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HDMI技术原理

HDMI技术原理
HDMI技术原理

二、HDMI技术原理解析

由于属于DVI的扩展,HDMI 架构数据传输仍使用TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)协议。这个协议是Silicon Image公司提出的。这个协议与DVI标准连接使用的协议也是相同的。

从图中可以看到:二者都是采用的数字T.M.D.S信号联接,HDMI到DVI 无须转换。HDMI标准将8位的数据通过编码变成10位的信号,以差分传动方式传送。而音频和视频数据则通过3个TMDS数据通道来传输。基于DVD音频标准,HDMI支持1-8组非压缩音频传输,音频支持48,96 or 192 kHz等多种采样率。根据视频格式,HDMI 可以传输不同数量的采样率在192KHZ的压缩音频。在这里,视频信息以每24bit像素为一组的序列传输,同时以单位点时钟周期传输10bit的速度传输。这里的点时钟周期定义为每传输1个点(象素)所需的时间,数值上等于位传输周期的10倍。(在时间参数上有两个专有名词要区分清楚:Tpixel是指一个画素的时间,Tbit是指一个位的时间。理论上Tbit是Tpixel的十分之一。HDMI也是利用眼状图来呈现讯号的振幅与抖动(Jitter)状况是否在规格内,这也是判断讯号质量的基准。)

HDMI 1.3以前版本的点时钟频率的范围可在25 MHz~165 MHz之间,但如果某种屏幕格式可以使用低于25 MHz的点时钟频率传输的话(例如,NTSC480i标准[480行,non-interlaced扫描]可以用13.5MHz的点时钟频率传输),那么它就可以用象素重复法(pixel repetition technique)来传输。HDMI标准可以达到每秒传输1650万点象素的速度。HDMI 1.3将升级340MHz,从这个数据我们也可以算出HDMI 1.3 能够传输的最大分辨率。

为了使你更好地理解点时钟的概念以及其重要性,我们以HDTV的720p分辨率为例来说明一下。720p 代表着1280x720的分辨率。1280 x 720的乘积就是屏幕的象素数,再乘上帧速(在这里即屏幕刷新频率,

或垂直频率),就可以得到在该分辨率下每秒传输的象素总点数。例如1280 x 720的分辨率,60Hz的刷新

率,则每秒传输55,296,000点象素,也即55.3 MHz。因为HDMI标准可以达到每秒传输1650万点象素的速度,所以传输1280 x 720分辨率的数据绰绰有余。如果按目前视频最高的屏幕分辨率1080p (1920x1080)来算,假设其刷新率为60 MHz,可以算出其需要124.4MHz的传输速率。显然HDMI 1.2版本仍然可以,最新的1.3版本就更不用说了。而且HDMI 1.3版本在双连接下可以达到680MHz的传输速率,甚至可以支持更高商用产品的分辨率。

HDMI有两种接口:分别是有19针的A类型接口和29针的B类型接口。19阵“Type A”A型HDMI

接口采用单TMDS连接,可以传输视频采样率在25-165MHZ范围内的视频信号。A型接口因尺寸小而更多地应用在消费电子行业。对于传输信号采样率高于165MHZ的视频信号,HDMI采用双TMDS的29针B型HDMI接口,这种接口一般用于PC市场。

其中使用A类接口的传输设备只能够通过一端带有A类插头而另一端带有B类插头的电缆连接到使用B类接口的接收设备,但调过来让B类接口的信息源连接到A类接口的接收设备是不行的。由于DVI 与HDMI 是一样的,都是数字视频传输规范,因此HDMI可以完全兼容DVI 。实现的方法也很简单:通过DVI-HDMI接口转接器,我们就可以方便的使用HDMI接口了。其实所谓的DVI 与HDMI 的“转换头”只是接口的机械标准的转换,涉及尺寸、封装、机械规格等。而实际的电气线路上没有变化。HDMI规范规定:一旦HDMI接口的设备检测到你的这个联接设备的接口信号传输指令中,不包含HDMI 指定特殊标识符的,就认定你这个是DVI 接口的设备。就完全按DVI 的规范来传输,都是数字视频信号,并指明HDMI 向下兼容DVI 。

