1、在流動營業(yè)場所鬧事的老人

陽炎先生在移動交易站顯然是有什么事要做，雖然他忘記了具體的事情，但他確實記得多年前的一場激烈爭吵。

當(dāng)時，手機普及剛剛進(jìn)入2G時代，3G在中國還處于蓬勃發(fā)展期。

主角是一個身材矮胖的老者，衣著考究，頭發(fā)整齊，全身打扮得井井有條。

他揮舞著當(dāng)時剛剛出現(xiàn)的大屏智能手機，怒道：“包月套餐里流量很大，我沒幾天就用完了，這是怎么回事？”

營業(yè)廳的女孩還是很平靜的說道：“先生您好，給您帶來的不便，我們深表歉意。您平時都用手機上網(wǎng)做什么呢？”

“嗯，我就是看小說，看圖片，聽音樂……”

“老師，查看文本與查看照片或聽音樂需要不同的流量。照片和音樂使用更多流量……”

老頭打斷了女孩的惱怒，說道：“通話是按分鐘計費的，為什么費率和上網(wǎng)不一樣？說吧，我這個數(shù)據(jù)能用多久？”

“先生，這個我實在沒法告訴你。如果你看不同的照片，聽不同的音樂，或者使用不同的手機信號質(zhì)量，你消耗的數(shù)據(jù)量就會發(fā)生變化�！�

老者勃然大怒，道：“別浪費時間了，告訴我這些數(shù)據(jù)還能用多少天�！�

說到這里，陽炎覺得討論陷入了僵局。不管女孩怎么解釋，這位老人都很難理解流量計量和消費的邏輯。

時代在加速，許多新概念不斷涌現(xiàn)，影響著每一個人。大多數(shù)年輕人認(rèn)為這一切很自然，但中老年人卻不得不強迫自己適應(yīng)混亂。

他們**慣于有形的、有形的計量單位，比如“一磅蘋果要多少錢？”中的“杜松子酒”。即使服務(wù)是無形的，比如每分鐘20 美分的電話，這個概念也是非常熟悉和容易理解的。

那么移動上網(wǎng)消耗的“流量”到底是什么呢？“兆”流量計量單位到底代表什么？雖然單位前面的數(shù)字大小很明顯，但單位卻很抽象。

為了更容易理解，把2G、3G、4G、5G網(wǎng)絡(luò)想象成信息的倉庫，通過空中看不見的管道與我們的手機相連，不斷地向我們發(fā)送信息，我們將其送到我們家。手機。那么我們?nèi)绾魏饬啃畔⒘磕�？這就是“流”這個詞發(fā)揮作用的地方。

瀏覽網(wǎng)頁、查看照片、聽音樂、看電影等上網(wǎng)行為本質(zhì)上是一個交換和獲取信息的過程，獲取的信息越多，消耗的流量就越多。

對一個概念的解釋通常包含更多概念。為了解釋“流”的概念，我們需要引入“信息”這個詞。幸運的是，這個詞大家都很熟悉。

2.比特的誕生

那么信息到底是什么？

首先我們看一下漢碼中的解釋：新聞，新聞。我們以《三俠五義》為例：“聽說志華先生需要幫助，你先生應(yīng)該有信息，所以請立即過來�！边@個解釋很簡單，但總是說不清楚。這是一種無法形容的感覺，只有我能理解。

還有一個問題：information就是新聞的意思，但是news到底是什么意思呢？我又查了一下字典，上面寫著“message就是信息”。馬蘇。雖然我們這樣互相解釋，但最終還是沒有真正明白。

我們來看看小米手機董事長雷軍是如何評價這些信息的：

小米手機董事長：雷軍

“我在信息行業(yè)工作了大約30年，有時我會想：為什么信息有這么大的力量？這種力量從哪里來？我們?nèi)绾卫�用這種力量？問題是，你能用它嗎？”

過去30年，信息釋放了人類大量的能量，其價值超過了過去5000年的財富總和，但“信息”這個詞雖然大家都很熟悉，但它的含義仍然很模糊。

信息是一面反映人的鏡子，它的顏色隨著技術(shù)的更新和模式的變化而不斷變化。

然而，如果我們回顧人類的靈魂，即使經(jīng)歷了數(shù)千年，它也沒有發(fā)生太大的變化。

互聯(lián)網(wǎng)作為一種技術(shù)，無法描述所有的信息，信息只有影響我們的思想才變得強大。 ”

