深入浅出的探索计算机世界的基础:比特、字节、字和字符编码

前言

在当今数字化的时代,计算机科技正以前所未有的速度改变着我们的生活。我们的电脑、手机、平板等设备似乎是如此熟悉,然而,你是否曾好奇过这些设备背后隐藏的奥秘?从简单的 0 和 1,到能够呈现出绚丽多彩的图像和表达出丰富情感的文字,一切是如何发生的呢?
我们将深入探讨数字世界的神秘密码 — 比特、字、字节、字符编码和字符集。这些看似普通的术语实际上承载着计算机与我们日常交流的核心秘密,而深入了解它们,将让我们更好地理解计算机的工作原理,以及如何有效地处理和传输信息。

一、比特

比特是是计算机内部数据存储的最小单位,它可以表示一个二进制位,即0或1。比特是信息的最基本单位,是数字电子设备中存储和传输数据的基础。

二、字节

字节是计算机存储和处理的基本单位,一字节等于8比特,一个字节最多为八个1,有256种状态。它是计算机中最小的可寻址存储单位,用于表示字符、数字和其他数据。大多数计算机系统以字节为单位来管理内存和存储。

三、字

字由若干个字节组成,字的位数叫字长,即一次cpu处理二进制代码的位数。字的长度与计算架构有关,比如:32位计算机:1字=4字节=32位,64位计算机:1字=8字节=64位。一个字是计算机处理数据的最大单位。

四、字符编码

计算机中储存的信息都是用二进制数表示的,而我们在屏幕上看到的数字、英文、标点符号、汉字等字符是二进制数转换之后的结果。按照某种规则,将字符存储到计算机中,称为编码 。反之,将存储在计算机中的二进制数按照某种规则解析显示出来,称为解码 。比如说,按照A规则存储,同样按照A规则解析,那么就能显示正确的文本符号。反之,按照A规则存储,再按照B规则解析,就会导致乱码现象。
字符编码是一种规定了字符与数字之间映射关系的标准,用于在计算机中存储和传输文本数据。不同的字符编码可以将字符映射到不同的二进制表示。

编码:字符(能看懂的)–>字节(看不懂的)
解码:字节(看不懂的)–>字符(能看懂的)

五、字符集

字符集 Charset :也叫编码表。是一个系统支持的所有字符的集合,包括各国家文字、标点符
号、图形符号、数字等。
计算机要准确的存储和识别各种字符集符号,需要进行字符编码,一套字符集必然至少有一套字符编码。常见字符集有ASCII字符集、GBK字符集、Unicode字符集等。
可见,当指定了编码,它所对应的字符集自然就指定了,所以编码才是我们最终要关心的。

1.ASCII字符集 :
(1)ASCII(American Standard Code for Information Interchange,美国信息交换标准代码)
是基于拉丁字母的一套电脑编码系统,用于显示现代英语,主要包括控制字符(回车键、退格、换行键等)和可显示字符(英文大小写字符、阿拉伯数字和西文符号)。
(2)基本的ASCII字符集,使用7位(bits)表示一个字符,共128字符。ASCII的扩展字符集使用8位(bits)表示一个字符,共256字符,方便支持欧洲常用字符。

2.ISO-8859-1字符集:
(1)拉丁码表,别名Latin-1,用于显示欧洲使用的语言,包括荷兰、丹麦、德语、意大利语、西
班牙语等。
(2)ISO-8859-1使用单字节编码,兼容ASCII编码。

3.GBxxx字符集:
(1)GB就是国标的意思,是为了显示中文而设计的一套字符集。
(2)GB2312:简体中文码表。一个小于127的字符的意义与原来相同。但两个大于127的字符连
在一起时,就表示一个汉字,这样大约可以组合了包含7000多个简体汉字,此外数学符号、罗马希腊的字母、日文的假名们都编进去了,连在ASCII里本来就有的数字、标点、字母都统统重新编了两个字节长的编码,这就是常说的"全角"字符,而原来在127号以下的那些就叫"半角"字符了。
(3)GBK:最常用的中文码表。是在GB2312标准基础上的扩展规范,使用了双字节编码方案,共收录了21003个汉字,完全兼容GB2312标准,同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。
(4)GB18030:最新的中文码表。收录汉字70244个,采用多字节编码,每个字可以由1个、2个
或4个字节组成。支持中国国内少数民族的文字,同时支持繁体汉字以及日韩汉字等。

4.Unicode字符集 :
(1)Unicode编码系统为表达任意语言的任意字符而设计,是业界的一种标准,也称为统一码、标准万国码。
(2)它最多使用4个字节的数字来表达每个字母、符号,或者文字。有三种编码方案,UTF-8、
UTF-16和UTF-32。最为常用的UTF-8编码。
(3)UTF-8编码,可以用来表示Unicode标准中任何字符,它是电子邮件、网页及其他存储或传送文字的应用中,优先采用的编码。互联网工程工作小组(IETF)要求所有互联网协议都必须支持UTF-8编码。所以,我们开发Web应用,也要使用UTF-8编码。它使用一至四个字节为每个字符编码,编码规则:
a.128个US-ASCII字符,只需一个字节编码。
b. 拉丁文等字符,需要二个字节编码。
b. 大部分常用字(含中文),使用三个字节编码。
d. 其他极少使用的Unicode辅助字符,使用四字节编码。

总结

比特是最小的数据单元,字节是存储和处理的基本单位,字是处理器位数,字符编码是字符与数字之间的映射标准,用于在计算机中存储和传输文本数据。并且UTF-8 因其兼容性和效率通常被认为是目前最常用和推荐的字符编码。字符集是一个系统支持的所有字符的集合,包括各国家文字、标点符号、图形符号、数字等。

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