注:HDMI的TMDS编码传输技术,早从DVI时代就沿用至今,因此在根本上来说,除了脚位不同、接头不同,但基本定义是相同可互通的。

在HDMI规范中,CEA EDID数据传输的第一个时序扩展段中要包含VSDB 信号。就是HDMI Vendor Specific Data Block (HDMIVSDB) ,这是一个EIA/CEA-861B Vendor Specific Data 数据块,这是一个HDMI 批准、许可的数据值。为了测定接收端是否HDMI 设备,HDMI 源设备需要检测接收端设备的EDID 数据传输扩展时序中,是否存在这个VSDB 数据块( 由HDMI 设备制造厂商根据协议制定并提供的)。任何一个HDMI设备都会自动响应一个HDMI VSDB ,只要HDMI 源设备接到这个标示符相关数据的响应,就将接收端设备认定为HDMI 设备。在这里打个比喻。假如你是一个哨兵,这时突然有陌生人,当然你得先审核一下了。你就首先询问一句口令:“ 北京” 若是对方答出“王府井”,你就知道他是自己人了,若是对方答不出来出口令,那就按规矩,一律开火......在HDMI也是这样,HDMI 知道联接的是DVI 接口的设备时,就会完全按照DVI 的规范去传输数字视频信号。所以,目前HDMI 的新设备去联接DVI 设备,都会很好地兼容的,不必担心什么。

虽然HDMI优势不少,但目前HDMI在推广进程中有一个大问题不得不面对,那就是授权费。目前授权费授权费用相当高,厂商们除了必缴的15,000美元年费以外,每个终端产品都还要另外征收4美分到15美分不等的版税(端视HDCP版权保护的搭配采用与否,以及HDMI标志的标示),如果与HDCP搭配授权,所需付出的授权成本更是倍增,而HDMI料件成本也需额外增加20美元以上,而其测试认证的过程,也必须收取3,000~7,000美元的费用,这对于已经进入薄利竞争时代的IT产业而言,是个相当大的负担。

HDMI的带宽我们在上文已经做过解析。在HDMI第一版规格中,就已经拥有了最大4.95Gbps 的传输速率,这种传输速率能支持多大规格的显示格式呢?我们不妨先算一算HDTV中最高的1080p格式的码率是多少。

那么HDMI最初标准中的4.95G的带宽够不够时下最流行的HDTV全高清规格使用呢?我们不妨再算一算。HDTV中分别规定了720p/1080i/1080p三种分辨率规格。以最高规格的1080p/60Hz格式为例,其需要显示的总像素个数是1920×1080=2,073,600(2.073M)个。每秒刷新60次,所需要显示的总像素数量也就1.24G个,总数据量是1.24×3=3.72Gbps,因此用HDMI的4.95Gbps带宽用起来也是绰绰有余。在PC显示领域,HDMI接口支持SXGA:1280×1024@85Hz和UXGA:1600×1200@60Hz规格。而在广播电视行业使用的TV格式中,则支持标清格式下的480i、480p(含16:9格式)、576i、576p规格以及高清HDTV中的720p、1080i、1080p规格。

1.HDCP版权保护机制的功能

HDMI技术另一大特点,就是具备完善的版权保护机制,因此受到了以好莱坞为代表的影视娱乐产业的广泛欢迎。例如美国的节目内容分销商DIRECTV、EchoStar,有线电视业者协会CableLabs,都明确表示要使用HDCP技术来保护他们的数字影音节目在传播过程中不

会被非法组织翻拍。因此,HDMI加入了HDCP版权保护机制后,从节目源方面就会有更加充分的保障。

HDCP全名为(High-bandwidth Digital Content Protection),中文名称是“高带宽数字内容保护”。HDCP就是在使用数字格式进行传输的信号的基础上,再加入一层版权认证保护的技术。这项技术是由好莱坞内容商与Intel公司合作发开,并在2000年2月份的时候被正式推出。HDCP技术可以被应用到各种数字化视频设备上,例如电脑的显示卡、DVD 播放机,显示器、电视机、投影机等等。