雷軍的話反映了很多人對于信息的理解和困惑。這說明，盡管信息這個詞在我們的日常生活中無處不在，但要清楚地理解信息是什么卻并不容易。

解釋什么是“信息”并不容易，而衡量它則更難。

時代的發(fā)展不斷呼喚著傳播理論創(chuàng)始人的誕生。

2019年是信息論創(chuàng)始人香農(nóng)誕辰103周年。與其他學(xué)科不同的是，當(dāng)其他學(xué)科的創(chuàng)始人發(fā)明了新的起點時，香農(nóng)在創(chuàng)立信息論時，直接宣告了信息論的終點。

克勞德·香農(nóng)

在經(jīng)典信息論的框架內(nèi)，香農(nóng)定理的范圍是不可避免的。信息論的建設(shè)已經(jīng)完成，后人只能在工程應(yīng)用上下功夫。當(dāng)其他人還在努力爬山時，香農(nóng)已經(jīng)在欣賞山頂?shù)拿谰傲恕?

克勞德·香農(nóng)(Claude Shannon) 1916 年出生于美國，是愛迪生的遠(yuǎn)房親戚。 1940年，他在麻省理工學(xué)院獲得數(shù)學(xué)博士學(xué)位，隨后加入貝爾實驗室數(shù)學(xué)系。

1948年和1949年，香農(nóng)發(fā)表了兩篇開創(chuàng)性論文：《通信的數(shù)學(xué)原理》和《噪聲下的通信》。

香農(nóng)在這兩篇論文中闡明了通信的基本問題，提出了通信系統(tǒng)的模型，提出了信息量的數(shù)學(xué)公式，解決了信道容量、編碼等一系列基礎(chǔ)技術(shù)問題，成為第一人這樣做。信息論基礎(chǔ)研究。

那么香農(nóng)是如何解釋這些信息的呢？

首先，信息具有內(nèi)在的不確定性。想象一下，在美劇《權(quán)力的游戲中》中，保護(hù)布蘭的阿多只能說一個字，“阿多！”，與他的任何交流都不會改變，只返回“阿多！”是的。因此，不存在不確定性，也不會傳輸任何信息。

美國電視劇《權(quán)力的游戲》中的Hoarder只能說hoarder這個詞

而每一個不確定的事情都有其發(fā)生的概率，而信息就是這些概率的總和（這是一個簡化的說法，要準(zhǔn)確地解釋它需要使用那里的公式）。

以最簡單的拋硬幣隨機事件為例，正面將被標(biāo)記為0，反面將被標(biāo)記為1。

常識告訴我們，0 和1 的概率是1/2 (0.5)，這些概率的總和是1。因此，香農(nóng)說：該事件包含1 位信息。

請注意，熟悉的“位”概念在這里發(fā)揮作用。這個詞最先由香農(nóng)創(chuàng)造，其正式英文名稱為“Binary digital”，縮寫為“bit”，意思是“二進(jìn)制數(shù)”。

為什么是二進(jìn)制？因為它是最簡單的，只包含兩個數(shù)字，0和1，就像硬幣的兩面一樣，它代表了宇宙中最基本的事件，比如拋硬幣。

通過疊加許多像這樣的簡單事件，你可以表達(dá)更復(fù)雜的東西。

香農(nóng)還創(chuàng)建了一個衡量信息內(nèi)容的公式。

香農(nóng)信息熵公式

上述計算公式過于復(fù)雜，因此本文不詳細(xì)解釋具體的計算過程。

根據(jù)這個公式，可以計算出一個字母字符所包含的信息量為4.7位。也就是說，可以用五個二進(jìn)制數(shù)字來表示所有的英文字母。

這是顯而易見的，因為5 個二進(jìn)制數(shù)字和26 個字母有32 種可能的組合。

通過上述方程，香農(nóng)將“熵”的熱力學(xué)概念引入到通信系統(tǒng)中，他稱之為“信息熵”。

那么熵到底是什么？

我的初中物理老師說：“物質(zhì)是由分子組成的，分子總是在無序、無規(guī)則地運動。溫度越高，運動越劇烈。物體從固體融化成液體，沸騰。它會告訴你它將沸騰。氣體。

