科普第21篇——日期时间补遗及计算机的时间

国际日期变更线
根据时区的定义，我们知道，地球上肯定有一个时区处于0点（我们这里只说整点的时间），其东边的时区是上一天的日期，其西边的时区是下一天的日期。当这个0点的时区绕地球一圈（这里需要点想象）之后再次回到起点的时候，日期就要加一了。那么这个“起点”在什么地方呢？一般来说定在0度经线的地方最好理解，但是因为0度经线跨过很多陆地，所以为了方便，这条线其实是定在180度经线上，而且为了绕过经线上一些国家（因为一个国家一般是统一时区的），实际上国际日期变更线是条折线。
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但这条线对我们日常计时毫无影响，因为到了0点日期肯定要加一，那么这条线存在的意义何在呢？
其实这条线是为环球旅行者制定的。看过《八十天环游地球》的都知道结局：主角们由于自西向东饶了地球一圈，所以他们计算的天数比出发地的多了一天，因此虽然实际用时是超过了80天，但仍然赢得了赌局。国际日期变更线的作用就在这里：当自西向东穿过变更线时，日期要减少一天，当自东向西穿过变更线时，日期要增加一天。


干支
在时间里，我们提到了稍微提到了以下干支，这里再详细地说一说吧。
所谓干支，就是“天干地支”。
天干有十个：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸
地支有十二个：子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥
将天干和地支组合起来，就是干支了。
但由于组合时，天干和地支都要增加，比如甲子，下一个是乙丑，而不是甲丑或乙子，所以实际组合出来的干支是60个，而不是120个。这就是“六十一甲子”。
把地支和十二种动物对应，就是我们说的十二生肖了
前面说过，年月日时都可以用干支来表示，就是所谓的“八字”，比如我现在写这篇文章的时间2011年10月14日凌晨1点多，就是辛卯年戊戌月壬寅日辛丑时，用十二生肖来说就是兔年狗月虎日牛时了。俗语里的“猴年马月”就是这么来的。


星期的英文表示的来历
上次我们讲了我国古代星期表示日月火水木金土曜日的由来，拉丁语系的星期表示方法也和这几颗星球有关，这次我们就将讲英文的表示的由来吧。英语里的表示方法是和北欧神话有关的，而这些说法是来自于盎格鲁-撒克孙人（日耳曼民族的几支，移居到不列颠之后通称盎格鲁-撒克孙人，著名的亚瑟王传说就是抵抗盎格鲁-撒克孙人的入侵，英语正是由他们的语言起源的）。
星期日：Sunday，一看就明白了，是和太阳有关的
星期一：Monday，这个也应该比较容易看出来，是与月亮有关的
星期二：Tuesday，来源于北欧神话的战神提尔（Tyr，或译泰尔）
星期三：Wednesday，来源于北欧神话的众神之父奥丁（Woden，也有写作Odin的）
星期四：Thursday，来源于北欧神话的雷神托尔（Thor，或译索尔，著名的雷神之锤就是他的）
星期五：Friday，来源于爱与美的女神，奥丁的妻子弗丽嘉（Frigg，或译弗丽格）
星期六：Saturday，这个有点特殊，不是来源于北欧神话，而是和拉丁语一样，来源于土星（Saturn）


计算机上的时间
我们计算机都有时间的功能，那么这个时间是怎么来的呢？

首先，需要产生基本的时间基准。换句话说，计算机需要知道一秒是多长。这就需要一个元件——石英晶体振荡器，简称晶振。晶振是利用石英晶体的压电效应来产生振荡频率的。
所谓压电效应，就是指当对介质施加电场时，介质会发生形变；当电场移除后，介质形变恢复时又会产生电场（或者对介质施加一个外力时会产生电场），是一种机械能和电能相互转换的现象。
总之晶振就是用来产生振荡频率的了。比如一颗晶振的频率是12MHz，那么可以计算出振荡12M（12,000,000）次的时间就是1秒。

但是，这只是产生了时间的基准，还需要另外一些电路，来记住时间，并且随着时间基准来增加时间。不管是晶振还是用来计时的电路都需要耗电，所以我们可以看到主板上有一颗纽扣电池（当然这颗电池除了给时间电路供电还有给其他的电路供电），当电池没电或取下之后，开机时的时间就不对了，即使我们调整了正确的时间，在关机之后还是会清除。

至于软件里的时间表示，有的程序语言有专门的时间类型（比如Visual Basic，大部分的数据库也有专门的时间类型，而Java之类的面向对象的语言也有时间的类），有的则没有（比如C）。在没有专门时间类型的语言里，通常用整数类型来表示时间。

可以用多个整数来分别表示年月日时分秒。不过今天我们要说一种用一个整数来表示的方式——UNIX时间戳。
看名字就可以知道，UNIX时间戳是UNIX系统开始采用的。

UNIX时间戳表示为1970年1月1日0时0分0秒（UTC）开始计算的秒数，不考虑闰秒。
比如我现在获取的时间2011年10月14日01时51分30秒的UNIX时间戳就是1318528290。

虽然叫做UNIX时间戳，不过现在很多编程语言都支持它，包括微软的.NET架构。
我们浏览网页时经常接触到的cookie的超时过期，采用的就是UNIX时间戳。比如我要设置一个cookie保存一年（比如家族的登录信息），那么我就要获取当前的时间戳并加上31536000（365天的秒数）作为cookie的超时过期时间。


