计算机组成原理学习笔记：Hello World

概述

• 我们现在生活在高度信息化的世界，我们每天都在使用电脑，手机等电子设备，这些都是计算机的范畴
• 计算机最底层是由硬件组成的，在硬件之上会架设操作系统，在操作系统之上我们会安装一些常用的软件
• 另外通过计算机网络, 所有的这些计算机之间实现了信息的互联互通，所以这就是我们现在生活的信息化世界的一个样子
• 计算机组成原理就是要研究我们这些计算机硬件在底层是怎么相互协调工作的

常见的一些硬件

• CPU: 性能如何，决定了我们玩游戏的时候, 计算处理的速度有多快
  • cpu上有很多金属针脚(用于接受电信号), 对应主板上有很多的凹槽
  • 风扇, 用于给cpu降温
• 内存: 运行内存越大，同时开多个应用程序会变得更加的流畅
  • 卡槽, 对应主板上内存条插槽
  • 金手指, 金黄色的导电触片, 金属针脚传递数据信息
• 硬盘: 存储容量和读写速度越大越好
  • 金手指，同内存
• 显卡：频率, 显存, 位宽等越大, 玩游戏的时候图像处理速度就越快
  • 风扇, 在高速计算中，需要降温
  • 金手指，同内存

硬件如何识别数据

• 场景
  • 用手机或照相机随手拍了一张照片在计算机或手机中打开美图秀秀开始修图
  • 这个过程就是计算机在对我们照片的数据进行运算和处理
  • 同理，所有的数据：视频，音乐，照片或是我们输入的文字
  • 这些东西在计算机上都是一些0101的二进制数
• 识别原理
  • 用两种电信号，分别是低电平和高电平来表示0和1这两种数
  • 那什么又是高电平低电平呢?
    • 低电平: 电压低的信号, 用二进制的0来标识
    • 高电平: 电压高的信号, 用二进制的1来标识
  • 当一串电流过来，有高电平有低电平，这时候就能区分二进制的信息了
• 传递数据的本质
  • 在计算机内部传递数据，其实就是用这种电信号来传递，我们可以把信号划分为高电平和低电平两种信号，分别对应二进制的0和1
  • 这就是计算机硬件识别这些二进制数据的一个原理
  • 在硬件上的金属针脚或金手指都是用来接收电信号(高低电平)的，很多针脚则意味着可以同时传递多个电信号
  • 也就是可以同时传递多个二进制数位，每个二进制数位我们称为1bit(比特)
  • 所以，这些针脚就是发送和接收二进制数据的通道

不同硬件之间如何交换二进制数据

• 通信媒介
  • 主板上的一条条线路，也就是主板的印刷电路
  • 这些线都是用于导电用的，可以理解为嵌在主板上的电线, 用于传递二进制的0和1
  • 传递二进制数据的本质之前也说过就是释放高电平和低电平

其他探索性问题

• 数字，文字，图像, 视频，压缩包等怎么用二进制来表示呢？
• CPU怎么对这些二进制的数据进行数学运算呢？
• 这些二进制数据怎么存储到内存，外存中呢？
• 如何在内存中取出自己想要的数据呢？
• 我们平时写的程序，是怎么被CPU识别和执行的呢?

总结

• 以上这些问题都会涉及到计算机底层硬件的知识
• 通过计算机组成原理的学习，我们会逐渐看清他们的本质，找到对应的答案