Данному образовательному сайту пришлось несколько раз менять свое имя. С 2011 года доступ к нему обеспечивается по URL
http://educomp.runnet.ru

emc.km.ru (2001-2007) ==> educomp.org.ru (2007-2011) ==> educomp.runnet.ru (2011-...)
Более подробно об истории сайта можно прочитать здесь.


Учебные модели компьютера



Модели (software):

"Е14" (parallel !!!)

Модели (hardware):






Награды сайта
Награды сайта

Что означает термин "Big Endian"?

Память компьютера имеет байтовую организацию, а каждый байт имеет свой номер - адрес. Одного байта чаще всего недостаточно для хранения какой-либо информации (например, согласно старым стандартам под целое число требовалось 2 байта; в современных компьютерах часто необходимы большие значения, поэтому целое число может занимает 4 или даже 8 байт!) Следовательно надо иметь возможность сохранять информацию в нескольких соседних байтах.

Чтобы расположить информацию в нескольких байтах, можно выбрать один из двух способов.

picture
A. Байт с наибольшей значащей частью ("big-end", в исходном числе он находится слева) сохраняется в память по наименьшему адресу (на рисунке это N). Такой способ принято называть "big-endian" - по-русски говорят "обратное размещение байтов". Попутно заметим, что байт наибольшей значимой частью в компьютерной литературе часто обозначают MSB (Most Significant Byte). B. Байт с наибольшей значащей частью (слева) сохраняется в память по наибольшему адресу (на рисунке это N+3). Следовательно первым, наоборот, сохраняется байт с наименьшей значащей частью ("little-end", в исходном числе находится справа). Такой способ принято называть "little-endian" - по-русски говорят "прямое размещение байтов".

P.S. По правде говоря, ни в одной из имеющихся у меня книг термины "прямой/обратный порядок" не разъясняются. Мне казалось, что когда в любой программе при отображении содержимого памяти части числа хранятся "задом наперед", вряд ли это будет названо "прямой порядок".

Это называется прямой порядок...

Ан нет, неправ оказался! Это прямой порядок. Видимо, так назвали математики: для них нумерация битов естественнее справа налево (и это действительно удобнее для всех формул!), стало быть (по аналогии) когда младший байт имеет меньший номер - это более нормально, чем наоборот. Тогда получается, что в IBM PC прямой порядок байтов.

Из описанного выше следует, что различие состоит в том, "с какого конца" (end) необходимо начинать сохранять многобайтовое данное. Вот отсюда-то и происходит сам образный термин. Он был предложен в одной из статей, посвященной рассматриваемому вопросу со ссылкой на книгу Джонатана Свифта "Приключения Гулливера". Как Вы, наверно, помните, в Лилипутии ради обсуждения проблемы с какого конца - тупого или острого (по-английски "big side" или "little side") разбивать яйцо были созданы две непримиримые политические партии. Во многом компьютерные дебаты по обсуждению big-/little-endian выгдядят аналогично.

Можно, правда, аргументировать, что "little-endian"-архитектура удобнее по следующему соображению. При этом способе представления целое число, занимающее машинное слово с адресом n, и байт с тем же адресом содержат одно и то же значение (конечно, если оно не превышает 255). Напротив, в случае "big-endian" это не так: например, если целое число с адресом n содержит число 17, то старший байт с адресом n очевидным образом хранит 0; или если целое число имеет отрицательное значение -77, то для него байт с адресом n содержит отрицательное значение -1. При небрежном программировании это может стать источником ошибок.

С другой стороны, многие компьютерные протоколы исторически ориентируются на "big-endian", например, все протоколы сети Internet передают данные в этом формате. Поэтому на машинах с архитектурой "little-endian" приходится переставлять байты внутри слова перед отправкой IP-пакета в сеть и при получении IP-пакета из сети. По моему мнению, ни одна из архитектур не имеет бесспорных преимуществ.

Распространенные у нас компьютеры с Intel-совместимыми процессорами используют архитектуру "little-endian". Аналогичный способ использовался также в машинах PDP-11 и VAX. Таким образом, в нашей стране это наиболее известный метод хранения данных. Тем не менее существовали и до сих пор существуют "big-endian" компьютеры, например, IBM 370, Motorola 68000 (семейство компьютеров "Apple"), Sun Sparc и многие RISC-процессоры. А вот система PowerPC "понимает" сразу оба формата данных и ее иногда называют "bi-endian".

Оба рассмотренных подхода теоретически можно применить и к порядку сохранения битов внутри байта. По счастью, мне не удалось найти конкретных ссылок на системы с "little-endian" порядком битов. Возможно, это связано с тем, что все биты в байте начали использоваться одновременно, сразу, а данные от 8 до 64 разрядов наращивались постепенно, в том числе и разными путями.

Следует иметь ввиду, что существенным является не столько то, как компьютерная система хранит данные "внутри себя" (в конце концов это ее внутренне дело), а то, как она их сохраняет "снаружи" в файлах. Это с практической точки зрения гораздо важнее.

В качестве примера представим, что текст "UNIX" в качестве двух 2-байтовых слов сохранен "big-endian" системой. Тогда "little-endian" система по своим правилам расшифрует его как "NUXI", переставив буквы в каждом из машинных слов. Это недоразумение, также связанное с обсуждаемым вопросом, иногда называют "проблемой NUXI". Аналогичные трудности могут возникать при сохранении графических изображений, поскольку цвета в современных компьютерах также кодируются многобайтовыми числами. Так, например, файлы программы Adobe Photoshop и широко распространенный "фотографический" формат JPEG используют схему "big-endian", а не менее распространенные файлы GIF и BMP - "little-endian" (более подробный перечень файлов см., например, здесь).

В современном "внеплатформенном" (не предназначенном для какого-то конкретного компьютера) языке Java все данные также хранятся по способу "big-endian". А в языке ADA 95 программисту разрешается задавать режим хранения многобайтовых данных.

Я считаю, что для учебных моделей понятнее и нагляднее является метод "big-endian" (см. модели "Нейман" и MMIX).


Источники информации
  1. Нотон П., Шилдт Г. Полный справочник по Java. - К.: Диалектика, 1997. - 592 с. (см. стр.36)
  2. Бен-Ари М. Языки программирования. Практический сравнительный анализ. - М.: Мир, 2000. - 366 с. (см. стр.95)
  3. Костельцев А.В. BIG-ENDIAN & LITTLE-ENDIAN (на русском языке)
  4. Webopedia - Интернет-энциклопедия (на английском языке)
  5. Denis Howe. FOLDOC (Free On-Line Dictionary Of Computing) (на английском языке)
  6. William T. Verts. An Essay on Endian Order (на английском языке)
  7. Roedy Green. Big/Little Endian in Java (на английском языке)


© Е.А.Еремин, 2002. Обновление - 2008.


Автор сайта - Евгений Александрович Еремин (Пермский государственный педагогический университет). e_eremin@yahoo.com