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计算机可以计算出来的最大数字是什么?

2023-10-18 07:11| 来源: 网络整理| 查看: 265

与其说可以“计算出来”的数,不如直接考虑可以“表示出来”的数。表示是前提;有了表示,才可以对这样的数进一步操作。

能表示多少个数?

一个浅显的道理:任何表示出来的,都要对应储存中的数据。这个数据的编码,所以每一个数据只能获得(复原出)1个数。因此,设定好编码的规则之后,有多少种不同的可能的数据,就能表示出多少个不同的数。

那么,可能的数据又有多少种呢?一个bit意味着2种可能的数据,那么n个bit意味着2^n种可能的数据。如果根据编码规则,数的编码占用不超过n个比特的储存空间,那么可能表示的数就有至多2^n个。

字符型数据,占用1字节,即8 bit空间,可能表示的数至多2^8=256个。

短整形数,或者半精度数,占用2字节,即16 bit空间,可能表示的数至多2^{16}=65536个。

整形数,或者单精度数,占用4字节,即32 bit空间,可能表示的数至多2^{32}=4294967296个。

长整形数,或者双精度数,占用8字节,即64 bit空间,可能表示的数至多2^{64}=18446744073709551616个。

在这些“标准格式”的编码规则之外,还可以有多种多样的编码,它们用到的储存空间可以非常非常巨大——可以大到占满内存甚至所有可能的储存器。

一些32位系统最多可以支持4 GB大小的内存空间,如果把这些空间统统用上,最多可以表示2^{8\times10^9}个数。目前,全球数据总量以几十上百ZB为计。以125 ZB来算,如果把这些空间统统用上,最多可以表示2^{10^{24}}个数。数据存储的密度并不能无止境地增加。物理上,一定半径的空间内,使用一定质量的物质来制造存储器,其数据容量受到贝肯斯坦上限的限制。如果半径为r的空间内,使用总质能E来存储数据,那么最多能表示\exp\left(\frac{2\pi}{\hbar c}\cdot E\cdot r\right)个数。例如,以地球规模的存储器为基石,最多能表示10^{10^{75}}个数。又如,以可观测宇宙规模的存储器为基石,最多能表示10^{10^{123}}个数。这就是物理上的绝对极限了。

能表示多大的数?

这个问题除了受到第一个问题的影响,还与“你用什么方法来表示数”(也就是编码)密切相关。

定点数

定点数是最简单、最弱的表示方法。给定一个基准数值a,把数据n当作一个整数,乘上这个基准数值a,得到的n·a就是解码出来的数了。

也有一部分含符号的定点数,额外用1 bit的花销来表示数的符号,余下的比特(数据n)用来表示数的绝对值。

对于整形数,a=1。这样,“能表示多大的数”就大概等于“能表示多少个数”(含符号数要减半)。对于那些a



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