計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)表達(dá)怎么理解

1.3 計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)表達(dá)

    計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)表達(dá)的總原則就是：把一切內(nèi)容數(shù)值化、數(shù)字化。這個(gè)也是編程時(shí)處理數(shù)據(jù)的基本方式，對(duì)于編程理解的越深入，則將越認(rèn)同該原則。

    其實(shí)計(jì)算機(jī)也只能這樣，因?yàn)橛?jì)算機(jī)內(nèi)部只能存儲(chǔ)0和1兩個(gè)數(shù)字，所以必須把指令、數(shù)據(jù)、圖片、文本等各種各樣的內(nèi)容數(shù)字化成0和1進(jìn)行存儲(chǔ)、傳輸和顯示。

    1.3.1 整數(shù)的表達(dá)

    整數(shù)有正負(fù)之分，但是計(jì)算機(jī)內(nèi)部只能存儲(chǔ)0和1，則計(jì)算機(jī)內(nèi)部將符號(hào)數(shù)字化，用二進(jìn)制碼的最高位代表符號(hào)位，規(guī)定該位為0代表正，1代表負(fù)。這就是符號(hào)數(shù)字化的規(guī)定。

    前面介紹過整數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部都是以二進(jìn)制的形式保存的。但是為了計(jì)算方便，以及簡(jiǎn)化CPU的結(jié)構(gòu)，所以在存儲(chǔ)和運(yùn)算時(shí)都采用補(bǔ)碼的形式。

    前面介紹的那些直接計(jì)算出來的二進(jìn)制形式，都稱作整數(shù)的原碼。規(guī)定正數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼都是自身。

    而對(duì)于負(fù)數(shù)，仔細(xì)研究一下其組成格式。以8位機(jī)為例，也就是一個(gè)數(shù)字占計(jì)算機(jī)中的8位，也就是一個(gè)字節(jié)，用最高位存儲(chǔ)符號(hào)位，其它的位存儲(chǔ)數(shù)值。例如-8的原碼是10001000，最高位的1代表負(fù)數(shù)，后續(xù)的7位代表數(shù)值。

    負(fù)數(shù)的反碼是指符號(hào)位不變，其他的位取反，也就是0變1，1變0，則-8的反碼是11110111.負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是指在反碼的數(shù)值位上加1，運(yùn)算后得到的結(jié)果，只計(jì)算數(shù)值位，不改變符號(hào)位。則-8的補(bǔ)碼是11111000，該次運(yùn)算中，低位向高位進(jìn)行了進(jìn)位。

    規(guī)律：補(bǔ)碼的補(bǔ)碼等于負(fù)數(shù)的原碼。

    也就是對(duì)負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼再求補(bǔ)，則得到的負(fù)數(shù)的原碼。

    熟悉整數(shù)的表達(dá)，對(duì)于后續(xù)理解數(shù)據(jù)的區(qū)間以及進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換以后得到的數(shù)值很有幫助，也是進(jìn)行位運(yùn)算的基礎(chǔ)。

    備注：小數(shù)，編程語言中稱浮點(diǎn)數(shù)，的存儲(chǔ)形式和整數(shù)不同。

    1.3.2 字符的表達(dá)

    字符指計(jì)算機(jī)內(nèi)部單個(gè)的符號(hào)，如標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、英文字母和漢字等等。因?yàn)檫@些字符種類各異，計(jì)算機(jī)無法直接表達(dá)，那么就采用了計(jì)算機(jī)編程中也常用的方式，對(duì)每個(gè)字符進(jìn)行編號(hào)，例如規(guī)定a字符編號(hào)為97，b字符編號(hào)為98等等。

    由于需要編號(hào)的字符很多，就專門規(guī)定了一系列字符和編號(hào)的對(duì)應(yīng)規(guī)則，那么這些對(duì)應(yīng)表就被稱作字符集，常見的字符集有ASCII、GB2312、BIG5等。

    在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)、運(yùn)算和傳輸時(shí)，都只需要使用該編號(hào)即可。

