Como um computador determina o tipo de dados de um byte?

Por exemplo, se o computador 10111100armazenou em um byte específico de RAM, como o computador sabe interpretar esse byte como um número inteiro, caractere ASCII ou algo mais? Os dados de tipo são armazenados em um byte adjacente? (Eu não acho que seria esse o caso, pois isso resultaria no uso do dobro da quantidade de espaço para um byte.)

Suspeito que talvez um computador nem saiba o tipo de dados, que apenas o programa que o utiliza saiba. Meu palpite é que, como a RAM é R AM e, portanto, não é lida seqüencialmente, um programa específico diz à CPU para buscar as informações de um endereço específico e o programa define como tratá-las. Isso parece se encaixar com coisas de programação, como a necessidade de conversão de tipo.

Estou no caminho certo?

Sua suspeita está correta. A CPU não se importa com a semântica dos seus dados. Às vezes, porém, faz diferença. Por exemplo, algumas operações aritméticas produzem resultados diferentes quando os argumentos são semanticamente assinados ou não assinados. Nesse caso, você precisa informar à CPU qual interpretação você pretendeu.

Cabe ao programador entender seus dados. A CPU apenas obedece às ordens, alegremente inconscientes de seus significados ou objetivos.

Como outros já responderam, as CPUs comuns de hoje não sabem o que uma determinada posição de memória contém; o software decide.

No entanto, existem outras possibilidades. As máquinas Lisp, por exemplo, usavam uma arquitetura marcada que armazenava o tipo de cada posição de memória; dessa maneira, o próprio hardware poderia fazer parte do trabalho de linguagens de alto nível.

E mesmo agora, acho que você pode considerar o bit NX na Intel, AMD, ARM e outras arquiteturas como seguindo o mesmo princípio: distinguir no nível do hardware se uma determinada zona de memória contém dados ou instruções.

Além disso, apenas para ser completo, nas arquiteturas de Harvard (como alguns microcontroladores), os dados e as instruções são fisicamente separados, para que a CPU tenha alguma idéia do que está lendo.

Nesta pergunta do Quora, há alguns comentários sobre como a memória marcada funcionou, suas implicações e queda de desempenho e muito mais.

Sim. O programa apenas obtém um byte da memória e pode interpretá-lo como quiser.

Não há anotações de tipo.
A RAM armazena dados puros e o programa define o que fazer.

Com os registros de CPU é um pouco mais difícil, se você tiver registros de um determinado tipo (como FPU), será informado o que está dentro.
Operações em registros de ponto flutuante estão explicitamente usando dados digitados. Você ou seu compilador diz o que e quando deve ser colocado lá, para que você não tenha essa liberdade.
O computador não faz nenhuma suposição sobre os dados subjacentes na RAM e, nos registros com uma exceção, os registros na CPU são do tipo conhecido, otimizados para lidar com isso. Isso é apenas para mostrar que há lugares em que os dados devem ser do tipo esperado, mas nada impede que você projete seqüências de caracteres para flutuações e multiplique-as.

Nas linguagens de programação, você especifica o tipo ou, nas linguagens de nível superior, os dados são gerais e o compilador / intérprete / VM codifica o que há dentro da sobrecarga.
Por exemplo, em C, seu tipo de ponteiro diz o que fazer com os dados, como acessá-los.

Claro que você pode ler string (caracteres) e então tratar como valores de ponto flutuante, números inteiros e misturá-los.

A CPU não se importa, ele executa o código de montagem, que apenas move os dados, muda, adiciona ou multiplica os dados ...

Tipos de dados são um conceito de linguagem de nível superior: em C ou C ++, é necessário especificar tipos para cada dado que você manipula; o compilador C / C ++ cuida da transformação desses dados nos comandos certos para a CPU processar (os compiladores escrevem o código do assembly)

Em algumas linguagens de nível ainda mais alto, Types pode ser inferido: em Python ou Javascript, por exemplo, não é necessário especificar tipos de dados, mas os dados têm um tipo e você não pode adicionar uma string com um número inteiro, mas pode adicionar um float com um número inteiro: o 'compilador' (que no caso do Javascript é um compilador JIT (Just in Time). O Javascript é frequentemente chamado de linguagem 'interpretada' porque os navegadores historicamente interpretavam o código Javascript, mas atualmente os mecanismos Javascript são compiladores.

Código, sempre acaba sendo compilado no código da máquina, mas obviamente o formato do código da máquina depende da máquina que você está alvejando (o código x86 de 64 bits não funcionará em uma máquina x86 de 32 bits ou em um processador ARM, por exemplo)

Portanto, há muitas camadas envolvidas na execução de código interpretado.