这个技术的开发目的就是为了解决21世纪数字化影像技术和电视技术高度发展后所带来的盗版问题。在各种视频节目、有线电视节目、电影节目都实现数字化传播后,没有保护的数字信号在传播、复制的过程中变得非常容易,并且不会像模拟信号,经过多次复制后会出现明显的画质下降问题。因此会对整个影视行业产生极大的危害。这也是HDCP在21世纪之初就迅速诞生的原因。

相比于传统的加密技术,HDCP在内容保护机制上走了一条完全不同传统的道路,并且收到了良好效果。传统的加密技术是通过复杂的密码设置,让全部数字信号都无法录制或播放,但HDCP是将数字讯号进行加密后,让非法的录制等手段,无法达到原有的高分辨率画质。也就是说,如果你的设备不支持HDCP协议,录制或播放的时候效果会大打折扣,或者根本播放不出来。

此外,HDCP还是一种双向的内容保护机制。也就是说,HDCP的要求是播放的数字内容以及硬件本身都必须遵照一套完整的协议才能实现,其中一方面出现问题都可能导致播放失败。打个比方,如果用户买的液晶电视有HDCP功能,但是DVD播放机却不带HDCP功能,那么在看有HDCP版权保护的正版DVD时,是不能实现播放的。

2.HDCP实现机制

每个支持HDCP的设备都必须拥有一个独一无二的HDCP密钥(Secret Device Keys),密钥由40组56bit的数组密码组成。这个部分HDCP密钥可以放在单独的芯片中,也可以放在其它芯片的内部,例如ATI和Nvdia(世界两大著名显卡主芯片供应商)完全可以将它们放入显示芯片中。每一个有HDCP芯片的设备会拥有一组私钥(Device Private Key),一组私钥将会组成KSV(Key Selection Vector)。KSV相当于这台拥有HDCP芯片设备的ID号。

HDCP传输器在发送讯号前,将会检查传输和接受数据的双方是否是HDCP设备,它利用HDCP密钥(Secret Device Keys),让传输器与接收端交换,这时双方将会获得一组KSV并且开始进行运算,其运算的结果会让两方进行对照,若运算出来的数值相符,该传输器就可以确认该接收端为合法的一方。

传输器确定了接收端符合要求,传输器便会开始进行传输讯号,不过这时传输器会在讯号上加入了一组密码,接收端必须实时进行解密才能够正确的显示影像。换句话说,这HDCP 并不是确认双方合法后就不管了,这家伙还在传输中加入了密码,以防止在传输过程中偷换设备。具体的实现方法是HDCP系统会每2秒进行确认,同时每128帧画面进行一次发送端和接受端计算一次RI值,比较两个RI值来确认连接是否同步。

密码和算法泄密是厂家最头疼的事,为了应对这个问题,HDCP特别建立了“撤销密钥”机制。每个设备的密钥集KSV值都是唯一的,HDCP系统会在收到KSV值后在撤销列表中进行比较和查找,出现在列表中的KSV将被认做非法,导致认证过程的失败。这里的撤销密钥列表将包含在HDCP对应的多媒体数据中并将自动更新。简单的说,KSV是针对每一个设备制定了唯一的序号,比较自然的可用号码是每个设备的SN号。这样一来,即便是某个设备被破解了,也不会影响到整体的加密效果。

总的来说,HDCP的规范相当严谨,除了内容本身加密外,传输过程也考虑的相当精细,双方设备都要内置HDCP才能实现播放。但是最后需要指出的是,HDCP和HDMI或者DVI接

口之间并没有必然的联系,只是HDMI标准在制定之初就已经详细的考虑到了对HDCP的支持,并且在主控芯片中内置了HDCP编码引擎,因此在版权保护方面,要大大领先于DVI技术。