    字符集比較完美的解決了字符的存儲(chǔ)和傳輸?shù)膯栴}。

    所以字符在程序內(nèi)部可以參與運(yùn)算，其實(shí)參與運(yùn)算的就是這個(gè)字符的編號(hào)，字符集規(guī)律是很多字符變換邏輯實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

    備注：字符的顯示則通過專門的字符顯示碼實(shí)現(xiàn)。

    1.3.3 總結(jié)

    其實(shí)計(jì)算機(jī)內(nèi)部所有的東西都是以數(shù)字的形式存儲(chǔ)的，這里只是希望通過這兩種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，使大家了解將數(shù)據(jù)數(shù)字化的思想，這是編程時(shí)常用的思想之一。

對(duì)于初學(xué)者，或者沒有接觸過網(wǎng)絡(luò)編程的程序員，會(huì)覺得網(wǎng)絡(luò)編程涉及的知識(shí)很高深，很難，其實(shí)這是一種誤解，當(dāng)你的語法熟悉以后，其實(shí)基本的網(wǎng)絡(luò)編程現(xiàn)在已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)的異常簡(jiǎn)單了。

    1.4.1 網(wǎng)絡(luò)編程是什么？

    網(wǎng)絡(luò)編程的本質(zhì)是兩個(gè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)然，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備主要指計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)傳遞本身沒有多大的難度，不就是把一個(gè)設(shè)備中的數(shù)據(jù)發(fā)送給兩外一個(gè)設(shè)備，然后接受另外一個(gè)設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)。

    現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)編程基本上都是基于請(qǐng)求/響應(yīng)方式的，也就是一個(gè)設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)給另外一個(gè)，然后接收另一個(gè)設(shè)備的反饋。

    在網(wǎng)絡(luò)編程中，發(fā)起連接程序，也就是發(fā)送第一次請(qǐng)求的程序，被稱作客戶端（Client），等待其他程序連接的程序被稱作服務(wù)器（Server）?？蛻舳顺绦蚩梢栽谛枰臅r(shí)候啟動(dòng)，而服務(wù)器為了能夠時(shí)刻相應(yīng)連接，則需要一直啟動(dòng)。例如以打電話為例，首先撥號(hào)的人類似于客戶端，接聽電話的人必須保持電話暢通類似于服務(wù)器。

    連接一旦建立以后，就客戶端和服務(wù)器端就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞了，而且兩者的身份是等價(jià)的。

    在一些程序中，程序既有客戶端功能也有服務(wù)器端功能，最常見的軟件就是BT、emule這類軟件了。

    下面來談一下如何建立連接以及如何發(fā)送數(shù)據(jù)。

    1.4.2 IP地址和域名

    在現(xiàn)實(shí)生活中，如果要打電話則需要知道對(duì)應(yīng)人的電話號(hào)碼，如果要寄信則需要知道收信人的地址。在網(wǎng)絡(luò)中也是這樣，需要知道一個(gè)設(shè)備的位置，則需要使用該設(shè)備的IP地址，具體的連接過程由硬件實(shí)現(xiàn)，程序員不需要過多的關(guān)心。

    IP地址是一個(gè)規(guī)定，現(xiàn)在使用的是IPv4，既由4個(gè)0-255之間的數(shù)字組成，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)時(shí)只需要4個(gè)字節(jié)即可。在計(jì)算機(jī)中，IP地址是分配給網(wǎng)卡的，每個(gè)網(wǎng)卡有一個(gè)唯一的IP地址，如果一個(gè)計(jì)算機(jī)有多個(gè)網(wǎng)卡，則該臺(tái)計(jì)算機(jī)則擁有多個(gè)不同的IP地址，在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，IP地址不能相同。IP地址的概念類似于電話號(hào)碼、身份證這樣的概念。

    由于IP地址不方便記憶，所以有專門創(chuàng)造了域名（Domain Name）的概念，其實(shí)就是給IP取一個(gè)字符的名字，例如163.com、sina.com等。IP和域名之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果把IP地址類比成身份證號(hào)的話，那么域名就是你的姓名。