Java e C # são outros interessantes, pois o código Java ou C # é tecnicamente 'compilado' em um binário Java (bytecode), mas esse código é interpretado pelo Java Runtime, que é específico ao hardware subjacente (é necessário instalar o JRE visando a máquina certa para executar binários Java (Jars))

Os tipos de dados não são um recurso de hardware. A CPU conhece alguns (bem, muitos) comandos diferentes. Esses são chamados de conjunto de instruções de uma CPU.

Um dos mais conhecidos é o conjunto de instruções x86 . Se você pesquisar "multiplicar" nesta página, obterá 50 resultados. MULPDe MULSDpara a multiplicação de duplas, FIMULpara multiplicação inteira, ...

Esses comandos funcionam em registradores. Registradores são slots de memória que podem conter um número fixo de bits (geralmente 32 ou 64, dependendo da arquitetura que sua CPU usa), independentemente do que esses bits representem. Portanto, a instrução CPU interpreta os valores dos registradores de uma maneira diferente, mas os próprios valores não têm tipos.

Um exemplo foi dado no PyCon 2017 por Stuart Williams :

... que um programa em particular diz à CPU para buscar as informações de um endereço específico e o programa define como tratá-las.

Exatamente. Mas a RAM não é lida "sequencialmente" e significa Memória de acesso aleatório, que é exatamente o oposto.

Além de saber o que um byte é , você nem sei se é um byte , ou um fragmento de um item de maior, como um número de ponto flutuante.

Eu gostaria de acrescentar outras respostas, dando alguns exemplos específicos.

Considere 01000001. O programa pode copiá-lo de um lugar para outro como parte de uma grande parcela de dados, sem levar em consideração seu significado. Mas copiar isso para o endereço usado pelo buffer de vídeo em modo de texto fará com que a letra Aseja exibida em alguma posição na tela. A mesma ação exata quando a placa está no modo de gráficos CGA exibirá um pixel vermelho e um pixel azul.

Em um registro, poderia ser o número 65 como um número inteiro. Fazer aritmética para definir o bit de 32 pode significar algo sem contexto, mas pode estar especificamente alterando uma letra para minúscula.

A CPU 8086 (ainda) possui instruções especiais chamadas DAA ^※ que são usadas quando o registro contém 2 dígitos decimais; portanto, se você acabou de usar essa instrução, está interpretando como dois dígitos 41.

Os programas falham porque uma palavra de memória é lida, pensando que é um ponteiro quando algo foi armazenado lá.

Usando um depurador, inspecionando a memória, um mapa é usado para orientar a interpretação para exibição. Sem essas informações de símbolo, um depurador de baixo nível permite especificar: mostrar este endereço como palavras de 16 bits, mostrar esse endereço como ponto flutuante longo, como seqüências de caracteres ... o que for. Olhando para um despejo de pacotes de rede ou um formato de arquivo desconhecido, intrigá-lo é um desafio.

Essa é uma fonte importante de poder e flexibilidade na arquitetura moderna dos computadores: uma célula de memória pode significar qualquer coisa , dados ou instrução, implícita apenas no que "significa" para o programa, pelo que faz com o valor e como isso afeta as operações subseqüentes. o significado é mais profundo que a largura do número inteiro: esses caracteres são ... caracteres em ascii ou ebcdic? Formando palavras em inglês ou códigos de produto SQU? O endereço para o qual enviar ou o endereço de retorno de onde veio? A interpretação nível mais baixo (bits lógicos; integer-like, assinado ou não assinado; flutuador; BCD; ponteiro) é contextual no nível de instrução de conjunto, mas você vê que é tudo o contexto em algum nível: o deendereço é o que é devido à localização impressa no envelope. É contextual às regras do carteiro, não da CPU. O contexto é um grande continuum, com bits em uma extremidade.

※ Nota de rodapé: a instrução DAA é codificada como um byte 00100111. Portanto, esse byte é a instrução acima mencionada, se lida no fluxo de instruções, e os dígitos, 27se interpretados como dígitos bcd, e 0x27 = 39 como um número inteiro, que é o número 9 em ASCII e parte da tabela de interrupção (metade da INT 13 Endereço de 2 bytes, usado para rotinas de serviço do BIOS).

A única maneira pela qual o computador sabe que um local de memória é uma instrução é que um registro para fins especiais chamado ponteiro de instruções os aponte para um ponto ou outro. Se o ponteiro da instrução apontar para uma palavra da memória, ele será carregado como uma instrução. Fora isso, o computador não tem como saber a diferença entre programas e outros tipos de dados.