独立的HDCP芯片

集成了HDCP的HDMI主控芯片,Silicon Image公司产品

HDCP 是一种双向内容保护机制 HDMI 传输原理解析

作者:佚名 来源:本站整理 发布时间:2007-12-10 18:22:53

那么到底HDMI 标准采用了什么样的传输原理?HDMI 的具体性能又是

怎样?下面就进入本文的第二部分:详解HDMI 技术。

第一节:HDMI 传输原理解析

如同最顶级的发动机是F1赛车驰骋赛场的保障一样,HDMI 标准之所以拥有强大的数据

传输能力,和它的传输原理是分不开的,下面我们就看看HDMI 标准的传输原理是什么。

每一个标准的HDMI 连接,都包含了3个用于传输数据的TMDS 传输通道,还有1个独立

的TMDS 时钟通道,以保证传输时所需的统一时序。在一个时钟周期内,每个TMDS 通道都能

传送10bit

的数据流。而这10bit 数据,可以由若干种不同的编码格式构成。

TMDS 对每个像素点中的RGB

三原色分别按

8bit 编码

TMDS数据发送时序结构

一般来说,HDMI传输的编码格式中要包含视频数据(HDMI1.3版本前每个像素采用24bit)、控制数据和数据包(数据包中包含音频数据和附加信息数据,例如纠错码等)。TMDS每个通道在传输时要包含一个2bit的控制数据、8bit的视频数据或者4bit的数据包即可。在HDMI信息传输过程中,可以分为三个阶段:视频数据传输周期、控制传输周期和数据岛传输周期,分别对应上述的三种数据类型。

HDMI带宽和TMDS的关系

而在HDMI标准中所规定的带宽,在1.0版本就设定为最高4.96Gbps。那么这一数值是怎么的来的呢?和TMDS又有什么关系呢?我们看下面的公式:

这是一个适用于所有串口传输接口带宽计算的公式。在所有的数字电路中,都有一个负责提供基本频率的元器件——晶振,它就像是一个精确的闹钟一样,电路中所有的元器件都按照它的节奏统一行动。比方说,某一运算电路的晶振频率是100Hz,就是说这一电路在一

秒钟内可以进行100次运算过程。由此可见,晶振的工作频率越高,每秒所能处理的运算次数就会越多,数据的处理能力也就会越强大。而HDMI标准中,这个原理同样适用。

HDMI电路中的时钟频率,在最初制定时范围从25MHz-165MHz之间,也就是说一个TMDS 通道每秒最多能传输165MHz×10bit=1.65Gbit的数据,3个TMDS通道一秒就可以传输

1.65×3=4.95Gbit的数据,再加上控制数据,用标准方法表示就是4.96Gbps的带宽。而如果用像素点来表示,那就是一秒可以传输显示1.65G个像素点(一个完整的像素点信息由R/G/B三原色信息构成)所需要的数据量。

在数字音频方面,HDMI灵活的支持符合IEC60985 L-PCM标准的32kHz、44.1kHz和48kHz、16bit量化的立体声数字音频信号和IEC 61937标准的采样率为192KHz,24bit量化的单路无压缩PCM数字音频信号,或者8路96kHz的声音数据流。此外,在家庭影院中常用的DolbyDigital5.1和DTS数字音频格式也能通过HDMI直接传输。

HDMI编码图例:3个TMDS分别传输像素点的RGB数据

HDMI标准继续沿用了和DVI相同的,由Silicon Image公司发明的TMDS(Time Minimized Differential Signal)最小化传输差分信号传输技术。TMDS是一种微分信号机制,采用的是差分传动方式。这不仅是DVI技术的基础,也是HDMI技术的基础原理。

TMDS差分传动技术是一种利用2个引脚间电压差来传送信号的技术。传输数据的数值(“0”或者“1”)由两脚间电压正负极性和大小决定。

2006年5月,针对日益发展的数字影像技术对高分辨率、高传输速率、高色深图像的要求,HDMI Founders正式推出了HDMI1.3版本。HDMI 1.3标准在规格上,和之间的规格发生了巨大变化:

*传输带宽:HDMI1.3规格中,TMDS连接带宽从原来最高165MHz提升到340MHz,数据传输率也从4.96Gbps提升到了10.2Gbps,可以支持支持更高数据量的高清数字流量,如果采用Type B型双路TMDS连接,则可以在此基础上再提升一倍系统带宽。HDMI 1.3可以支持更高的帧刷新率:1080p@120Hz格式、720p@240Hz和1080i@240Hz,以及更高的分辨率(1440p)。

