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手机流量的单元:比特,到底是什么?看完就不再会用超了

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本文摘要:一、大闹移动营业厅的大叔话说蜉蝣君有事去移动营业厅管理,详细办什么业务早都忘记了,却唯独对多年以前那一局面红耳赤的的争吵影象犹新。谁人时候,刚刚履历了2G时代手机的普及,3G还在神州大地蓬勃生长中。主角是一个矮胖的大叔,穿着得体,头发整齐,满身上下打理地洁净利落。他挥舞着其时刚刚兴起的大屏智能手机,恼怒地质问到:“每个月套餐这么多流量,效果才几天就用光了,这到底是怎么回事?”营业厅的小女人还是很镇静的:“先生您好,很是歉仄给您带来未便了。 请问您一般用手机上网都做些什么呢?

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一、大闹移动营业厅的大叔话说蜉蝣君有事去移动营业厅管理,详细办什么业务早都忘记了,却唯独对多年以前那一局面红耳赤的的争吵影象犹新。谁人时候,刚刚履历了2G时代手机的普及,3G还在神州大地蓬勃生长中。主角是一个矮胖的大叔,穿着得体,头发整齐,满身上下打理地洁净利落。他挥舞着其时刚刚兴起的大屏智能手机,恼怒地质问到:“每个月套餐这么多流量,效果才几天就用光了,这到底是怎么回事?”营业厅的小女人还是很镇静的:“先生您好,很是歉仄给您带来未便了。

请问您一般用手机上网都做些什么呢?”“呃,就是看小说,看图片,听音乐......”“先生,浏览文字,和看图片或者听音乐消耗的流量是纷歧样的,图片和音乐用的流量会多一些......”大叔很不耐心地打断了小女人:“打电话都是根据分钟来收费的,上网为什么纷歧样?你就明显白白地告诉我,这些流量到底能用多长时间?”“先生,这个实在给不出来,看差别的图片,听差别的音乐,或者手机信号的优劣纷歧样的话,消耗的流量也是纷歧样的。”大叔怒不行遏:“别净扯那些没用的,你就直说,我这些流量到底能用几天?”到了这里,蜉蝣君感受到,这场争吵已经进入了死胡同。任凭小女人怎么解释,这个大叔应该也很难明白流量的计量和消费的逻辑。

时代的潮水就是如此加速前进,大批的新观点层出不穷,打击着其中的每一小我私家。大多数年轻人以为这一切都是如此的理所应当,而中暮年人却不得不在困惑中强迫自己习惯。他们更习惯于像“苹果几多钱一斤”中的“斤”这样的看得见摸得着的单元。就算是无形的服务,好比打电话两毛一分钟,这内里的观点依然是十分熟悉,很是易于明白的。

而手机上网所消耗的“流量”到底指的是什么呢?流量的计量单元“兆”到底代表了什么?单元前面的数字的巨细是明确的,但这个单元是如此的抽象。为了便于明白,我们可以把网络,岂论是2G,3G还是4G或者5G想象成一个信息的堆栈,这个堆栈通过空气中无形的管道毗连到我们的手机,源源不停地把信息输送到我们的手机里。那怎么怀抱信息的几多呢?这就要用到“流量”这个词了。

我们上网行为,岂论是浏览网页,还是看图片,听音乐,或者看影戏,本质上就是信息的交流和获取的历程,获取到的信息越多,消耗的流量也就越大。一个观点的解释,往往又会牵扯出更多的观点。

为相识释“流量”这个观点,我们不得不引出了“信息”这个词。幸亏大家对这个词时很是熟悉的。二、比特的降生那么到底什么是信息呢?首先看看汉典的解释:音信,消息。再来看看来自《三侠五义》中的一个示例:“听说智化求见,必是丈夫有了信息,连忙请进。

”这个解释似乎很是直白,但又总有些说不清道不明只能意会无法言传的感受。如果我们再追问一句:既然信息是消息的意思,那么,消息到底是什么意思呢?如果再查词典的话,我们将看到解释:消息就是信息的意思!这么相互解释,最终还是不清不楚。

