漫画计算机原理

Demon.Lee 2022年05月20日 1,941次浏览

今年五一放假期间,把这本书翻完了,本来当作消遣,没想到却有意外收获,必须总结整理一下:

1、计算机更习惯二进制,而不是十进制,因为电的开关,电压的高低,光的明暗等,都是两种状态,这样容易区分、容易表示。

2、用二进制表示文字,所以有了各种编码,如 ASCII 编码,unicode 编码等。

3、用二进制表示声音,需要将模拟信号(连续)转成数字信号(离散),先垂直切割得到采样,再水平切割,将不完整的数值(含有小数)进行量化,得到整数值。所以,电脑上的声音与原来的真实声音是有差距的,只是采样的越精细,差距越小。

4、用二进制表示图像,需要用到像素,即计算机里的图像是由很多“不同颜色的小方格”构成的。一个像素占用 1 个字节,那就意味着 8 bit 来区分颜色,即可以区分 256 种颜色,如果一个像素占用 3 字节的话,则可以区分 224 种颜色,这又称为全彩色图像。

5、半加器:用电路表示 1 位的加法运算,一个 AND 电路 和一个 XOR 电路组成。


6、全加器:用电路表示 2 位以上的加法运算,两个半加器和一个 OR 电路组成。


7、在香农的论文中,0 表示通电状态,1 表示断电状态。

8、电路开关的演进:继电器 --> 真空管(电子二极管)–> 真空管(电子三极管)–> 晶体管(半导体硅),速度越来越快,价格越来越低。

9、编程中给计算机执行的指令,也是由二进制数字编写而成,再转换成电信号后传达到计算机的“大脑”中。


10、CPU 中主要部分:

  • 运算器:进行计算。
  • 控制器:处理指令和数据(从外部接收指令和数据,向外部输出数据),给运算器发布指令。
  • 计时器:协调 CPU 内部多个功能装置运转,保证工作节奏不乱。
  • 寄存器:存放数据或指令的装置,比如控制器从外部接收的指令或数据要放到 这里,运算器对寄存器中的数据进行计算并把结果存放到这里,控制器将寄存器中的结果输出到外部等。
  • 寄存器除了存放“数据”外,还能显示工作状态,类似“公告栏”的功能。比如“指令计数器”显示下一项待执行指令编号,主要为了帮助控制器掌握指令的流程。


11、CPU 的外部设备:存储设备 + 输入/输出设备

  • 存储设备分为内存(主存储器)和外存(辅助存储设备),外存一般指硬盘,但种类很多,比如 SSD,CD,USB 存储器等。
  • 内存与外存的区别在于,内存断电后内容会消失,而外存不会。


12、内存既然断电会导致内容消失,那为何还需要这种设备呢,全部用外存不就行了? 因为速度。从外存中拿到的二进制信息,放到主存储器中时,已经转成电信号了,此时 CPU 能够直接读写,快速便捷。由此带来的弊端就是断电后的内容消失。而存放在外存的信息,使用磁力或光实现存储,用这些数据时,需要先转成电信号,因而读取或写入都比较费时。

13、编程的指令很多,但对于 CPU 来说只有以下几种指令:

  • 计算类:运算指令,各类数学运算,如加减乘除、sin/cos 等等。
  • I/O 类:数据传输指令,从存储读写数据,从输入输出设备读数据、写数据。
  • 跳转类:转移指令以及条件转移指令,在满足特定条件下跳转到新的当前程序执行位置、调用自定义的函数。

14、在计算机刚诞生时,人们用主存储器来存储数据,而程序则通过打孔卡手动输入,由此带来的问题是运算速度和读取程序的速度不匹配,读取程序的速度太慢了。冯·诺依曼提出了“主存储器同时输入程序和数据后执行”的构想,从而解决了速度不匹配的问题,后世便普遍认为冯·诺依曼“发明了计算机”。

15、图灵机:回答了什么是计算,这台机器能做到的事情就是计算,做不到的就不是计算。

“读写头”能读取多种“状态”,通过搭配“目前的状态”和“现在正从纸带读取的符号”,决定:
(1)将现在读取的符号转换成哪种符号;
(2)接下来向左移动还是向右移动;
(3)接下来移至哪种状态。