溫度、分子運動、熵

當(dāng)一滴墨水滴入水中時，隨著分子的移動和相互碰撞，黑色迅速擴散，將整個液體染成黑色。

拿鐵熵

從分明到混亂，是一個愈加混亂的過程，而且這個過程是不可逆轉(zhuǎn)的。

想象一下，一個被墨水染黑的水瓶，無論你如何搖晃，它都不會恢復(fù)到原來的狀態(tài)，清澈的水和墨水的區(qū)別一目了然。

“熵”的概念用來表征系統(tǒng)的混亂程度。

香農(nóng)無疑是從中得到了靈感。信息也可以通過“熵”的概念來衡量，因為信息涉及不確定性和意外的破壞。

因此，他將上面定義的公式稱為“信息熵”，傳遞信息的符號越不確定，計算出的熵就越大，包含的信息也就越多。

該信息熵的結(jié)果由二進(jìn)制“位”表示。

與此同時，另一位頂級科學(xué)家、人工智能創(chuàng)始人阿蘭·圖靈正在苦苦思索他在腦中設(shè)計出的一種獨特的計算設(shè)備，后來被稱為圖靈機。

圖靈機

該假設(shè)機器使用紙帶進(jìn)行輸入和輸出。紙帶無限長，機器一次只能讀取和處理紙帶上的一個符號。之后，這臺機器就可以根據(jù)一定的規(guī)則來表達(dá)一切，并進(jìn)行處理。全部計算！

圖靈機磁帶和控制

為了簡單起見，圖靈中使用的符號也是二進(jìn)制的0 和1。圖靈機的概念奠定了電子計算機的理論基礎(chǔ)，并證明二進(jìn)制對于計算機系統(tǒng)也是最優(yōu)的。

二進(jìn)制碼流

另外，二進(jìn)制也是最簡單、最高效的機器語言，可以非常方便地用電路的開/關(guān)、高電平、低電平狀態(tài)來表示0和1，使其成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2019 年7 月15 日，英格蘭銀行宣布圖靈將出現(xiàn)在英國新版50 英鎊紙幣上，以表彰他對當(dāng)今人們生活方式的深遠(yuǎn)影響。這個榮譽可以與英國女王相媲美。

圖靈出現(xiàn)在50 英鎊紙幣上

3、鉆頭的力量

在眾多科學(xué)巨頭的努力下，0101這些二進(jìn)制串自然成為了傳輸、處理、存儲信息的最小計量單位。每一位都是一個位，縮寫為小寫的b。

在實際使用中，由于比特仍然很小，因此使用2的10次方（或1024）作為步長來定義下一個單元。

Kbit - 千位，或1024 位

Mbit - 兆位，或1024K 位

Gbit - 千兆位，即1024Mbit

……

更大的單位稍后會出現(xiàn)。只需將每個級別乘以1024 即可。然而，上面列出的這些都是我們生活中最常用的，一般人已經(jīng)無法直觀地感覺到這些單位大得驚人。

比如我們經(jīng)常講5G小區(qū)的峰值速率可以達(dá)到20Gbps，但這里的Gbps是指每秒吉比特，意思很直觀，它每秒能夠傳輸20吉比特的信息數(shù)據(jù)。

在存儲和處理信息時，業(yè)界通常以稱為八位組或字節(jié)的8 位組來存儲或處理信息。 Byte的英文名稱是Byte，通�？s寫為大寫B(tài)。

與比特一樣，字節(jié)對于實際使用來說太小，因此下一個單位也被定義為2的10次方（或1024）的步長。

KB - 千字節(jié)，或1024B

MB - 兆字節(jié)，或1024KB

GB - 千兆字節(jié)，或1024MB

TB - 太字節(jié)，或1024GB

PB - 皮字節(jié)，或1024TB

EB - 艾字節(jié)，或1024PB

ZB - Zettabyte，或1024EB

YB——姚字節(jié)，即1024ZB

我們看看我們常見的包含了多少信息，占用了多少數(shù)據(jù)。

1.正文

如您所知，英語有26 個字符，理論上所有字符都可以用5 位來表示。等一下。前面我們講了小寫字母，那么大寫字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、標(biāo)點符號呢？巧合的是，一個字節(jié)有8位長，有256位可以表示所有大小寫字母、數(shù)字、標(biāo)點符號、控制英語中的字符。包含以下組合

這就是著名的ASCII碼表，如下圖所示。

ASCII 碼表

中文的情況比上面英文的情況更復(fù)雜。這是因為中文不是基于字符的拼音文本，而是由許多不同的字符組成的。

《康熙字典》共收錄漢字47035個，實際漢字總數(shù)驚人地接近10萬個。在這種情況下，使用8位對漢字進(jìn)行編碼顯然是不夠的。

實際使用中，常用的漢字UTF-8編碼中，一個漢字占用3個字節(jié)，用24位表示。即使很少使用的漢字字符也占用4 個字節(jié)。

編碼字母“A”和漢字“中”

