在數碼產品中，最常見的名詞就是「字節」了。不管是U盤容量、手機存儲空間，還是網絡帶寬，下載速度，都會涉及所謂「字節」這個單位。但到底「字節」是一個什麼東西呢？本章就為你說明這個問題。
陰陽八卦和十個手指頭
假如人類是四趾動物
數碼產品與數學的關聯非常深，而數學又是由數字組成的學問，所以我們現在數字開始說。在世界上，所有民族的數字「單位」幾乎都是一樣的，就是分為十個數字：一、二、三、四、五、六、七、八、九、十。許多人平時可能都不會去考慮，為何我們的數字會是十個，而不是七個，或者八個呢？事實上，如果人類和米老鼠一樣是四個手指；或者人類是從鳥類進化來的「鳥人」，擁有四個指頭，那麼這個世界上的數字也許就只有從一到八了。因為原始人類社會中，由於每個人有十個手指，因此在使用數字的時候，最小的一組數字單位就正好用一個人的全部手指來充當。這樣作為最小的一組數字，造成了數字的進位就以十為基礎。所以十進位，僅僅是和使用數字的人，習慣使用的算術工具有關系而已；而數字本身，是可以用任意的「進位」的。
洞悉本質的老子
數字是可以用「任意進位」的，如果我們要「發明」一種：「數字」最少的計算方法，可以最少只用幾個數字了？答案是「二」。對於計算機來說，它們天生都是「兩趾」的：電壓分高、低；磁極分南、北；電流有通、斷，所以二進位是現在計算機的基礎進位。也就是說，只要有 0 和 1 兩個數字，就可以表達世界上一切數目。這個觀點乍一聽有點不可思議：既然我們可以只用兩個數字就可以了，為何還要發明出另外八個數字呢？其實中國人的先哲中，有一位早就說明這個道理，他就是老子，他寫道：道生一、一生二，二生三，三生萬物。意思大概是陰陽兩種事物，可以組合表達出萬事萬物。所以在八卦的圖形上，陰陽表達為橫線，中間有斷開的是陰，沒斷開的是陽。
八卦則由三根這種代表陰陽的橫線組成，不同的八種三根橫線的組合，構成了八個不同的含義。這八個卦象，人們認為可以表達萬事萬物。在二進位來說，我們可以看成陰是 0，陽是 1，這樣 3 位二進位數，剛好能容納 0-7 一共 8 個數字。對於這樣的二進位數，每條橫線是一個數字單位，成為「位」，英文是 「bit」。比如表達十進位里面的 7，需要用三個二進位數表達：1,1,1 (陽陽陽)，這里就是用了三個「位」的二進位數。如果你要表達更大的數目，就需要用更多的「位」。我們現在數碼科技中使用的最小信息單位，也就是「位」。而「字節」（英文叫 「byte」），則是由八個「位」組合成的另外一個單位。
最小信號盒子
在第一章中，我們講過，世界上所有的信息都能用數字來表達。我們的數字又是用最小數字的方法——二進位來構成的，所以當需要說明一串用來表達信息的數字，它們有多大的時候，我們可以說這串數字有多少個「位」。如 「1000100111111110」 這串二進位數（可能表達的是兩個英文字母，也可能是小於 65535 的一個正整數），我們通過數一下他的長度，就可以說它有 16 「位」的長度。但是 16 位這麼長的數，才表達兩個字符或一個六萬五以內整數，顯得不太好理解，所以我們一般較少直接用「位」這個最小的數碼單位，而是用另外一個更容易理解的單位——「字節」。
由於每八個「位」可表達一個拉丁文的字符（拉丁字母表才幾十個字，漢字就不行了），所以我們就喜歡把八個「位」看成一個單位「字節」，說一段數字有多少個字節，就表示這段數字能表達多少個「字」（英文字）。盡管數字可表達的內容不止是文字，但是「字節」還是因為人們覺得「形象」而成為數字信息的單位。我們可以把每個「字節」看成一個小小的數字「盒子」，里面可以放八個 「0」、「1」 數字，計算機就可以這樣以一個個的「數字盒子」來處理信息了。假如有一個盒子里面沒裝滿，一般就把空位（高位）填上 0。
現在我們用的電腦、手機，幾乎都是以字節為單位處理信息的，所以購買電腦、手機產品時、標簽上的標記的單位，如 16Gbytes, 256G bytes 都用 bytes 字節做單位。但是通信帶寬，還是習慣用 bit 「位」位單位，如 100Mbit/S（網卡速度）、12Mbit/S（ADSL帶寬）。有時候我們會奇怪：明明寫著帶寬是 12M /秒，為什麼下載速度只有 1M /秒了？其實是因為兩個計算的單位不一樣，帶寬的標記單位是「位」，12Mbit/ 秒其實等於 1.5Mbyte /秒，所以下載速度最多是一點幾 M 「字節」每秒。電腦上顯示的基本都是 byte 字節為單位的嘛。早期的電視遊戲卡帶，號稱 16M 大容量的遊戲，卻可以拷貝到 2 張3.5寸軟盤（1.44M容量）中，也是這個道理，因為卡帶的容量單位是「位」，而軟盤的容量單位是「字節」，16Mbit 僅僅只有 2Mbyte 而已，2 張軟盤綽綽有餘了。