我们再来看看小米手机董事长雷军关于信息的说法:小米手机董事长:雷军“投身信息工业的怀抱快三十年了,我有时也在想:信息何以会具备如此强大的气力?它的气力来自那里?我们又该如何驾驭这一气力?在这三十年间,信息极大地释放了人类的能量,它所缔造的价值凌驾了之前五千年的财富总和,但“信息”依然是个大家耳熟能详却又寄义模糊的词。信息是人的镜子,它在技术更新与模式兴替中展现出变化万端的色彩。但我们回视人的心灵,却发现它在千百年来并没有太多的变化。

科技的互联网不能形貌信息的全部,信息只有作用于思维,才气显示出强大的气力。”雷军的这段话反映出了许多人对信息的明白和困惑。从中可以看出,虽然信息这个词汇在日常生活中无处不在,但要说清楚信息是什么,却并不容易。

解释清楚“信息”是什么尚且不易,要怀抱它就更不容易了。时代的生长,不停召唤着通信理论奠基人的降生。2019年,信息论的首创人香农诞辰103周年。

和其他学科的差别之处在于,此外学科首创人是发现了一个新的起点,而香农在建立信息论的时候,直接宣告了它的终点。克劳德·香农在经典信息论框架内,一切都逃不出香农定理的规模。信息理论的大厦已经建成,后人只能在工程应用上努力。当其他人还在拼尽全力爬山的时候,香农已在山顶浏览美景。

克劳德·香农于1916年出生于美国,是爱迪生的远房亲戚。他于1940年获得麻省理工学院数学博士学位,随后加入贝尔实验室数学部。在1948年和1949年,香农揭晓了《通信的数学原理》和《噪声下的通信》这两篇具有深远影响的论文。在这两篇论文中,香农阐明晰通信的基本问题,给出了通信系统的模型,提出了信息量的数学表达式,并解决了信道容量、编码等一系列基本技术问题,成为了信息论的奠基性著作。

那么,香农是怎样解释信息的呢?首先,信息蕴藏于的不确定性之中。试想,在美剧《权力的游戏中》,掩护布兰的阿多只会说一个词:“阿多!”,任何跟他的交流,只会获得一声“阿多!”,不会有任何变化。因此这内里没有任何不确定性,也就不通报任何信息。

美剧《权力的游戏》中的阿多,只会说:Hodor这一个词然后,所有不确定的事物都有其发生的概率,信息是这些概率之和(这是简化说法,准确形貌需要用到后面的公式)。以抛硬币这个最为简朴的随机事件为例,如果是正面向上,标志为0,反之如果是反面向上,则标志为1。仅通过知识即可得出,0和1的概率都为二分之一(0.5),它们的概率之和就是1。

于是,香农称:这个事件内里蕴含的信息量是1比特。注意,大家耳熟能详的“比特”这个观点就此进场!这个词是香农首创的,英文全称是“Binary digit”,缩写为bit,也就是“二进制数字”的意思。为什么是二进制呢?因为它最简朴,只含0和1这两个数字,就像硬币的正反面一样,表达了像抛硬币这样的宇宙最基本的事件。

而更庞大的事情,都可以用大量这种简朴的事件来叠加表现。香农甚至缔造出了一个公式来怀抱信息的几多:香农的信息熵公式上面的公式过于庞大,本文不举行详细解释详细的盘算历程。

据此公式可以盘算出,一个英文字母含有的信息量是4.7比特。也就是说,接纳5个二进制数字,就可以表现所有的英文字母。

这是显而易见的,因为5个二进制数字共有32种组合,而英文字母共有26个。通过上面这个公式,香农把热力学中的“熵”这个观点引入了通信系统,称之为“信息熵”。

那么,到底什么是熵呢?初中物理老师教诲我们:物质是由分子组成的,这些分子无时无刻不在举行着杂乱无章的随机运动,温度越高,运动也就越猛烈,物体将会从固体融化为液体,直至沸腾为气体。温度,分子运动与熵如果我们把一滴墨汁滴入水中,由于分子的相互运动和碰撞,就会看到玄色迅速地弥散开来,直到整个液体都被染成玄色为止。

