給你講個來自《格列佛遊記》的計算機故事

01-26

今天這篇文章，想跟大家分享一個計算機科學（PLC編程）的基礎知識：即數據在內存中的存放序列（位元組序）的問題。沒看明白？詳細說明下：我們知道，「位」（bit）是計算機數據存儲的最小單位，八個「位」組成一個位元組（Byte），兩個位元組組成一個「字」（Word），其中一個位元組為該「字」的低位元組，另一個位元組為該「字」的高位元組。

好了，現在問題來了：當我們把一個整數（比如十六進位數：0x0384）存放到一個「字」里的時候，可以有兩種存放方法：一種方法可以把「0x03」存放到低位元組，把「0x84」存放到高位元組；另一種方法正好相反：可以把「0x03」存放到高位元組，把「0x84」存放到低位元組。

應該使用哪種存放方式呢？這個問題，曾經在計算機科學界引起巨大的爭論。1980年，英國計算機科學家丹尼·科恩（Danny Cohen）發表了一篇題為「在聖戰中祈求和平（On Holy Wars and a Plea for Peace）」（註：北島李工譯）的論文。丹尼·科恩在論文中引述了英國作家喬納森·斯威夫特（Jonathan Swift）於1726出版的一部長篇諷刺小說：格列佛遊記（Gulliver"s Travels）中的一個故事。故事中小人國的臣民為水煮蛋應該是從大的一端（Big-End）剝開還是小的一端（Little-End）剝開而爭論不休。主張從大的一端（Big-End）把水煮蛋剝開的人被稱為Big-Endian（大端），主張從小的一端（Little-End）把水煮蛋剝開的人被稱為Little-Endian（小端）。

丹尼·科恩在論文中用這個故事進行類比，並提出了最高權重位（Most Significant Bit，MSB）和最低權重位（Least Significant Bit，LSB）的概念。

所謂「最高權重位（MSB）」，是指二進位數制中，位數最大的位。所謂「最低權重位（LSB）」，是指二進位數制中，位數最小的位。比如二進位數：1101，最左邊的「1」，能代表「2」的「3」次方；從左數第二個「1」，能代表「2」的「2」次方；而最右邊的「1」，代表「2」的「0」次方。可見最左邊的「1」權重最高，所以該位就是「最高權重位（MSB）」，最右邊的「1」權重最低，所以該位就是「最低權重位（LSB）」。

把「最高權重位（MSB）」存放到低位元組，把「最低權重位（LSB）」存放到高位元組，這種位元組序，稱為「大端（Big-Endian）」位元組序；相反，把「最低權重位（LSB）」存放到低位元組，把「最高權重位（MSB）」存放到高位元組，這種位元組序，稱為「小端（Little-Endian）」位元組序。

比如：要把十六進位數0x01020304，存放到起始地址為0x100的地方。按照大端（Big-Endina）位元組序存放的方式，會把0x01存放到起始地址0x100中，把0x04存放到地址0x103中；而如果按照小端（Little-Endian）位元組序方式存放，會把0x01存放到地址0x103中，把0x04存放到地址0x100中，如下圖：

英特爾X86的微處理器使用的小端（Little-Endian）位元組序，ARM系列單片機使用的是大端（Big-Endian）位元組序。西門子S7系列PLC使用大端（Big-Endian）存放方式，比如：給DB801.DBW510賦值W#16#0384(即：0x0384），在線監控發現DB801.DBB510的值為0x03，DB801.DBB511的值為0x84，可見存放方式為大端（Big-Endian）位元組序。

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