KMGT
容量和速度的單位
在各種各樣的數碼產品中，一般都會有兩個指標：一是速度，一是容量。以U盤為例，會寫「256M」，這個指的是容量，意思是它可以存放 256M 個字節的這麼長數字。其中 M 是一個數學單位，是英文的「百萬」 million 的縮寫，256M 就是 256×1,000,000 個字節的數字。除了 M，我們還常見到 K,G,T 等縮寫，K 是 kilo，也就是「千」的意思，1000K=1M，G 是 1000 個 M，T 是1000 個G。現在好多硬碟的容量都有幾個 T，對比最早的 40M 容量的硬碟，大了幾百萬倍。說回 U 盤，我們常會以容量來表示他的特性，但是其實還有一個速度的指標。在U盤上我們細心點看標簽，有些會寫上 「USB2.0」 或 「USB3.0」，這個就是表示速度的指標（其實也不僅僅是速度這麼簡單，一個設備的制式涵蓋的內容比較多，但 U 盤里影響比較大的是速度）。
USB2.0 標準，表示電腦可以以每秒 30M 個字節的速度，與 U 盤傳輸數據。標準越高，傳輸的速度越快，我們需要等待往 U 盤讀寫文件的哦時間就越短。硬碟、記憶體和U盤類似，都有一個容量的指標和速度的指標。另外一些硬體如網卡，指標主要就是速度，如 100Mbit/S，意思就是網卡每秒能傳輸 10×1,000,000個位（不是字節）。有趣的是，顯示卡的主要指標往往是容量，因為卡上的顯示記憶體越大，顯示的速度就越快，現在帶有幾個 G bytes 的顯卡很常見。最後說說 CPU，一般我們認為 CPU 只有速度指標，如 33MHz，就是每秒運算 33×1,000,000次。其實CPU也有容量，我們現在有 32 位CPU，還有 64 位CPU，早期的 CPU 還有 8 位，16 位的，這個「位」數就是指，每次運算能處理多長位數的數字。8 位二進位最大就是 0～255，如果程序要計算大於 255 的整數，就需要多次運算。早期 16 位遊戲機里，常常用 65535 作為一個數的最大值，比如殺死最終 BOSS 獲得經驗值就是 65535 點，這樣設計可以最好的利用其 16 位 CPU；但是現在大部分 32 位、64 位 CPU 的電腦里，計算 65535 還是 655350 都只需要一個計算周期，就沒必要把數字限制到 65535 以內了。（當然以前的遊戲縮小數字范圍還有考慮減少卡帶容量的因素）除了 CPU 的「位」數，CPU 往往還帶有二級緩存、三級緩存，這些緩存就是存放數據的臨時空間，越大越有利於速度提高，所以 CPU 指標上也有這些緩存的容量指標。
1M 有多大
剛剛我們提到了 K\M\G\T 這些縮寫，但是這些字眼並不能給我們直觀的認識——這些數據說代表的規模。我們可以先以文字來看，每 1M 字節的容量能存放 1 百萬字的英文文章，這里的「字」是字母而非單詞。對於中文來說，一般需要兩個字節來表達一個漢字，所以1M Byte 能存放五十萬字的漢語文章。《水滸傳》大概五十六萬字，在電腦里，一張薄薄的軟盤就可以放下了。如果你用光碟（CD-ROM），一般的光碟都有 700M Bytes 的容量，可以存放 50 萬 x700，大概三億五千萬字的文章，而《永樂大典》的字數也只有 3.7 億字而已。《四庫全書》號稱世界上字數最多的書，大概有 10 億個漢字，4 張普通光碟，或者一張 DVD 基本就能裝下。你看，1M 是不是很「大」？
但是，如果你用 1M 空間存放圖片，就會發現 1M 太小了，因為一張彩色照片，假如是 1024X768 個點組成（這個解析度是老式顯示器的），而每個點按 256 種顏色來繪制（256 色幾乎是卡通畫的色彩才能這麼少），那麼一張照片就會占用 1024x768x256 個字節，大概 2.4M，1M 空間連一張質量很差的照片都放不下。所以，數據容量的大小不是絕對的，而是看說存放的內容來頂頂哦。事實上，1M 空間是可以存放更多的內容的，辦法就是針對存放的數據，使用不同的「數字魔法」——壓縮算法，從而使同樣的 1M 空間，可以存放五百萬字的文章，或者十張彩色圖片，又或者 1 分鍾的音樂。節省空間的壓縮，要付出 CPU 計算時間為代價，這就是計算機世界的時空交換原則：你要節省空間，就要付出時間，反之亦然。程序中的所有優化，在相同硬體的情況下，一般都是按使用需求靈活平衡時間和空間而得到的結果。下一章，我們就會討論可以讓數字信息進行時空變化的方法——各種有用的算法。
來源：機核