拿铁咖啡中的熵从泾渭明白到一片混沌,就是一个杂乱水平不停增加的历程,而且这个历程是不行逆的。想象一下,你无论怎样摇动那瓶被墨汁染黑的水,也无法让它恢复到最初清水和墨汁界线明白的状态。“熵”这个观点正是用来表征一个系统的杂乱水平的。香农无疑是从中获得了灵感:既然信息蕴含在充满不确定性和出人预料的杂乱当中,那么也就可以用“熵”这个观点来权衡。

于是他把上述自己界说的公式成为“信息熵”,通报信息的符号的不确定越高,盘算所得的熵就越大,蕴含的信息就越多。这个信息熵的效果,就是用二进制数字:“比特”来表达的。与此同是,另外一位顶级科学家,同时也是人工智能的开山祖师:阿兰·图灵在苦思冥想自己的盘算设备,该设备只是在头脑中构想的,厥后被称作图灵机。图灵机这个假想的机械使用纸带作为输入输出,纸带是无限长的,而且机械每次只能读取并处置惩罚纸带上的一个符号,然后基于一定的规则,这个机械就能表达一切事物并能处置惩罚所有盘算!图灵机的纸带和控制为了简朴起见,图灵使用的符号也是二进制的0和1。

图灵机的构想,奠基了电子盘算机的理论基础,也证明晰二进制正好也是最适合盘算机系统的。二进制码流而且,二进制也是最简朴有效的机械语言,可以用电路的通断,高电平和低电平等状态很是利便地表现0和1,因此二进制成为了行业的尺度。

2019年7月15日,英国央行英格兰银行宣布,图灵将成为英国50英镑新钞人物,以表彰其对今天人们生活方式发生的庞大影响。这一殊荣堪比英国女王。图灵荣登50英镑纸币三、比特的气力在多位科学巨人的努力下,这些由0101组成的二进制符号串也就天经地义地成为了信息传输,处置惩罚以及存储的最小计量单元,其中每一位就是一个比特(bit),简写为小写的b。

实际使用中比特这个单元还是太小了,因此,以2的10次方 (也就是1024)为步长,又界说了以下的一些单元:Kbit—千比特,也就是1024bitMbit—兆比特,也就是1024KbitGbit—吉比特,也就是1024Mbit……后面另有更大的单元,每一级乘以1024就可以了。但我们的生活中最常用的就是上述的这些,而且凡人也已经无法直观地感受到这些单元能大到什么让人受惊的水平。我们经常挂在嘴边的一些话,好比5G的小区峰值速率可达20Gbps,这内里的Gbps就是Gbit每秒,寄义也相当直观:每秒可以传输20Gbit的信息数据!在信息储存和处置惩罚时,业界一般都是以8位为一组举行存储或者处置惩罚,这就叫做8位组,或者字节。字节的英文名为Byte,一般简写作大写的B。

和比特类似,实际使用中字节这个单元也太小,因此,也以2的10次方 (也就是1024)为步长,又界说了以下的一些单元:KB—千字节,也就是1024BMB—兆字节,也就是1024KBGB—吉字节,也就是1024MBTB—太字节,也就是1024GBPB—皮字节,也就是1024TBEB—艾字节,也就是1024PBZB—泽字节,也就是1024EBYB—尧字节,也就是1024ZB下面我们来看看,一些我们常见的事物,到底含有几多信息,占用几多数据量。1、文字众所周知,英文字母有26个,理论上5比特就可以全部表现。且慢,我们适才说的是小写字母,那大写字母,阿拉伯数字,标点符号怎么办?正好,一个字节有8个比特,含有256种组合,也就可以表现所有的英文巨细写,数字,标点和控制字符了!这就是著名的ASCII码表,如下图所示:ASCII码表中文的情况要比上面的英文庞大一些。