网络时间协议NTP（Network Time Protocol）
如果时间不对了，我们自然要对时。用电视台或广播来对时自然可以，不过考虑到电视和广播在转播过程中的延时（你一定遇到过这种情况——两个不同的台在播放的新闻联播不同步），这种方法并不精确。

其实我们的系统都有内置对时的服务，与时间服务器同步来对时，打开日期与时间属性就能看到了。
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这个就是通过NTP协议来对时的，NTP协议返回的就是UNIX时间戳，然后再根据时区设置加减计算一下，就能得到当前的时间了。

具体NTP的原理就不说了，也不是这篇文章的重点，这里就告诉大家，中科院国家授时中心的域名是ntp.time.ac.cn（或者IP地址：210.72.145.44），填入上图所示的“服务器”的地方就行了。


千年虫
也就是2000年问题。这个现在虽然已经很少提到了，但是当年还是得到了很大关注。不过当年国内的媒体过分夸大了，有的媒体甚至把这个说成是病毒，那就纯粹是无稽之谈了。
由于这个问题得到很大的关注，所以最终并没有引起严重的问题。

所谓千年虫，是指在过去计算机存储容量还很小的时候，年只用两位来表示，于是2000年会表示为00年，对于一些依赖日期的应用可能会出现计算错误。不过，这是早就已经提出并解决的问题了。比如是用上面的UNIX时间戳就不会遇到这个问题。

但与此问题相似的是，UNIX时间戳会遇到2038年问题，因为现在一般整数都是32位的，表示的正数范围的最大值是2147483647，而这个数字的UNIX时间戳表示的是2038年1月19日3时14分7秒，在此之后就可能出错。当然，解决方法也很简单——改用64位整数就行了。

不过在大家不太关注的2010年，却确实地发生问题了，澳大利亚的银行、Window Mobile系统、赛门铁克的软件都受到了影响。2009年12月31日23时59分59秒之后不是2010年1月1日0时0分0秒，而是跳到2016年1月1日0时0分0秒了。
那么2010年问题又是怎么发生的呢？虽然是题外话，不过还是要说说整数在计算机里的表示。
在科普第3篇和第11篇我们都提到了把十进制整数转换成二进制数来表示的方法。其实十进制数在计算机中还有其他表示方法，这就是BCD码（Binary-Coded Decimal，二进制编码十进制数），用四位二进制数来表示一位十进制数，两位十进制数就要用八位二进制数来表示，三位十进制数就要用12位二进制数来表示（而如果是将十进制数转换成二进制数来表示的话，12位二进制数可以表示0～4096的无符号数或-2048～2047的有符号数）。
而其中一种应用较多的表示方法就是8421码。也就是说四位二进制数的高位到低位分别对应着8、4、2、1。0000表示0，0001表示1，0010表示2，0011表示3，0100表示4，0101表示5，0110表示6，0111表示7，1000表示8，1001表示9。可见8421码的四位二进制数所表示的大小和一位十进制数的大小是一样的，但是最大的就是1001，在往上1010就是非法编码了。因此653的十进制数用8421码表示是0110 0101 0011（而转换成二进制数是0010 1000 1101，为了方便对比在前面补了0）。
2010年问题就是出在这8421码上，2010年的末两位10的8421编码是0001 0000，而程序由于编写时的不严谨，把这个数当作二进制数而不是8421码处理了，而0001 0000换算成十进制数正是16。

不过说到底，不管是2000年问题，还是2010年问题，亦或是2038年问题，都是出在人身上的，计算机是没有错的，计算机只是忠实地执行人们编写的程序而已。但是人不是十全十美的，难免会出错，所以关键地不是怎么样去避免问题发生（当然，不是说就可以放任问题出现），而是在发现问题之后能够合理地解决。

这次又说了好多，算了，就到这里吧，下次估计会开始讲酝酿了很久的网络了。


==========之前的文章==========
科普第1篇——计算机色彩
科普第1篇补遗——CSS颜色
科普第2篇——光盘
科普第3篇——2、8、10、16
科普第4篇——电池
科普第5篇——浏览器
科普第6篇——字符编码
科普第7篇——加密解密
科普第8篇——移动通信技术
科普第9篇——为什么32位CPU不能支持大于4GB内存？
科普第10篇——智能手机简介
科普第11篇——14.52-14.49=0.0299999？
科普第12篇——为什么HTTPS会更安全？
科普第13篇——计算机语言
科普第14篇——字体（上）
科普第15篇——字体（中）
科普第16篇——字体（下）
科普第17篇——域名解析
科普第17篇补遗——域名
科普第18篇——虚拟内存
科普第19篇——时间
科普第20篇——日期

科普番外篇1——虽然没用但了解一下也很有趣的知识

话说，PHP里面的时间函数貌似默认不是北京时间？

于是双系统的正在纠结时区问题中- -

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感觉很难懂的说~

大扣你上知天文下晓地理，古今中外无所不知了。

没想到一个时间显示都有那么多讲究。。0 0
没拆过电脑呢~也没看过那颗小纽扣~

本面包师之前听说2038年问题还是看命运石之门引申出来的呢

据说只要把纽扣电池取下重装过，开机密码就也会无效，这也是因为时间的关系？