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计算机最基本的工作原理是-计算机基本工作原理

别整那些虚头巴脑的学术定义,直接上干货。计算机世界就像个庞大的、不按信号流向想的开关。人看电脑,往往盯着显示器上亮的一坨光,却忘了这光是如何被“喂”进去的。别当作那是电流在屏幕里跳舞,那忒渺小了,实际是电子在芯片里像触电似的跳起舞蹈。 想象一下你手里的旧式拨号电话。按下那个红色的按钮,线路里就通了。
这时候电子在铜线里的移动叫做“传输”,是个被动过程。但计算机彻底是另一套玩法。
你看 CPU 那台所谓的“大脑”,它是个电老虎。当你按下键盘的空白键时,你的手指头捏住空气,但电脑屏幕上却凭空生出了两个字符,要么一个红色的感叹号。
这个动作叫啥?叫“耦合”。计算机压根儿不讲“传输”,它只谈“耦合”。所有的输入信号,要么被锁进寄存器里当记忆用,要么被扔进加法器里去加减。
这就好比你去超市买东西,你拿着一张百元钞票,商家不问你拿来了啥,直接把钱收进收银口,还得另算商品价值。计算机就是这记帐的。它不在乎你拿的是现金还是支票,也不在乎你手里是不是只有一张,只要数值对,它就能吐出结局。 再说说内存,也就是我们常说的 RAM。
这东西是计算机的临时仓库。你打开浏览器,输入一个网址,浏览器立马就把这个网址扔进内存,这时候内存就像个澡堂,你能够随时进去泡澡,洗完澡出来,里面的故事还在,但你只能看到刚刚泡澡时那滩水渍,再也记不清里面到底是哪位走的。等浏览器关掉,要么你刷新页面,内存就像个垃圾场,所有临时泡澡的故事全被清空。
这就是为啥你会认定电脑重启后,刚刚的网页直接消亡,就像你从澡堂出来,发现刚刚泡的澡,根本不存有。CPU 处理完一个任务,务必立马把结局存到硬盘,然后再从硬盘把数据读出来,这时候硬盘就成了个仓库,你能够把东西搬进去,也能够搬出来,但硬盘里装的是文件,内存里装的是一个个“瞬间的念头”。
要是没有这个“仓库”机制,整个数据处理系统瞬间就会断电瘫痪,就像你刚搬进一个房间,门一关,房间里的东西就全没了。 再说外存,硬盘、U 盘、光盘这些。它们算是计算机的“老家”。你在家里囤货,要么在图书馆借书,都是把这些东西搬回去。计算机的工作,实际上就是在家里整理这些“老家”的东西。当你把照片发给自己,那是把数据从内存搬运到硬盘,这时候数据被“搬运”了。当你从电脑里打开一个文档,数据又被“搬运”回了内存,这时候文档的内容又回来了。
这就像你从超市买了一堆货,拿着袋子回家,然后去办公室把货物放回货架。超市是内存,办公室是硬盘,而连接这两者的快递员,就是 CPU 的总线。
这些总线是啥?就是那些电缆和转接器。它们的功能就是把电脑里的东西,像传送带一样,从办公室(硬盘)送到超市(内存),再送到你的家(显示器)。
要是这些传送带断了,要么卡住了,整个城市的美食供应系统就瘫痪了,你的工作、你的生活、你的娱乐,所有的视频、音乐、游戏画面,全完蛋。 这里有个数据量级的概念,一般/平平人可能不懂,但咱们得说。
你想想,你手机里存的那些照片,大约有几万张。每一张照片里,像素点成千上万亿个。
要是要把这几十万张照片全体搬回内存,搬回硬盘,那得需求多大的一块砖头。假设每个像素占一格,光是存这几万张照片,硬盘的容量起码得是目前的 100 多倍。
为啥我们不用如此大的空间?出于硬盘读起来忒慢了。你写个文档,得反复读写,要是每次都要调动几十兆就连几百兆的数据,那电脑就得慢得像蜗牛。