因为中文并不是基于字母的拼音文字,而是由大量各不相同的字组成。康熙字典共收录汉字47035个,实际汉字总体数量到达了惊人的近10万个!这种情况下,用8个比特来编码汉字显然是远远不够的。实际使用中,常用汉字在UTF-8编码下,一个汉字占用3个字节(Byte),也就是用24比特来表现。

不常用汉字甚至占到了4个字节。字母“A”和汉字“中”的编码红楼梦共有731,017个汉字,算下来就有2193051个Byte,在不思量存储压缩算法的情况下,约有2MB巨细。

这个数据在今天看起来很小,在曾经一块软盘只有1.4MB巨细的时代也是庞然大物。泱泱巨著《红楼梦》2、图片那么图片呢?最主流的图片花样是位图。

什么叫位图呢?我们只需要把图片放大即可看出眉目。如下图所示,玉人细腻的脸庞不再平滑,而是出现为一个一个差别颜色的小方格。位图是由像素组成的所谓位图,也叫bitmap,实际上是由许多“带有颜色的点”组成的。

这些点就是图像显示的基本单元,也就是我们放大图像之后看到的小方格,称为“像素”。我们通常说一幅图片的巨细,例如是1920×1080,就是长度为1920个像素,宽度为1080个像素点。

乘积是2,073,600,也就是说,这个图片是两百万像素的。每个像素必须要有颜色,才气组成缤纷绚丽的图片。

那么,这个颜色,又该如何表现呢?物理大神牛顿告诉我们,任何颜色,都可以通过红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue)根据一定比例调制出来。这三种颜色,被称为“三原色”。光学三原色:红绿蓝在盘算机里,红、绿、蓝也被称为“基色分量”,划分计作R,G,B,每种颜色都用8个比特来表现。

那一共能表达几多种颜色呢?每种颜色都有2的8次方,也就是256个品级,三种颜色混淆起来,就有256×256×256=16,777,216种组合,因此也简称为1600万色。RGB 24位色而一个像素的3个颜色共用24个比特来表现,因此,这种方式表达出来的颜色,也被称为24位色。当前,主流手机的后置摄像头是1200万像素,现在我们来算一算,在没有举行压缩的情况下,一张1200万像素的原始图片到底有多大:12000000x24=275Mbit=34MB!这也就是大家直观感受到的:在3G时代浏览网页时,经常是文字早都看到了,图片还在转圈圈,因为图片的巨细远大于文本。

3、视频那视频呢?所谓视频,其实也叫动画,都知道视频是怎么来的吧?没错,大量的图片一连起来播放,因为人的眼睛有视觉暂留现象,只要一连播放的图片速度够快,人就感受内里的画面是一连运动的,这就是视频。最原始的“视频”权衡视频,又是用的什么指标参数呢?最主要的一个,就是帧率。一个帧就是指视频中一幅静止的画面。

帧率,就是指视频每秒钟包罗的画面数量。显而易见,帧率越高,画面也就越自然流通。一般来说30帧每秒就是可以接受的,可是将性能提升至60帧每秒则可以显着提升交互感和传神感。帧率越高,视频画面越流通那视频到底能有几多数据量呢?我们就以一个分辨率1920×1280,帧率30的视频为例来算一算。

1920×1280=2,073,600(Pixels 像素),每个像素点是24bit(前面算过的哦),也就是每幅图片2073600×24=49766400bit。8 bit(位)=1 byte(字节),所以,49766400bit=6220800byte≈6.22MB。注意,这只是一幅1920×1280图片的原始巨细,再乘以帧率30才是视频的巨细,也就是说,每秒视频的巨细是186.6MB,每分钟约莫是11GB,一部90分钟的影戏,约是1000GB。