* 支持高色深:在HDMI 1.3标准之前,只支持24bit色深(R/G/B每种8bit色深),而HDMI 1.3则可以支持24bit/30bit/36bit/48bit的(RGB或者YCbCr)色深。可以传输色阶更加精确的图像。

*支持扩展色域:在新一代平板电视中采用的“xvYCC”(又名“x.v.Color”)广色域标准也得到了HDMI 1.3版本的支持。xvYCC是国际照明协会IEC最新的广色域标准,支持xvYCC 的显示设备可以显示出更加生动、自然的色彩,特别是红色和绿色表现力非常出色。

* 支持无损压缩数字音频流:1.3版本之前的HDMI标准只支持最高192KHz、24bit的压缩数字音频,对于最新的多声道无损压缩技术以及非失真压缩音源缺乏支持(如Dolby TrueHD和DTS-HD Master Audio,它们已经在新一代家庭影院和数字光盘中开始使用)。因此HDMI 1.3标准中加入对它们的支持。

*提供更加精准的音/视频同步功能。

*向下完全兼容,同时也兼容DVI标准。

HDMI 1.3标准中高色深系统的引入,是近年来显示技术领域除分辨率提升以外最有价值的一个技术。在HDMI以前的标准中,每种原色的8bit色深只能让每个像素点显示出2的8次方×2的8次方×2的8次方=16.7M种颜色,如果使用1.3标准中的10bit色深,那么可以显示的色彩总量就会提升到2的10次方×2的10次方×2的10次方=10.7亿色,已经接近人眼能分辨的色彩极限。

HDMI 1.3导入深色的意义重大

导入色深功能并不直接影响到HDMI传输原理中8bit到10bit转化的TMDS的编码层。为了传送超过8位的额外像素数据,HDMI接口的频率速率也跟着增加,可以在同样的时间周期内,传输多出来的像素数据。以12bit色彩深度(也就是比8位色彩深度每影片格中的像素数据量,要多上1.5倍)为例,由于TMDS的时钟频率加快1.5倍,就相当于在同样的

时间内,原本发送2个数据包的频率提升到了3个数据包包,因此就实现了更大数据量的传

输。

HDMI 1.3的色深系统支持10bit、12bit和16bit的色彩深度(RGB或YCbCr),因此可以消除目前高对比显示设备普遍面临的色阶现象,使得影像色彩更加鲜活,过度更加顺滑,并为消费者提供更为逼真、具感染力的电视影像体验。色深技术借着在纯黑与纯白间增加许多倍的灰阶,传送更多层次的色彩,让屏幕上的色彩能够流畅地转换,改善逐渐增加对比的显示器质量。

全新的HDMI规格同时也支持“xvYCC”色彩标准,大幅扩展那目前HDTV标准的色域空间,让色彩更精确的重现,呈现出肉眼可以辨识的任何色彩。下一代高清光盘播放机的

HD-DVD与蓝光播放器等最新的高分辨率设备,都将内建这些先进的色彩功能。而在另外一个方面,次世代电视游戏主机,PS3亦内建了10bit色深deep color支持功能,将可为用户创造出更具感染力的游戏体验。

当然,对于HDMI 1.3支持最高48bit(RGB各16bit)高色深是否有实际意义,在业内还是个一直在争论的问题。首先,目前绝大多数的液晶电视都采用的是8bit色深标准,而等离子电视也在10bit色深的水平,因此就算HDMI 1.3拥有高于10bit的色深处理能力,也会因为显示设备的原因不能发挥全部实力。第二,目前无论是电影电视的前期拍摄,还是后期的制作,仍旧在采用8bit色深标准,高色深的普及在很大程度上要依赖于这些内容提供商的转变速度。最后,10bit色深能显示的色彩数已经达到10.7亿色,接近人类辨认色彩的生理极限,用12bit、16bit的象征意义要远大于实际意义。

