计算机基础：位、字节和字长

一、位与逻辑电路

计算机只能存储二进制数，存储二进制数的基本原理是逻辑电路，逻辑电路的基本构件是逻辑门电路，最基本的逻辑门电路是与门、或门和非门，如下图所示。

1、与门、或门和非门

AND是与门，有两个输入端A和B，输入值为0（低电位）或1（高电位），与门的输出规则是A和B均为1时，输出为1，否则为0；OR是或门，或门的输出规则是A和B只要有一个为1，输出为1，否则为0；非门是对输入取反，若输入A为0，则输出1，若输入为1，则输出0。

2、存储二进制位的逻辑电路

由四个与非门(NAND)可以构成一个存储二进制位的逻辑电路，与非门由与门和非门构成，先进行与逻辑操作，再进行非逻辑操作。存储二进制位的逻辑电路如下图所示。

当D为0时，整个电路保存的就是0，否则就是1，WE是读写控制线。该电路可以存储一个二进制位，一个二进制位称为比特，英文名称是BIT(bit)。

若需要存储多个二进制位，把上面的逻辑电路并联复制就可以了。下面的逻辑电路图可以存储四个二进制位。

D0~D3是输入端，Q0~Q3是输出端，WE是读写控制线。上面的电路输出端的状态和输入端的状态保持一致，实现了四个二进制位的存储。

将成百上千个存储逻辑电路集成到一个芯片中，就构成了存储芯片，一个存储芯片的容量和位数由集成的存储逻辑电路数决定。如下图所示。

多个存储芯片集成到一起，就构成了存储设备。如下图所示。

二、字节与容量

前面谈到了存储芯片，存储芯片的容量是通过字节来衡量的，一个字节是8个二进制位。如下图所示。

字节的英文名称是BYTE(byte)，它是计算机的基本存储单位，计算机的存取操作至少为一个BYTE。字节也是存储器的容量单位，1024个字节为1KB，1024KB为1MB，1024MB为1GB，1024GB为1TB，……

字节单位的转换进率是1024，不是1000，主要是方便二进制和十进制的转换，因为2的10次方是1024，于是把进率定义为1024 。这样比较好记，并得到了行业的共识。

对于存储器容量，我们并不陌生，手机内存、计算机内存、硬盘容量都是以字节为单位。

三、计算机字长

计算机字长是CPU一次并行处理的位数，CPU是计算机、手机、智能设备最最重要的芯片，字长反映了CPU处理数据的能力。当前主流手机的CPU为32位、64位字长；当前计算机的CPU的字长多数为16位、32位、64位；单片机的字长多为8位、16位和32位。

根据字长，计算机或单片机可分为8位机、16位机、32位机、64位机，CPU字长越长，其表示数的范围就越大，处理能力也越强，运算精度也就越高。