计算机基础1

一、带宽(Bandwidth)

1、定义与度量：

网络带宽定义为在特定的时间内，从网络的一部分到另一部分最多可以传输的数据量。带宽通常以比特为单位进行度量，因为网络传输的基本单位是比特。常见的带宽度量单位包括比特每秒（bps）、千比特每秒（Kbps）、兆比特每秒（Mbps）、吉比特每秒（Gbps）、太比特每秒（Tbps）和拍比特每秒（Pbps）。

2、带宽与速度：

带宽经常被人们理解为网络速度，但这两者并不完全相同。带宽是最大传输能力的度量，而速度通常指的是在给定时间内数据实际传输的速率。例如，虽然你的家庭网络可能拥有100 Mbps的带宽，但实际下载文件时的速度可能只有50 Mbps，受限于服务器的上传速率、网络拥堵等因素。

3、实际性能影响因素：

实际的带宽利用率可能会由于多种因素受到限制：

(1)网络拥堵：

在高流量时段，如晚上看视频的高峰时间，大量的数据传输请求可能导致网络拥堵，从而降低实际的数据传输速率。

(2)传输介质：

不同的传输介质（例如光纤、铜线、无线电波）有不同的带宽容量和信号衰减特性，这会影响数据传输速率。

(3)路由器和交换机：

网络中的硬件设备性能也会影响传输速率。如果设备处理能力不足，即使网络本身带宽充足，实际速度也会受到限制。

(4)端到端连接：

数据传输速率还受限于传输路径上所有网络段的最低带宽。

4、管理和优化：

网络管理员使用各种工具和技术来管理网络带宽，确保关键应用和服务能够获得所需的带宽。这包括流量整形（traffic shaping）、带宽限制（bandwidth throttling）、负载平衡（load balancing）和服务质量（Quality of Service, QoS）策略。

5、应用：

带宽是许多网络应用的关键因素，特别是对于那些需要传输大量数据的应用，如视频流、远程会议、云计算服务和大规模在线游戏。为了满足这些应用的需求，提供高带宽连接变得越来越重要。

6、带宽与延迟：

带宽和延迟是衡量网络性能的两个关键参数。延迟指的是数据包从源到目的地所需的时间，而带宽则是可以传输的数据量。即使拥有高带宽，如果延迟很高，用户体验也可能不佳，特别是在实时应用中。

7、未来趋势：

随着技术的进步，比如5G和光纤到户（FTTH），我们可以期待在未来获得更高的带宽和更快的网络速度，这将为新兴技术如虚拟现实、自动驾驶汽车和物联网（IoT）提供必要的基础设施。

总结来说，网络带宽是一个关键的技术参数，它描述了网络传输数据的能力。理解和优化带宽的使用对于维护网络性能和提供高质量的网络服务至关重要。

二、以bit作为基础的带宽单位

标红的是常用表达名称。

1、以bit作为基础的带宽单位（十进制）

(1)bps或b/s(bit per second)

bps 是“bit per second”的缩写，意思是“每秒比特数”。这是衡量数据传输速率的标准单位，用于描述数字数据传输时每秒钟可以传输多少个比特（bit）。通常我们用来表示网络连接速度的单位，比如Mbps（兆比特每秒）和Gbps（吉比特每秒），都是以bps为基础的。

(2)Kbps或Kb/s(Kilobit per second)

“K”代表千（kilo），因此1 Kbps等于每秒1,000比特。

这个单位经常用于低速网络连接，如早期的拨号上网服务。

(3)Mbps或Mb/s(Megabit per second)

“M”代表百万（mega）,我们也常说兆，因此1 Mbps等于每秒1,000,000比特。

这是一个非常普遍的速度单位，通常用于家庭和企业的互联网连接，如ADSL、光纤到户（FTTH）和一些无线网络。

(4)Gbps或Gb/s(Gigabit per second)

“G”代表十亿（giga），我们也常说千兆，因此1 Gbps等于每秒1,000,000,000比特。

高速互联网连接，如企业级或数据中心的互联网连接，使用这个单位。它也是评价现代家庭宽带连接（例如光纤）的常用单位。

(5)Tbps或Tb/s(Terabit per second)

“T”代表万亿（tera），因此1 Tbps等于每秒1,000,000,000,000比特。

这个单位用于大型网络基础设施，例如国际间海底光缆或大型服务提供商的主干网。这类速度对于绝大多数家庭和企业用户来说是不可想象的。

(6)Pbps或Pb/s(Petabit per second)

