Порядок байтов

Порядок байтов в информатике — метод записи байтов многобайтовых чисел.

В общем случае, когда нужно компактно записать число, большее 255 (28 − 1 = 255 — максимальное целое число, записываемое одним байтом) необходимо использовать несколько байт. Число M факторизуется по основанию 256:

M = A_0\cdot 256^0+A_1\cdot 256^1+A_2\cdot 256^2+\dots+A_n\cdot 256^n

Набор чисел A_0,\dots,A_n и является последовательностью байт для записи.

Содержание

Варианты записи

Порядок от младшего к старшему

Порядок от младшего к старшему (англ. little-endian, о происхождении термина ниже): A_0,\dots,A_n, запись начинается с младшего и заканчивается старшим. Этот порядок записи принят в памяти персональных компьютеров с x86-процессорами, в связи с чем, иногда, его называют интеловский порядок байт (по названию фирмы-создателя архитектуры x86).

Порядок от старшего к младшему

Порядок от старшего к младшему (англ. big-endian): A_n,\dots,A_0, запись начинается со старшего и заканчивается младшим. Этот порядок является стандартным для протоколов TCP/IP, он используется в заголовках пакетов данных и во многих протоколах более высокого уровня, разработанных для использования поверх TCP/IP. Поэтому, порядок байтов от старшего к младшему часто называют сетевым порядком байтов (англ. network byte order). Этот порядок байт используется процессорами IBM 360/370/390, Motorola 68000, SPARC.

В этом же виде (но с факторизацией по основанию 10) записываются числа арабскими цифрами.

Переключаемый порядок

Многие процессоры могут работать и в порядке от младшего к старшему, и в обратном, такие как ARM, PowerPC (но не PowerPC 970), DEC Alpha, MIPS, PA-RISC и IA-64. Обычно порядок байтов выбирается программно во время инициализации операционной системы, но может быть выбран и аппаратно перемычками на материнской плате. В этом случае правильнее говорить о порядке байтов операционной системы. Переключаемый порядок байт иногда называют англ. bi-endian.

Смешанный порядок

Смешанный порядок байтов (англ. middle-endian) иногда используется при работе с числами, длина которых превышает машинное слово. Производится факторизация числа на машинные слова, которые записываются в формате, естественном для данной архитектуры, но сами слова записываются в обратном порядке.

Классический пример middle-endian — представление 4-байтных целых чисел на 16-битных процессорах семейства PDP-11 (известен как PDP-endian). Для представления двухбайтных значений использовался порядок big-endian, но четырёхбайтное двойное слово записывалось от младшего слова к старшему.

В процессорах VAX и ARM используется смешанное представление для длинных вещественных чисел.

Пример

Далее приведён пример, в котором описывается размещение 4-байтового числа в ОЗУ ЭВМ, доступ к которому может производиться как к 32-разрядному слову, так и побайтно.

Все числа записаны в шестнадцатиричной системе счисления.

Число: 0xA1B2C3D4 
 
Факторизация                                  :   D4 + C3*100 + B2*10000 + A1*1000000
 
Порядок от младшего к старшему (litte-endian) :   0xD4, 0xC3, 0xB2, 0xA1
 
Порядок от старшего к младшему  (big-endian)  :   0xA1, 0xB2, 0xC3, 0xD4
 
Порядок, принятый в PDP-11      (PDP-endian)  :   0xB2, 0xA1, 0xD4, 0xC3

Сравнение

Существенным достоинством little-endian по сравнению с big-endian порядком записи считается возможность «неявной типизации» при чтении меньшего объёма байт (при условии, что читаемое число помещается в диапазон). Так, если в ячейке памяти содержится число 0x00000022, то прочитав его как int16 (два байта) мы получим число 0x0022, прочитав один байт — число 0x22. Обратно, считается что у little-endian, по сравнению с big-endian есть «неочевидность» значения байтов памяти при отладке (последовательность байт (33,44,55,12) на самом деле значит 0x12554433, для big-endian эта последовательность (33,44,55,12) читалась бы «естественным» для арабской записи чисел образом: 0x33445512). Наименее удобным в работе считается middle-endian формат записи; он сохранился только на старых платформах.

Проблемы совместимости

Запись многобайтового числа из памяти компьютера в файл или передача по сети требует соблюдения соглашений о том, какой из байтов является старшим, а какой младшим. Прямая запись ячеек памяти приводит в возможным проблемам при переносе приложения с платформы на платформу.

Определение порядка байтов

Порядок байтов в конкретной машине можно определить с помощью программы на языке Си (testendian.c):

#include <stdio.h>
 
unsigned short x = 1; /* 0x0001 */
 
int main(void)
{
  printf("%s\n", *((unsigned char *) &x) == 0 ? "big-endian" : "little-endian");
  return 0;
}

Результаты запуска на big-endian машине (SPARC)

$ cat /proc/cpuinfo | grep ^cpu
cpu             : TI UltraSparc IIi
$ gcc -o testendian testendian.c 
$ ./testendian 
big-endian 

Результаты запуска на little-endian машине (x86)

$ cat /proc/cpuinfo | grep '^model name'
model name      : Intel(R) Pentium(R) 4 CPU 2.66GHz
$ gcc -o testendian testendian.c 
$ ./testendian 
little-endian

Интересные факты

  • Термины big-endian и little-endian первоначально не имели отношения к информатике. В сатирическом произведении Джонатана Свифта «Путешествия Гулливера» описываются вымышленные государства Лилипутия и Блефуску, в течение многих лет ведущие между собой войны из-за разногласия по поводу того, с какого конца следует разбивать варёные яйца. Тех, кто считает, что их нужно разбивать с тупого конца, в произведении называют «Big-endians» («тупоконечники»). Споры между сторонниками big-endian и little-endian в информатике также часто носят характер «религиозных войн».

Источники

  • Описание сетевого порядка байтов, функций htons(), htonl(), ntohs(), ntohl() [1]
  • Описание порядка байтов [2]
  • Описание порядка байтов [3]

См. также

Эта статья входит в число хороших статей русского раздела Википедии.
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home