紅房子總共包含731,017 個字符，即2,193,051 字節(jié)，在不考慮存儲壓縮算法的情況下，大小約為2MB。

盡管這個數(shù)據(jù)現(xiàn)在看起來很小，但在軟盤只有1.4MB大小的時候，它仍然是巨大的。

襄陽杰作《紅樓夢》

2. 照片

照片呢？最常見的圖像格式是位圖。什么是位圖？只需放大圖像即可看到線索。如下圖所示，美女精致的臉龐不再光滑，而是呈現(xiàn)出不同顏色的小方塊。

位圖由像素組成

所謂位圖，也叫位圖，實際上是由許多“彩色點”組成的。這些點是圖像顯示的基本單位，圖像放大后出現(xiàn)的稱為“像素”的小方塊。

我們通常談?wù)搱D像尺寸。例如，1920x1080，或1920 像素長和1080 像素寬。乘積為2,073,600，即圖像為200萬像素。

每個像素都需要一種顏色，才能形成色彩繽紛、絢麗的畫面。那么，我們應(yīng)該如何表達(dá)這種顏色呢？

物理學(xué)大師牛頓說，任何顏色都可以由紅、綠、藍(lán)按一定比例調(diào)制而成。這三種顏色被稱為“三基色”。

光學(xué)中的三基色：紅、綠、藍(lán)

在計算機中，紅、綠、藍(lán)也被稱為“原色分量”，分別計為R、G、B，每種顏色用8位表示。

你總共能表現(xiàn)多少種顏色？每種顏色有256級（2的8次方），三種顏色混合時，就有256 x 256 x 256=16,777,216種組合，所以也稱為1600萬種顏色。

RGB 24 位顏色

由于一個像素的三種顏色總共使用24 位來表示，因此以這種方式表示的顏色也稱為24 位顏色。

目前主流手機的后置攝像頭都是1200萬像素，但是我們來計算一下未經(jīng)壓縮的原始1200萬像素圖像的大小：12000000x24=275Mbit=34MB！

這是大家直觀感受的，但在網(wǎng)頁瀏覽的3G時代，即使文字已經(jīng)可見，但圖像往往比文字大很多，所以圖像旋轉(zhuǎn)還是有的。

3. 視頻

視頻呢？所謂視頻其實也叫動畫，但是大家都知道它是從哪里來的吧？

沒錯，人眼有一種現(xiàn)象叫殘像現(xiàn)象，就是連續(xù)回放大量的圖像，所以只要回放圖像的速度足夠快，人們就可以看到里面的圖像在連續(xù)移動。我感覺它正在發(fā)生。是一個視頻。

最原創(chuàng)的“視頻”

使用哪些指標(biāo)和參數(shù)來衡量視頻？

最重要的是幀速率。幀是指視頻中的靜止圖像。幀速率是指視頻每秒包含的幀數(shù)。

顯然，幀率越高，圖像越自然、流暢。一般來說，每秒30 幀是可以接受的，但將性能提高到每秒60 幀可以大大提高交互性和真實感。

幀率越高，視頻圖像越流暢

那么一個視頻能包含多少數(shù)據(jù)呢？我們以一個分辨率為1920x1280、幀率為30的視頻為例來計算。

19201280=2,073,600（像素），每個像素為24位（如我們之前計算的），因此每張圖像為207360024=49766400位。

8 位=1 字節(jié)，因此49766400 位=6220800 字節(jié) 6.22MB。

請注意，這是1920x1280 圖像的原始尺寸乘以幀速率30 來計算視頻尺寸。這意味著每秒的視頻大小為186.6MB，約合11GB。 90 分鐘視頻視頻約1000GB。

你害怕撒尿嗎？即使您當(dāng)前的計算機硬盤驅(qū)動器為4 TB（實際上只有3,600 GB），您仍然無法存儲超過幾臺計算機。

我該怎么辦？當(dāng)然你不會有硬盤，但是如果你從網(wǎng)上下載的話，網(wǎng)速就更困難了。

我仍然聽到我們創(chuàng)始人香農(nóng)的話：“所有數(shù)據(jù)都是冗余的。當(dāng)你刪除所有冗余時，剩下的就是我正在談?wù)摰男畔��！敝挥幸环N方法。這都是關(guān)于查找和壓縮冗余數(shù)據(jù)。