“P”代表千万亿（peta），因此1 Pbps等于每秒1,000,000,000,000,000比特。

目前这个速度单位在商业应用中还非常罕见，它代表了巨量的数据传输能力，可能用于全球互联网的核心节点或者未来的超高速网络应用。

我们发现这些单位都是十进制的，其实有与它们对应的二进制单位：

2、以bit作为基础的带宽单位（二进制）

这些单位由IEC（国际电工委员会）制定，用于在计算机科学和技术中更精确地描述数据量大小。以下是它们各自的意义：

(1)bps或b/s(bit per second)

bps作为最基本的带宽单位，他的对应单位是自己。这是基本的带宽单位，在二进制和十进制中是相同的，表示每秒传输的字节数。

(2)Kibps或Mib/s(Kibibit per second)

Kibibit是基于2的幂次来计算的数据量单位，是对"Kbps"（千比特每秒）的二进制对应。
1 Kibit 等于 2^10 比特，即1,024比特。
因此，1 Kibps等于每秒传输1,024比特。

(3)Mibps或Mib/s(Mebibit per second)

Mebibit是基于2的幂次来计算的数据量单位，是对"Mbps"（兆比特每秒）的二进制对应。
1 Mibit 等于 2^20 比特，即1,048,576比特。
因此，1 Mibps等于每秒传输1,048,576比特。

(4)Gibps或Gib/s(Gibibit per second)

Gibibit是基于2的幂次来计算的数据量单位，是对"Gbps"（吉比特每秒）的二进制对应。
1 Gibit 等于 2^30 比特，即1,073,741,824比特。
因此，1 Gibps等于每秒传输1,073,741,824比特。

(5)Tibps或Tib/s(Tebibit per second)

Tebibit是基于2的幂次来计算的数据量单位，是对"Tbps"（太比特每秒）的二进制对应。
1 Tibit 等于 2^40 比特，即1,099,511,627,776比特。
因此，1 Tibps等于每秒传输1,099,511,627,776比特。

(6)Pibps或Pib/s(Pebibit per second)

Pebibit是基于2的幂次来计算的数据量单位，是对"Pbps"（拍比特每秒）的二进制对应。
1 Pibit 等于 2^50 比特，即1,125,899,906,842,624比特。
因此，1 Pibps等于每秒传输1,125,899,906,842,624比特。

这些二进制单位的前缀是十进制单位的前缀更改了一些得到的。

这些二进制的速度单位为计算和传输数据提供了一个更为精确的计量方式，尤其是在处理大量数据时更加适用。

三、以字节(Byte)为基础的数据传输速度单位

众所周知，1字节(Byte)等于8bit，所以对于数据传输单位B/s与带宽单位bps的转化为：

1B/s = 8bps

相似的，将字节类型单位转成bit类型单位都是利用1字节(Byte)等于8比特(bit)，这个转化进制。

1、以字节(Byte)为基础的数据传输速度单位（十进制）

(1)B/s或Bps(Bytes per second)

字节每秒：这是数据传输速度的单位，表示每秒传输的字节数。通常写作B/s，1字节等于8比特。

(2)KB/s或KBps(Kilobytes per second)

千字节每秒：Kilo是一个公制前缀，表示1,000倍。因此，1KBps等于1,000字节每秒。

(3)MB/s或MBps(Megabytes per second)

兆字节每秒：Mega是一个公制前缀，表示1,000,000倍。因此，1MBps等于1,000,000字节每秒。

(4)GB/s或GBps(Gigabytes per second)

吉字节每秒：Giga是一个公制前缀，表示1,000,000,000倍。因此，1GBps等于1,000,000,000字节每秒。

(5)TB/s或TBps(Terabytes per second)

太字节每秒：Tera是一个公制前缀，表示1,000,000,000,000倍。因此，1TBps等于1,000,000,000,000字节每秒。

(6)PB/s或PBps(Petabytes per second)

拍字节每秒：Peta是一个公制前缀，表示1,000,000,000,000,000倍。因此，1PBps等于1,000,000,000,000,000字节每秒。

2、以字节(Byte)为基础的数据传输速度单位（二进制）

在二进制系统中（与十进制系统的1000基数不同），数据存储和计算机科学常用的基数是1024，因为这是2的10次方。由此得出的单位通常用于描述计算机内存和存储容量。

(1)B/s或Bps(Bytes per second)

字节每秒：这是基本的数据传输速度单位，在二进制和十进制中是相同的，表示每秒传输的字节数。

(2)KiB/s或KiBps(Kibibytes per second)

