计算机是怎样跑起来的
date
Feb 3, 2022
slug
how-know-computed-run
status
Published
tags
原理
summary
从硬件上来看, 可以说计算机是执行 输入->运算->输出 三种操作的机器。
type
Post
第一章 计算机的三大原则
问答:
- 硬件和软件的区别是什么?
- 硬件指的是看得见摸得着的设备,软甲是计算机所执行的程序,即指令和数据。
- 储存字符串 “中国” 需要几个字节?
- 在 GBK(汉字编码字符集)字符编码下,需要4个字节,在UTF-8(万国码)字符编码下需要6个字节。
- 什么是编码?
- 通常将为了便于计算机处理而经过数字化处理的信息称作编码。
- 计算机内部会把所有的信息都当成数字来处理。
计算机的三个根本性基础
- 计算机是执行
输入->运算->输出
的机器。
- 程序是指令和数据的集合(指令+数据=程序)。
- 计算机的处理方式有时与人们的思维习惯不同。
输入->运算->输出是硬件的基础
从硬件上来看, 可以说计算机是执行 输入->运算->输出 三种操作的机器
- 计算机的硬件由大量的IC(集成电路)组成。
- 每块IC上都带有许多引脚,这些引脚有的用于输出、有的用于输入。
- IC会在对外部输入的信息进行运算,并把运算结果输出到外部。
- 无论多复杂的功能,都是通过组合一个有一个由输入->运算->输出构成的流程单位实现的。
拓展:
- 芯片是“集成电路”的俗称。
- 集成电路分别有模拟和数字。
- 模拟+数字=数模混合集成电路。
- CPU(中央处理器)= 运算器 + 控制器,CPU是数字芯片,只是众多芯片的一类。
软件是指令和数据的集合
- 所谓指令,就是控制计算机进行输入、运算、输出的命令。
- 程序中的数据分为俩类:
- 作为指令执行对象的输入数据。
- 从指令的执行结果得到的输出数据。
- 在一般的编程过程中,都要先编译再执行。
- 无论是那个程序,其内容都是数值的罗列,每个数值要么是指令,要么是数据。
- 对计算机来说什么都是数字
第二章 试着制造一台计算机
在 IC 家族当中有各种各异的 IC, 但这里只需要记住三种:CPU、内存、I/O
- CPU: 计算机的大脑,在其内部可对数据执行运算并控制内存和I/O。
- 内存: 用于存储指令和数据。
- I/O: 负责把硬件设备和主机连接在一起,实现数据的输入输出。
晶振:一种利用石英晶体的 压电效应 产生高精度震荡频率的电子元件。
只要用电路把CPU、内存以及I/O上的引脚相互连接起来,再为CPU提供时钟信号,硬件上的计算机就组装起来了。
所谓时钟信号就是由含 晶振的, 被称作时钟发生器的元件发出的滴答滴答的电信号。
计算机单位 (1)
名称
单位换算
8 bit
1024B
1024 KB
1024 MB
1024 GB
...
问答
- Hz是表示什么单位?
- Hz(赫兹)是频率的单位。
- 频率单位的换算是10的几次幂
- 内存单位的换算是2的几次幂
- 通常用Hz来表示驱动CPU运转时钟信号的频率。
- 一秒发出一次时钟信号就是1Hz。
- Z80 CPU是多少比特(bit)的CPU?
- 是8比特的CPU。
- CPU上的数据 总线 的条数或者CPU内部参与运算的寄存器的容量,都可以作为衡量CPU性能的比特数。
- 总线(Bus):
- 指计算机组件间交换数据的方式,即以一种通用的方式为各组件提供
数据传送和控制逻辑
。 - 这些线路在同一时间内都能负责传输一个比特。
- 因此,必须同时采用多条线路才能发送更多数据,而总线可同时传输的数据数就称为宽度,
- 以比特为大内,总线宽度越大,传输性能就越佳。
- 总线的带宽(即单位时间内可以传输的总数据数)为:总线带宽=频率*宽度(bytes/sec)
制作微型计算机所必需的元件(下图3)
- CPU:计算机的大脑,负责解释、执行程序
- 内存:负责存储程序和数据
- I/O:负责将计算机和外部设备连接在一起
- 辅助元件:
- 时钟信号:(下图1)
- 这种电信号就好像有一个时钟,滴答滴答的每隔一定时间就变换一次电压的高低
- 时钟信号的频率可以衡量CPU的运转速度
- 通过指拨开关输入一个简单的程序(下图2)
- 电阻:电阻是用于阻碍电流流动、降低电压值的元件,电阻的单位是Ω(欧姆)
- 电容:是存储电荷的元件,衡量存储电荷能力的单位是F(法拉)
- 5V(伏特)的直流电源是必不可少的
- 开关式稳压电源:将220V的交流电变成5V的直流电