[科普中國]-位填充

簡介

位填充簡單來說是指用“0”或“1”來填充數(shù)據(jù)未使用的二進制位。在計算機中，不是所有數(shù)據(jù)都能夠完全使用所有的二進制位。例如，1是整數(shù)型數(shù)據(jù)，在計算機中，內(nèi)存為1分配了32個位內(nèi)存大小，實際上1只占據(jù)一個位，為了使1被識別是整數(shù)型數(shù)據(jù)，剩余位就要采用位填充的方法進行填充。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，位填充也稱為比特填充。

位二進制數(shù)系統(tǒng)中，位簡記為b,也稱為比特，每個二進制數(shù)字0或1就是一個位(bit)。位是數(shù)據(jù)存儲的最小單位，其中8 bit 就稱為一個字節(jié)（Byte）。計算機中的CPU位數(shù)指的是CPU一次能處理的最大位數(shù)。例如32位計算機的CPU一個機器周期內(nèi)可以處理32位二進制數(shù)據(jù)的計算機。

位填充技術(shù)在HDLC的幀結(jié)構(gòu)中，帶填充位的首尾標(biāo)志法允許數(shù)據(jù)幀包含任意個位，而且也允許每個字符的編碼包含任意個位，采用統(tǒng)一的幀格式，以特定的位序列進行幀同步和定界。帶填充位的首尾標(biāo)志法工作原理是：每一幀使用一個特殊的位模式，即01111110作為開始和結(jié)束標(biāo)志字節(jié)。當(dāng)發(fā)送的數(shù)據(jù)鏈層在數(shù)據(jù)中遇到5個連續(xù)的1時，自動在其后插入一個0到輸出比特流中，這叫位填充技術(shù)。當(dāng)接收方看到5個連續(xù)的1后面跟著一個0時。自動將此0刪除1。

幀的頭部有8位標(biāo)識符，其以01111110模式在幀的兩端起定界作用。某個標(biāo)志字段可能既是一個幀的結(jié)束標(biāo)志，也是下一個幀的起始標(biāo)志。在接收一個幀時，站點也要繼續(xù)搜索這個序列，以判斷這個幀的階數(shù)。而HDLC協(xié)議中允許存在任意的二進制比特序列，所以01111110模式可能出現(xiàn)在幀中間的某個地方，從而破壞同步。為了避免這種情況，使用了位填充。

方法：在幀的傳輸起始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志之間，每當(dāng)出現(xiàn)5個1之后，發(fā)送器就會插入一個附加的0.一旦有5個1模式出現(xiàn)，就會檢查第6個比特。若為0，該比特將被刪除。若為1，且第7個比特為0，那么這個組合被認為是標(biāo)志字段。若第六位和第七位都為1，則此時處于異常終止?fàn)顟B(tài)。

比特填充方式當(dāng)同步數(shù)據(jù)信號與數(shù)據(jù)端局的時鐘是異步關(guān)系時，可以用緩沖存儲器使輸入輸出信號同步。其原理是首先將多路數(shù)據(jù)信號復(fù)用成一次群，然后以其脈沖速率將一次群輸入數(shù)據(jù)信號寄入緩存器。當(dāng)輸入速率比緩沖存儲器的讀出速率稍慢時，會出現(xiàn)信號尚未到達就要讀出的情況 ， 這時就要插入填充脈沖，并把填沖脈沖的信息傳到接收端。接收端收到填充指示信息就抹去該填電路交換，充脈沖，然后把脈沖展成一定間隔，從而恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信號。這種方法只限于 傳輸同步數(shù)據(jù)信號。

數(shù)的機器碼原碼電子計算機中數(shù)的一種表示形式。數(shù)的原碼形式除掉其符號表示位外與原來數(shù)的絕對值形式一樣，只是數(shù)的正負符號分別用“0”和“1”表示。例如，+46的二進制數(shù)原碼表示為00100110，而-46的二進制數(shù)原碼表示為10100110(第一位為符號表示位)。數(shù)值“0”則有兩種原碼表示：“+0”為00000000；“-0”為10000000.原碼表示法對于數(shù)的乘除運算相當(dāng)方便，但對加減運算則較復(fù)雜。在兩個數(shù)進行加減運算時，需要判定它們的符號和絕對值大小才能確定操作關(guān)系和操作類型。為了簡化處理機的加減運算，通常很少采用原碼表示法，而是采用二進制補碼或二進制反碼表示數(shù)據(jù)2。

補碼計算機中一種數(shù)的表示形式。在基數(shù)計數(shù)制中，從基數(shù)減1后分別減去某數(shù)的每一位數(shù)字，然后再加1所得到的數(shù).對于正數(shù)，其二進制補碼的表示式和原碼相同；對于負數(shù)，其補碼表示式是將其反碼的最低位再加1而得到。例如，二進制數(shù)00101110的補碼仍為00101110;10101110的反碼是11010001，其補碼為11010001+1=11010010.在補碼表示式中，數(shù)值0的補碼是惟一的，即00000000(全零)。補碼表示法對正負數(shù)的加減運算相當(dāng)方便。利用補碼可使減法運算轉(zhuǎn)化為加法運算，這樣在計算機中就可用加法器來進行加減運算。

反碼亦稱基數(shù)減1補碼。計算機中數(shù)的表示形式之一，是基數(shù)計數(shù)制中以基數(shù)減1后分別減去每一位數(shù)字后所得到的數(shù)。例如，二進制計數(shù)制中，基數(shù)是2，基數(shù)減1為1，則-0101101的反碼是111111-0101101=1010010;十進制計數(shù)制中，基數(shù)是10，基數(shù)減1為9，則-0543的反碼是9999-0543=9456。對于正數(shù)，二進制反碼的表示式和原碼相同；對于負數(shù)，其二進制反碼表示式是將二進制數(shù)值表示式中的0改為1，1改為0，再冠以負號1.例如00101110的反碼仍為00101110;10101110的反碼為11010001。