Silicon Image公司的新方案可以实现两路TMDS链路连接虽然这种争论伴随着HDMI 1.3的诞生就没有停止过,但是支持高色深仍然是一股不可阻挡的潮流。而且对于设备端来说,引入高色深系统除要有更宽的数据带宽之外,高清显示设备系统本身的框架并不需要太大改变,充其量只是一些对既有电路系统来说相对简单功能加强。因此,对硬件厂商来说,仅会增加非常轻微的成本,甚至完全不会增加成本。尤其是现阶段,许多HD显示器系统都能够处理比HDMI 1.2更丰富的色彩时(如索尼07年的BRAVIA 中高端液晶电视就支持10bit面板驱动技术),HDMI 1.3中加入对高色深的支持就成了一个不能逆转的决定。

总的来说,HDMI 1.3版本的推出在很大程度上弥补了HDMI接口在传输速率上的不足,并且为今后数字影音产业的技术变革预留了充足空间,也代表了整个数字影音接口技术的发展方向和最高水平。

采用xvYCC色域后的效果对比

二进制就是逢二进一,十进制是逢十进一,十进制是最常用的,十进制数都由0~9共十个数字组合而成,每一位上最大是9,9再加1就进位成10了;而二进制数由0,1两个数字组合而成,每一位最大是1,1再加1就进位成10了。

计算机内部的数据都用二进制表示,而每一“位”二进制数字就是1bit,是最小单位,比如二进制的1就是1bit,二进制的1010就是4bit,而每一字节(byte)就由8bit组

成。

磁盘是用磁性原理存储数据(二进制数据),简单的说就是用磁性材料的N (北)S(南)极代表二进制数的

0和1,存的时候就是改变磁盘上磁性材料的极性排列顺

序,读取就是取得它们的排列顺序。“1个字节绝对是8bit,”这是绝对没有错误的!

但是在网络传输的时候为了区别一个字节的开始和结束需要在每个字节前加一位,后面加一位,就这样而已,所以这个时候就是10个b了,也就是说网络传输了10个b的数据,而其中有8个b是表示一个字节,另外2b是控制信息!!而不是什么“每个字节含有8 bit 数据、1 bit起始位和1 bit结束位,说的比较含糊,其实意思是8bit中包括1 bit起始位和1 bit结束位。”

3 K是千 M是兆 G是吉比特 T

8bit(位)=1Byte(字节)

1024Byte(字节)=1KB

1024KB=1MB

1024MB=1GB

1024GB=1TB

数位组:一个在信息技术和数码技术领域中,用于表示信息的数量的单位。

一个汉字是两个字节,一个字母或标点符号为一个字节。

一个数位组是数个二进位的组合。早期的不同计算机系统中使用的数位组含有的二进位数目不尽相同。但目前数位组在应用上已经统一,即,一个数位组通常

由8个二进位组成。16个二进位合成一个字(word). 32个二进位构成一个复字(double words)。

每个二进位,可用来代表两种状态之一,如电路的开/断等)组成,因此可以代表28 = 256个不同的状态。

4个二进位的组合称为四位组(Nibble)。 8个二进位的组合则为一个八位组(Octet)。所以一个数位组通常是一个八位组。

数位组是一个承载信息的基本单元。一个数位组表明的信息由所用的编码方式决定。不同的编码方式有可能用一个或多个数位组来表示一个数字,一个符号,或者一幅图像中的一个色点。常用的编码方式如用来表示字符集的ASCII编码或者ISO/IEC 8859标准的编码。

字节又被译为“字節”,即是在电脑内一个英文字所占的最基本单元。而一个中文字是占两个字节的。

由数位组引申出的计量单位

1 kilobyte kB = 1000 (103) byte

1 megabyte MB = 1 000 000 (106) byte

1 gigabyte GB = 1 000 000 000 (109) byte

1 terabyte TB = 1 000 000 000 000 (1012) byte

1 petabyte PB = 1 000 000 000 000 000 (1015) byte

1 exabyte EB = 1 000 000 000 000 000 000 (1018) byte

1 zettabyte ZB = 1 000 000 000 000 000 000 000 (1021) byte

1 yottabyte YB = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 (1024) byte

