• 基础教材系列:计算机底层知识点积累


    1、硬盘是怎么来存储数据的?

    硬盘是在硬质盘片(一般是铝合金,以前 IBM 也尝试过使用玻璃)上涂敷薄薄的一层铁磁性材料。硬盘储存数据的原理和盒式磁带类似,只不过盒式磁带上存储是模拟格式的音乐,而硬盘上存储的是数字格式的数据。写入时,磁头线圈上加电,在周围产生磁场,磁化其下的磁性材料;电流的方向不同,所以磁场的方向也不同,可以表示 0 和 1 的区别。读取时,磁头线圈切割磁场线产生感应电流,磁性材料的磁场方向不同,所以产生的感应电流方向也不同。
    不论是什么计算机文件,歌曲,视频,图片,文档等等都是以一个二进制的序列存在的,也就是很多个"10010001110011......"这样的东西,硬盘上的存储的文件实际上就是存储着这些0和1的序列.硬盘的磁头能够按照指令读取相应位置的信号,并且能够改变指定位置的磁场方向,这就是数据的读和写

    2、使用计算机能听懂的语言,来指挥它。 
    计算机能听懂什么?计算机能听懂0,1。但,底层的语言都是麻烦的,于是人类将语言不断封装成更高级的。 0,1→汇编→c→c++或java 
    计算机听懂了,接着怎么干活?对于计算机来说,要干的事只是一堆地址,这地址里放的,无非是指令和数据。那么,cpu角度来看,所有地址统一在逻辑地址里,被看作一个大的数据段,为了便于程序员理解,人们给段起了名字比如代码段存放代码、数据段存放数据、栈段存放栈的数据,汇编语言分别用cs、ds、ss来存放段地址,用ip、[bx]、sp来存放其偏移地址地址的概念再延伸,便有了堆、栈:
           栈是内存分配的地址空间,而堆是一些零散内存空间的混合。
      栈内存:由程序自动向操作系统申请分配以及回收,速度快,使用方便,但程序员无法控制。 若分配失败,则提示栈溢出错误。
      堆内存:程序员向操作系统申请一块内存,当系统收到程序的申请时,会遍历一个记录空闲内存地址的链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序。分配的速度较慢,地址不连续,容易碎片化。此外,由程序员申请,同时也必须由程序员负责销毁,否则则导致内存泄露
     
    c中申请堆的函数如malloc,释放free。对栈操作时,无限地push会导致溢出,无限的pop会导致越界。
    计算机怎么处理人的手动操作?键盘处理过程: BIOS提供了int9中断例程,用来进行基本的键盘输入处理。
     
    3、采用二进制数字系统的原因:
        1,抵抗噪声的影响
        2,二进制数字系统与逻辑系统关系密切:1 真、0 假
        3,二进制系统实现比较容易
    计算机线路现在用的是串联,而非并联。串联费时间省空间,并联费空间省时间,但随着时钟周期缩短,并联各线产生磁场影响周围线路信息传输,而串联不会。
    要处理各种电流的逻辑门,需要由mosfet晶体管组成的处理器,比如i7,有12亿个晶体管。
    总结:
        电:磁生电现象使人通过线圈切割磁感线发电,爱迪生发明直流电机(因为功率=电压*电流,所以不能远距离传输),特斯拉发明便交流电机,使电可以远距离传播。
        电路:通过或、且、非逻辑门,控制电流发送,并将电流以电伏数作区分(如高于2.5v代表1,低于2.5v代表0),规定基本时钟周期(比如串联,时钟周期为3,就能传递2的3次方——即8种数据,若时钟周期为32或64,那传递的数据内容便更多),以这种0、1二进制的形式传输数据,每个0或1就是一个位(bit),位是内存的最小单位,对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长,能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据,现在的64位操作系统, 就是cpu一次能传2的64次方种数据,数据种类这么多,但一次的长度是64个bit,8位等于一字节Byte,即8bit=1B,32位处理器每次最多处理 4Byte(32bit),同理,64位处理器每次最多处理 8Byte(64bit)。
     
    4、数字电路CPU,模拟电路GPU

    显卡是插在主板上的扩展槽里的(一般是PCI-E插槽,此前还有AGP、PCI、ISA等插槽)。

    它主要负责把主机向显示器发出的显示信号转化为一般电器信号,使得显示器能明白个人计算机在让它做什么。

    显卡主要由显卡主板、显示芯片、显示存储器、散热器(散热片、风扇)等部分组成。

    显卡的主要芯片叫“显示芯片”(Video chipset,也叫GPU或VPU,图形处理器或视觉处理器),是显卡的主要处理单元。GPU使显卡减少了对CPU的依赖,并进行部分原本CPU的工作,尤其是在3D图形处理时GPU所采用的核心技术如硬件T&L(几何转换和光照处理)。它的主要任务是对系统输入的视频信息进行构建和渲染。

    显卡上也有和计算机存储器相似的存储器,称为“显示存储器”,简称显存。显示缓冲存储器用来存储将要显示的图形信息以及保存图形运算的中间数据,显示缓存的大小和速度直接影响着主芯片性能的发挥。

    RAMD/A转换器把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号

    集成显卡的缺点是性能相对略低,且固化在主板或CPU上,本身无法更换,如果必须换,就只能换主板。
    独立显卡是指将显示芯片、显存及其相关电路单独做在一块电路板上,单独安装有显存,一般不占用系统内存,但系统功耗有所加大,发热量也较大。

    独立显卡实际分为两类,一类专门为游戏设计的娱乐显卡,一类则是用于绘图和3D渲染的专业显卡。

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