吓尿了吧?就算你现在电脑硬盘是4TB的(实际也就3600GB),也放不下几部大姐姐啊!这可怎么办?别说硬盘放不下,要从网上下载的话,网速更是吃不用啊!祖师爷香农的话犹在耳:所有的数据都是有冗余的,去掉所有冗余之后剩下的,才是我所说的信息!措施只有一个,那就是:寻找并压缩冗余数据!那到底要怎样举行压缩呢?视频里同样的配景只需存一份,其余的都是冗余!一样的颜色也只需存一份,其余的也都是冗余!这些都是可压缩的。经由专家们的不懈研究,一代又一代的编码方式出炉,对冗余数据的压缩能力也不停增强。

现在主流的H.264编码算法,压缩率最高可达400:1,也就是说,视频可以被压缩到其原始巨细的400分之一!种种视频编码技术的压缩率我们现在再来看看上面谁人90分钟1000GB巨细的视频,经由H.264编码之后,巨细骤降为2.5GB,这下切合大多数人对视频巨细的直觉了。经由前面临文本,图片和视频的分析,我们再来看看下面的这组对比:一本红楼梦:纯文本(未压缩),约2MB一张1200万像素的照片(未压缩):约34MB一部90分钟的影戏(H.264编码):约2.5GB(也就是2500MB)这张照片的巨细是纯文本泱泱巨著《红楼梦》的17倍,然而一本书可能要十天半个月功夫才气啃完,看一张图片只需要几秒钟。

这部90分钟的影戏,其巨细到达了图片的近74倍,是《红楼梦》巨细的1250倍!由此可见,差别类型的数据,巨细的差异简直是天壤之别! 难怪移动营业厅的小女人要说:上网干差别的事情,消耗的流量的几多是完全差别的。四、比特之歌对于小我私家电脑来说,CPU,内存,显卡这些硬件都区区不足道,唯有内里的硬盘是你的命脉,藏着你多年以来积累的文档、照片、视频和游戏。岂论是传统的机械硬盘,还是近期兴起的固态硬盘,都在其内部以0和1组成的二进制形式默默储存着种种数据,随时等候着被你写入或者读取。

机械硬盘和固态硬盘机械硬盘在写入数据时,距离盘面 3 纳米的磁头会使用电磁铁,改变磁盘上磁性质料的极性来记载数据,两种极性划分对应 0 或 1。而读取数据时,旁边的读取器可以识别磁性质料的差别极性,再还原成 0 或 1。机械硬盘的数据写入固态硬盘储存数据靠的是闪存,其写入和读取的原理跟传统的机械硬盘是截然差别的。

闪存的基本存储单元是浮栅晶体管,其被二氧化硅包裹,和上下绝缘,在断电时也能够生存电子,当电子数量高于一其中间值就表现 0 ,低于中间值就表现 1。固态硬盘的就是靠控制内部的电子数量来写入数据,靠丈量内部的电子数量来读取数据的。

固态硬盘的数据存储固态硬盘的读写速度可达后者的十倍以上,因此其使用体验远超机械硬盘。此外,由于没有庞大的机械结构,固态硬盘事情时也更平静、更抗震。作为现代社会必不行少的两件物品,手机和电脑的结构类似,基本可以将手机看作为电脑浓缩版。

手机内部存储数据的闪存和固态硬盘的结构是类似的,都是为了迅速地读写0和1这样的二进制数据。在你浏览图片时,在你聆听音乐时,在你着迷于视频时,在你接听电话时,在基站和手机之间,比特在空气中穿梭疾驰;在手机内部,比特在忙碌而有秩序地引吭高歌。比特,它在廉价功效机里唱歌,在安卓智能机里唱歌,在苹果旗舰机里唱歌,在忙碌的办公电脑里唱歌,慈祥的老人听过,充满活力的少年听过,寥寂的码农听过,憔悴的中年人也听过。

这,就是比特的世界,它看不见摸不着却又无处不在,深刻地改变了我们每一小我私家的生活,甚至重塑了整个世界。好了,本期的内容就到这里。列位如果喜欢,请点赞并关注我,后续内容更精彩哦!。


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