的拉丁字符集。 你不能把它装进4位，但你可以在8位。因此，你得到整个256值的ASCII字符集。 它也是2的最小幂，你有足够的位可以装入一个字符集。 当然，现在大多数字符集实际上是16位宽（即Unicode）。

Answer 8

我们通常计入基数10，单个数字可以有十个不同的值之一。 计算机技术基于开关（微观），可以打开或关闭。 如果其中一个代表一个数字，那么该数字可以是1或0.这是基数2。

从那里可以看出，计算机使用的数字是由一系列2个值数字组成的。

• 1位数，2个值
• 2位数，4个值
• 3位数，8位数等

在设计处理器时，他们必须选择处理器将被优化以使用的大小。 对于CPU，这被认为是“单词”。 早期的CPU基于4位字长，8位（1字节）后很快。 今天，CPU主要设计用于32位和64位字。 但实际上，两个状态“切换”是所有计算机数量往往是2的幂的原因。

Answer 9

Charles Petzold撰​​写了一本名为Code的有趣书籍，涵盖了这个问题。 请参见第15章，字节和十六进制。

该章的引言：

8位值是加法器，锁存器和数据选择器的输入，也是这些单元的输出。 八位值也由开关定义并由灯泡显示。因此，这些电路中的数据路径被称为8位宽 。 但为什么8位呢？ 为什么不是6或7或9或10？

......真的没有理由为什么必须这样建造。 如果你愿意的话，当时只有8位似乎是一个方便的数量，一个很好的比特。

...有一段时间，字节只是指特定数据路径中的位数。 但到了20世纪60年代中期。 与IBM的System / 360（它们的大型商用计算机综合体）的开发相关，这个词意味着一组8位。

... IBM倾向于8位字节的一个原因是以称为BCD的格式存储数字的难易程度。 但正如我们将在前面的章节中看到的那样，巧合的是，一个字节非常适合存储文本，因为世界上大多数书面语言（除了中文，日文和韩文中使用的表意文字）都可以用少于256个表示。字符。

Answer 10

我想是历史原因。 8是2的幂，2 ^ 2是4和2 ^ 4 = 16对于大多数目的来说太小了，并且16（下一个2的幂）位硬件来得晚得多。

但我怀疑的主要原因是它们有8位微处理器，然后是16位微处理器，其字可以很好地表示为2个八位字节，依此类推。 你知道，历史残余和后向兼容性等

反对“缩小”的另一个类似的实用理由：如果我们比如使用4位作为一个单词，那么与8位相比，我们基本上只能获得一半的输入。 除了溢出得快得多。

你总是可以在一个八位字节中挤出0..15范围内的2个数字...你只需要手工提取它们。 但是，除非你有足够多的数据集并存在内存中，否则这不值得付出努力。