那么我們?nèi)绾螇嚎s它呢？您只需保存視頻中相同背景的一份，其余都是多余的。您只需保存一份相同顏色的副本，其余的都是多余的。所有這些都是可壓縮的。

經(jīng)過專家的不斷研究，相繼發(fā)布了一代又一代的編碼方案，壓縮冗余數(shù)據(jù)的能力也不斷增強。目前主流的H.264編碼算法的壓縮比高達(dá)400:1。這意味著視頻可以壓縮到原始大小的1/400。

各種視頻編碼技術(shù)的壓縮比

觀看上面的90 分鐘1000 GB 視頻。經(jīng)過H.264編碼后，大小迅速減小至2.5GB。這與大多數(shù)人對視頻大小的直覺是一致的。

經(jīng)過前面的文字、照片、視頻的分析，我們來看一下接下來的對比。

紅屋夢：純文本（未壓縮），約2MB

一張12 兆像素照片（未壓縮）：約34MB

90 分鐘電影（H.264 編碼）：約2.5GB（或2500MB）

這張照片是純文字名著《紅樓夢》大小的17 倍，雖然讀完這本書可能需要10 天半的時間，但看這張照片只需要幾秒鐘。

這部90 分鐘的電影大約是照片大小的74 倍，即《紅樓夢》 的1250 倍。

您可以看到大小根據(jù)數(shù)據(jù)類型而變化。

難怪移動營業(yè)場所的女孩說：在線做不同的事情消耗的流量完全不同。

4. 比特歌

對于計算機來說，CPU、內(nèi)存和顯卡等硬件并不重要；內(nèi)部硬盤驅(qū)動器是隱藏您多年來積累的文檔、照片、視頻和游戲的唯一命脈。

無論是傳統(tǒng)的機械硬盤還是較新的固態(tài)硬盤，數(shù)據(jù)都以0和1的二進(jìn)制格式默默地存儲在硬盤內(nèi)部，并且可以隨時寫入或讀取。我在等你去做吧。

機械硬盤和固態(tài)硬盤

機械硬盤寫入數(shù)據(jù)時，位于距離盤片表面3納米處的磁頭利用電磁鐵改變盤片上磁性材料的極性來記錄數(shù)據(jù)（兩個極性分別為0或1）。

讀取數(shù)據(jù)時，鄰近的讀取器可以識別磁性材料的不同極性并將其改回0 或1。

向機械硬盤寫入數(shù)據(jù)

SSD依靠閃存來存儲數(shù)據(jù)，其寫入和讀取原理與傳統(tǒng)機械硬盤完全不同。

閃存的基本存儲單元是由二氧化硅包裹、上下絕緣的浮柵晶體管，在斷電時也能存儲電子。如果，則表示0；如果電子數(shù)小于中值，則表示1。

SSD控制寫入數(shù)據(jù)的內(nèi)部電子數(shù)量，并測量讀取數(shù)據(jù)的內(nèi)部電子數(shù)量。

固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)存儲

固態(tài)硬盤的讀寫速度是后者的10倍以上，因此其可用性比機械硬盤好很多。此外，固態(tài)硬盤沒有復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，運行時更安靜、更抗震。

手機和電腦作為現(xiàn)代社會的必備物品，結(jié)構(gòu)相似，手機基本上可以說是電腦的濃縮版。

手機內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)的閃存和固態(tài)硬盤在結(jié)構(gòu)上相似，兩者都設(shè)計用于高速讀寫0和1等二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

當(dāng)您查看照片、聽音樂、觀看視頻或接聽電話時，數(shù)據(jù)會在基站和手機之間的空中飛翔，而在手機內(nèi)部，數(shù)據(jù)也會忙碌且井井有條。讓我們大聲唱歌吧。

位，這首歌正在廉價功能手機、Android 智能手機、蘋果旗艦手機和繁忙的辦公電腦上演唱。善良的老人聽過，精力充沛的少年聽過，孤獨的程序員也聽過。是的，連憔悴的中年人都聽了。老一輩的人想必都聽說過。

這是一個比特的世界。它無形無形，卻又無所不在，深刻地改變了我們每個人乃至整個世界的生活。

好了，這個問題就到此為止了。

如果您喜歡的話，請點贊并關(guān)注我們，以便我們以后為您帶來更多精彩內(nèi)容。