1 nonabyte NB = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (1027) byte

1 doggabyte DB = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (1030) byte 注意上面Kibi这一系列的定义。Kibi来自英语kilo-binary(二进制的千), 1998年10月在IEC60027-2中订位标准。但到目前在各种应用中还没有完全占优势。在信息行业中常用用于内存容量的MB, GB,几乎都是指220,230,… 数位组。KB也经常表示210数位组,以区别于kB。当然你也会经常看到kB被混用来表示210数位组。这些表示法都并没有被标准化。

至于硬盘容量,一般的制造商总是用十进制的计数。一般计算机的操作系统都是使用2进制的计数,所用你经常会发现在计算机看到的硬盘容量比硬盘上声称的要小,比如20GB的硬盘只显示有18.6GB。

特别误导人是软盘的情况。720KB的软盘是720×10241个数位组的值经常用2个十六进制

的数字(在信息科学中这样一个16进制的数字也称为一,而1.44MB的软盘则莫名其妙奇

妙的是1.44×1000×10241个数位组的值经常用2个十六进制的数字(在信息科学中这样一个16

“硬件的发展突飞猛进,一日千里”,这句话恐怕很多人都说过无数次了。对于这种进步,我们都可以很直观地表述为诸如CPU越来越快、内存越来越大之类。而若要以一个量化的标准体现出来,自然就免不了要和形形色色的数字打交道,比如三年前主流的CPU主频单位是MHz,而现在的主流CPU主频已经达到了GHz,两相对比,由此可以很清楚地看到硬件水平进步的程度。

在这些形形色色的数字后面,是各种各样的数字单位,它们就像一件件数字的新装,

一些琐碎平常的数字就因为有了它们的存在而变得意义非凡。有趣的是它们的特点也和各式各样的服装一样:有些数字单位外表花哨却没有什么含义,有些数字单位虽然不引人注意却真正是内涵深刻,有些长期被我们误解或是曲解,也有些根本就是不法经销商为一己私利炮制的陷阱……那么对于普通的消费者来说,它们究竟意味着什么呢?我们又应该如何理解、如何看待这些数字的“新装”呢?

在差不多所有的计算机基础教材上,一开始都会提到两个概念:位(bit)和字节(Byte)。前者中文叫比特,一度是IT界的象征之一,它是计算机中最小的信息单位。而字节则是信息的基本单位,通常一个字节都由8个位组成,即1Byte=8bit。二者通常都被简写成b(bit)或B(Byte)。这也成为最易被混淆的两个单位。尤其是在网络设备上,最容易让人困惑。例如,很多人安装了512k的ADSL以后,发现下载速度都在40~50k 左右徘徊,于是便怀疑是不是电信运营商搞鬼,其实电信运营商所说的“512k”即指512kbps,而我们下载时的速度通常以kB来计算,512kb/8=64kB,因此运营商并没有任何做得不对的地方。

此外,bps和Bps还经常用于描述设备接口的传输速度,但是使用范围会略有区别。例如串口和USB接口都是按位来传输数据的,它们的传输速率就以bps来表示,而并口和硬盘接口等是按字节来传输数据的,所以一般用Bps来表示其传输速率。

第二章

CPU 篇

对于很多初学者来说,CPU恐怕是他们最早知道的几种能决定电脑档次的配件了。有关于它的各种数字指标也是最引人注意、最能代表一个时期的硬件发展水平的。

Hz(赫兹):这是在电脑里最为常见的一个数字单位,我们后面会多次碰到它。从物理学角度说,它的定义是波形每秒钟变化或振动的次数,在CPU上,Hz可以用来标示CPU的主频和外频,其中又以主频最为受人关注,通常以MHz(兆赫兹)或是GHz (吉赫兹)为单位出现。它标示了CPU的工作时钟频率,通常标注在CPU的型号中,如Pentium4 2.4GHz,它的主频就为2.4GHz。由于目前CPU的主频大战已经快走进死胡同,Intel和AMD两家目前都开始采用新的标称方法来表示CPU的速度,最典型的就是AMD现在使用的“真实性能标识”法(如图1)。

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