故此,我们创造了“缓存”这个概念。
这就好比你去图书馆,你不想看书,只想看看几页摘要。你拿本书来,但只读前几页,中间那些页你不用。电脑里的缓存,就是类似这个,它把最常用、最热乎的数据先存下来。当你需求那几页摘要时,它直接拿出来。
这样,你既能快速处理数据,又不浪费硬盘空间。 实际上,计算机就是不断在“搬”和“存”之间找平衡。它不可能把一切都搬进内存,出于那忒占地方;它也不可能彻底不存,那样数据就没了。
故此,它得有个“中转站”,也就是内存。内存里存着“最近用过的”、“正在处理的”、“随时能念的”。而硬盘里存着“挺久那会儿的”、“务必要保留的”、“赶明儿能用的”。当你删除一个文件,实际上就是把这块硬盘里的数据,从内存里“搬”了出来,扔到了硬盘的另一块区域。
要是你把内存里的文件全删了,硬盘里那局部文件也就“空”了,你会感觉像是把图书馆的书全丢进了垃圾桶,那赶明儿你再去图书馆,那些书就不归于你了。 再聊聊数据的形式。你在屏幕上看到的红字、蓝字、白色的字符,实际上都是"1"和"0"。
这是二进制,计算机最底层的语言。二进制就像你背的电话号码,要么是你数数用的。
一、
二、三……逢十进一,但在计算机眼里,一个开关开就是 1,关就是 0。所有的加法、所有的乘法、所有的逻辑判断,实际上就是对这些开关进行组合。
比如加法,就是算出要开多少个开关,要么关多少个开关。加减都是如此。
要是两个开关都是 1,加起来就是 10,也就是十。
这就像你有两个一样大的苹果,你拿过来,再拿一个,凑成三个。计算机的逻辑就是这样好办的。 还有,数据的流向。
那会儿我们说数据是“从左到右”处理的。目前我们知道,数据实际上是一场“追逐”。
比如你打字,按下空格键,数据从键盘跑过来。
这时候,键盘和显示器之间,通过屏幕的像素点,把数据“追”到了屏幕上。屏幕上的像素点,要是我们看清楚了,就会发现它们之间是有间距的。
这就是一个汉字。但这个汉字在计算机眼里,实际上是一个点。你数数,一个汉字,一个字,就是一个点。
故此,计算机处理汉字,实际上就是处理点。你没办法看到汉字,但你看到的那个红点,就是那个点。
这就像你看到一个人,你只看到了他的影子,但你知道他的轮廓。数据就是这些轮廓的集合。 最终,谈谈存。硬盘是静态的存,一旦通电,数据就在那儿了。就像你放在地上的砖头,明天你再来,那砖头还在。而内存是动态的,断电就忘。就像你放在桌面上的便签,明天一收,便签就没了。计算机的工作,就是把动态和静态结合起来。当你输入数据时,数据先被“抓”进内存,变成动态的,然后被“写”进硬盘,变成静态的。当你调用函数,这静态的数据又被“叫”回内存,瞬间变成动态的操作。
这个过程,就是计算机的“工作流”。 故此,最底层的计算机,就是一个“搬运工”。它负责把数据从键盘搬到显示器,从硬盘搬到内存,从内存搬到 CPU,从 CPU 搬到硬盘。它不在乎数据有没有意义,只在乎数据能不能跑得快,能不能存得下。当你看到屏幕上闪烁的符号,那是数据在奔跑;当你看到光标移动,那是数据在思索。
这些闪烁和思索,都是电子在电路里跳动的结局。
没有电子的跳跃,没有电流的流动,没有开关的转换,计算机这把照妖镜就亮不起来,我们也看不到它。它就是个好办的搬运工,把电搬进电,把电搬出电,好办得像个开关。
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