1990～2000年计算机的变化_前端面试题及答案2023

        本章介绍时间戳，时间戳的定义、时间戳问题、危机详细分析、计算机2038年要面临的问题、代码模拟以及回顾2000年千年虫危机。

目录

1.  时间戳的定义

2.  时间戳危机

3.  详细分析

4.  代码演示

5.  解决办法

6.  前例-2000年千年虫

7.  结尾

1.  时间戳的定义

        时间戳，定义为从经度0°的英国格林尼治1970年1月1日0时0分0秒起算，到现在所经过的秒数。因为中国在东八区，比格林尼治早8个小时，当格林尼治0点时，中国已经是8点了，所以对于中国地区，时间戳就是从北京时间1970年1月1日8时0分0秒起算，到现在所经过的秒数。时间戳的定义解决了计算机无法计算时间的问题。

2.  时间戳危机

        在60年代，但是计算机存储器的成本很高，普遍采用了32位的存储器，许多设备和程序都使用32位存储器，至今，正是现在所说的电脑内核32位64位。随着1997年 “千年虫” 的的警钟拉起，人们逐渐意识到位数的不足导致的众多问题。

        时间戳是有 “耗尽” 的一天的，按照32位的时间戳存储结构，它能正确表示的秒数最大为（2的31次方，第一位是符号位），即到英国格林尼治时间 2038年1月19日03:14:07秒，也就是北京时间 2038年1月19日11:14:07秒。届时所有32位的设备和32位的程序都会受到严重的影响。

3.  详细分析

        这个问题的出现是由C语言引起的，而C语言为python的母语。在C语言中，用time_t （整数int型）来表示日期和时间，它以32位数据进行存储，其中最高位为符号位（0表示正数，1表示负数），剩余的31位用来存储数字，所以32位仅能表示2的31次方=秒，对于时间戳，一旦超过秒，即英国格林尼治时间 2038年1月19日03:14:07秒，计算机时间便出现问题。

        对于32位计算机，一旦超过0后，最高位进一，便变成负数。由于负数的表示为补码，就是用其正数进行取反（除最高位）再+1。反过来，知道一个负二进制数，求其十进制数如上图。

        当溢出后继续增加，该负数也会越来越大，如-继续加就变成-。得到此数后，我们在溢出界点对前后的变化进行分析：

        计算机时间存储溢出后，时间便 “倒流” 回中国1970年1月1日8时0分1秒的秒前，即1901/12/13 20:45:52。如果32位一直用下去，那么计算机里时间的历程为①→②→①→②反复循环。但是不可能一直用下去，因为其时间紊乱而得不到解决，注定退役。

4.  代码演示

        用代码模拟32位计算机面临的问题。由于datetime.datetime.fromtimestamp()不能传入负数，所以无法模拟 “时光倒流” 的情况，这里以该函数的报错来表示 “时光倒流”。

        把前后5个数转为二进制，发现前的为31为，因为最高位为0，所以不显示，把<最高位补回来：

        补回来后，可以观察到前的最高位（第32位）为0，而及后面的最高位（第32位）为1。最高位为0表示正数，1表示负数。

        把该二进制转回十进制，此时，小于的数为正数，而大于的数则为负数。把该数传到时间函数去模拟2038年32位计算机危机。最终代码为：

import datetime for i in range(-5,+5): print(i) # 时间戳 er = str(bin(i)).replace('0b','') # 时间戳转为二进制，判断32位二进制最高是0还是1 if len(er) == 31: er = f'0{er}' print(er) # 如果二进制是31位，那给它还原最高位0 wei_32 = int(er,2) print(wei_32) # 长度是31证明最高位0，正数，直接把二进制转十进制 ti = datetime.datetime.fromtimestamp(wei_32) # 十进制的时间戳 输出时间 print(ti) print('-'*50) else: print(er) # 它长度为32，那最高位是1，那它（32位）表示的是负数 wei_32 = -int(er,2) print(wei_32) ti = datetime.datetime.fromtimestamp(wei_32) # 负数传该函数这会报错 print(ti) print('-' * 50)

        当时间戳达到或者超过后，32位存储器表示的就是负数，结果正如我们所预料的，计算机开始出现危机。而表现在32位计算机的是 “时光倒流” ，所有关于时间的问题都会出现，如出租车计价，股票开盘，网上银行，铁路等系统。

        图中也可以看到，32位计算机的时间戳最大只能表示到北京时间2038年1月19日11时14分07秒，也就是格林尼治时间2038年1月19日03时14分07秒。

5.  解决办法

        及时对32位设备及程序进行退役，普及64位，用64位数字来表示它。64位的二进制数实际可用位数是63位，最大表示到公历的UTC时间292,277,026,596年12月4日15时30分08秒。如果那个时候人类还存在的话，公元纪年很可能已经因为太难用而被抛弃了。

        对于服务器和最新电脑，已经换成了64系统操作系统，2038年时间戳的问题将不复存在。而对于嵌入式设备来说，现在还有大量32位系统在全球各地运行，谁也无法保证这些系统在2038年之前就能光荣退役。另外对于64位操作系统，上面还会运行着32位的应用程序，它的2038年问题一样对人们造成威胁，不可小视。（来自百度百科-2038年问题）

        现在我们的电脑基本都是64位了，但不排除上面还会运行着32位的应用程序。千年虫问题的解决只用了2年，我们面临2038年问题还有15年，相信科学家会找到完美过渡32位64位的方法，也希望2038年计算机危机能顺利渡过。

6.  前例-2000年千年虫

        千年虫，又称 “计算机2000年问题”，缩写 “Y2K”。某些60年代的存储器成本问题，计算机程序的智能系统的年份只使用两位十进制数来表示，因此系统涉及跨世纪的日期处理时，就回出现错误，引起各种系统功能紊乱、崩溃。千年虫可以认为是一种人为的bug，所使用的位数不足导致的，而非病毒。

        到1997年，信息界开始拉起了 “千年虫” 警钟。严重到各国政府出面，投入数以亿计的财政，全力解决 “千年虫” 问题。新年前一天，取得了令人可观的结果。但该来的还是会来，广州某公司电脑接二连三故障，向软件公司求助时发现已经100多家公司的数据库瘫痪；北京市计算机2000年问题办公室3天内接到十几个求助电话；在1999年12月31日23：59分打了3分钟的电话，电话局的账单却显示为（-100年+3分钟）……陆陆续续，2010年，2016年小规模再度现身，给经济造成巨大损失。（来自百度百科-千年虫-2000年计算机问题）

7.  结尾

        感兴趣的朋友可以去查查自己的电脑操作系统是多少位吧！右击 “我的电脑” – “属性” ，查看 “系统类型” 。我的是 “64位操作系统，基于x64的处理器 ”。

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