    其實(shí)在網(wǎng)絡(luò)中只能使用IP地址進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以在傳輸以前，需要把域名轉(zhuǎn)換為IP，這個(gè)由稱作DNS的服務(wù)器專門來完成。

    所以在網(wǎng)絡(luò)編程中，可以使用IP或域名來標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)上的一臺(tái)設(shè)備。

    1.4.3 端口的概念

    為了在一臺(tái)設(shè)備上可以運(yùn)行多個(gè)程序，人為的設(shè)計(jì)了端口（Port）的概念，類似的例子是公司內(nèi)部的分機(jī)號(hào)碼。

    規(guī)定一個(gè)設(shè)備有216個(gè)，也就是65536個(gè)端口，每個(gè)端口對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的程序。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)程序，無論是客戶端還是服務(wù)器端，都對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)特定的端口號(hào)。由于0-1024之間多被操作系統(tǒng)占用，所以實(shí)際編程時(shí)一般采用1024以后的端口號(hào)。

    使用端口號(hào)，可以找到一臺(tái)設(shè)備上唯一的一個(gè)程序。

    所以如果需要和某臺(tái)計(jì)算機(jī)建立連接的話，只需要知道IP地址或域名即可，但是如果想和該臺(tái)計(jì)算機(jī)上的某個(gè)程序交換數(shù)據(jù)的話，還必須知道該程序使用的端口號(hào)。

    1.4.4 數(shù)據(jù)傳輸方式

    知道了如何建立連接，下面就是如何傳輸數(shù)據(jù)了，先來看一下數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健?br/>
    在網(wǎng)絡(luò)上，不管是有線傳輸還是無線傳輸，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞接袃煞N：

    <！——[if ！supportLists]——>l <！——[endif]——>TCP（Transfer Control Protocol）

    傳輸控制協(xié)議方式，該傳輸方式是一種穩(wěn)定可靠的傳送方式，類似于顯示中的打電話。只需要建立一次連接，就可以多次傳輸數(shù)據(jù)。就像電話只需要撥一次號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)一直通話一樣，如果你說的話不清楚，對(duì)方會(huì)要求你重復(fù)，保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可靠。

    使用該種方式的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，缺點(diǎn)是建立連接和維持連接的代價(jià)高，傳輸速度不快。

    <！——[if ！supportLists]——>l <！——[endif]——>UDP（User Datagram Protocol）

    用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議方式，該傳輸方式不建立穩(wěn)定的連接，類似于發(fā)短信息。每次發(fā)送數(shù)據(jù)都直接發(fā)送。發(fā)送多條短信，就需要多次輸入對(duì)方的號(hào)碼。該傳輸方式不可靠，數(shù)據(jù)有可能收不到，系統(tǒng)只保證盡力發(fā)送。

    使用該種方式的優(yōu)點(diǎn)是開銷小，傳輸速度快，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)有可能會(huì)丟失。

    在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)編程中，大家可以根據(jù)需要選擇任何一種傳輸方式，或組合使用這兩種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。

    1.4.5 協(xié)議的概念

    協(xié)議（Protocol）是網(wǎng)絡(luò)編程中一個(gè)非常重要的概念，指的是傳輸數(shù)據(jù)的格式。因?yàn)榇蠹以诰W(wǎng)絡(luò)中需要傳輸各種各樣的信息，在程序中獲得到的都是一組數(shù)值，如何閱讀這些數(shù)值呢，就需要提前規(guī)定好這組數(shù)據(jù)的格式，在客戶端按照該格式生成發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)器端按照該格式閱讀該數(shù)據(jù)，然后在按照一定的格式生成數(shù)據(jù)反饋給客戶端，客戶端再按照該格式閱讀數(shù)據(jù)。現(xiàn)實(shí)中類似的例子就是電報(bào)編碼，每個(gè)數(shù)字都是用特定的數(shù)據(jù)表達(dá)。

    一般程序的協(xié)議都分成客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)格式，以及服務(wù)器端反饋的數(shù)據(jù)格式，客戶端和服務(wù)器端都遵循該格式生成或處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)兩者之間的復(fù)雜數(shù)據(jù)交換。