千字节每秒（二进制）：1 Kibibyte = 1,024 Bytes。因此，1 KiB/s 等于每秒1,024字节的传输速度。

(3)MiB/s或MiBps(Mebibytes per second)

兆字节每秒（二进制）：1 Mebibyte = 1,024 Kibibytes = 1,048,576 Bytes。因此，1 MiB/s 等于每秒1,048,576字节的传输速度。

(4)GiB/s或GiBps(Gibibytes per second)

吉字节每秒（二进制）：1 Gibibyte = 1,024 Mebibytes = 1,073,741,824 Bytes。因此，1 GiB/s 等于每秒1,073,741,824字节的传输速度。

(5)TiB/s或TiBps(Tebibytes per second)

太字节每秒（二进制）：1 Tebibyte = 1,024 Gibibytes = 1,099,511,627,776 Bytes。因此，1 TiB/s 等于每秒1,099,511,627,776字节的传输速度。

(6)PiB/s或PiBps(Pebibytes per second)

拍字节每秒（二进制）：1 Pebibyte = 1,024 Tebibytes = 1,125,899,906,842,624 Bytes。因此，1 PiB/s 等于每秒1,125,899,906,842,624字节的传输速度。

这些二进制单位在描述计算机内存和硬盘驱动器的容量时尤为重要，因为计算机科学基于二进制数系统。然而，在营销和广告领域，硬盘和存储设备的容量往往使用十进制单位（如GB和TB），而不是二进制单位（如GiB和TiB），这可能会导致关于实际可用空间的混淆。在一些操作系统和程序中，你可能会看到使用二进制单位来精确表示存储空间。

请注意，当使用这些单位时，特别是在通信领域，通常会通过上下文来区分是在讲比特还是字节。当描述网络带宽时，单位通常指的是比特，而文件传输和存储速度通常用字节来描述。一定要根据具体环境来判断是哪一种。也可以根据字母b(B)的大小写来判断，小写b代表bit，大写B代表Byte。

四、原因

为什么带宽单位使用比特（bit）作为基础单位，而数据传输通常会使用字节（Byte）为基础单位？

在网络技术中，带宽和传输速率经常以比特为单位来测量和描述。这是因为网络设备和技术（例如调制解调器、路由器、交换机和以太网）在最低层面上处理的是比特流，即比特的连续序列。在这些设备和技术中，每一比特是信号传输的基础单位。

而在存储和文件传输的背景下，数据量通常以字节为单位来测量，因为计算机系统的大多数基本操作都是以字节为基本单位的。例如，一段文本文件或一个图片文件的大小通常是按照字节及其倍数（例如千字节KB、兆字节MB、吉字节GB）来计算的。这样做是因为字节是大多数计算机操作的标准数据块大小，一个字节能够存储一个字符（例如，ASCII码），所以在讨论存储空间和文件大小时使用字节更为直观和方便。在下载一些软件时，我们可以看到下载速率大多是用KB/s或MB/s表示的，这里就是以字节(Byte)为基础的单位。

1. 带宽以比特(bit)为基础(bit-based)的原因：

   • 历史原因：带宽最初是电信术语，用于衡量模拟信号传输能力。在早期的数据通信技术中，每个信号波形可以携带一个比特的信息，所以使用比特作为带宽单位可以直观地表示通信线路的容量。
   • 技术原因：网络设备和协议通常在较低的OSI模型层（如物理层和数据链路层）操作，这些层处理的是比特流，而不是字节。因此，网络速度和设备规格以比特为单位来标识。
   • 精确度：在数字通信中，传输速率以比特为单位能提供更精确的测量和控制。此外，以比特为单位有助于精确描述传输速率，因为速度通常非常快，且有细微差别。

2. 数据传输以字节(Byte)为基础(Byte-based)的原因：

   • 历史原因：计算机科学和编程中，字节是基本的数据单位，因为它与最基本的数据类型（如字符）的大小相匹配。大多数编程语言中，一个字符通常由一个字节表示。
   • 可读性：对于存储和文件传输，人们习惯于以字节为单位思考数据量。文件大小、硬盘容量等通常用字节及其倍数（如KB, MB, GB）来表示。
   • 实用性：对于最终用户来说，以字节为单位的数据大小更易于理解和比较。比如，当你下载一个1GB的文件时，用字节表示的大小（如MB）更符合用户的直观感受。

总结来说，带宽使用比特是因为它反映了网络层面的精确传输速率，而数据传输使用字节是因为它与计算机存储和文件系统的操作更为吻合，更符合高层次应用和用户体验。