《计算机是怎样跑起来的》——读书笔记

1.计算机的三大原则

输入、运算、输出、指令、数据、计算机的处理方式、计算机不断进化的原因

  • 在GBK编码下,一个汉字占用2个字节。而在UTF-8字符编码下,一个汉字占用3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,尽管有些信息本来不是数字。
由于表示字符的数字是“字符编码”,用于表示颜色的数字是“颜色编码”。

计算机的三个根本性基础

从大约50年前的第一代计算机到现在,计算机并没有发生什么本质性的改变

  • 计算机是执行输入、运算、输出的机器
    • 输入、运算、输出是硬件的基础
    • 计算机的硬件由大量的IC组成(集成电路,Integrated Circuit),每块IC上都带有许多引脚,这些引脚有的用于输入,有的用于输出。IC会在其内部对外部输入的信息进行运算并把运(计)算结果输出到外部
    • 计算机就是一台简单的机器,因为它只能做这三件事,但是,输入、运算、输出三者必须成套出现,缺一不可
  • 程序是指令和数据的集合
    • 程序其实非常简单,只不过是指令和数据的集合
    • 无论程序多么高深、多么复杂,其内容也都是指令和数据。指令就是控制计算机进行输入、运算、输出的命令
  • 计算机的处理方式有时与人们的思维习惯不同(计算机的处理方式往往不符合人们的思维习惯)
    • 对计算机来说什么都是数字,用数字表示所有信息,这就是一个很具有代表性的计算机式的处理方法,这一点也正是和人类的思维习惯最不一样的地方

2.试着制造一台计算机吧

CPU是计算机的大脑,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负责把键盘、鼠标、显示器等周边设备和主机连接在一起,实现数据的输入域输出。

只要用电路把CPU、内存以及I/O上的引脚互相连接起来,为每块IC提供电源,再为CPU提供施工信号,硬件上的计算机就组装起来了。
所谓时钟信号,就是由内含晶振的、被称作时钟发生器的元件发出的滴答滴答的电信号。
CPU必须有时钟信号才能工作,因为时钟信号用来同步CPU中各种门电路,可以认为时钟脉冲来一下,CPU就动一下。而时钟脉冲的存在就是给一个时钟周期让各种门电路完成运算(其实就是一个一个电容的充电放电的转换,但这个转换也需要时间,因为是电容状态的变化)。但CPU动一下不见得就能执行完一条指令,实际上需要动很多下才能执行完一条指令。

CPU上数据总线的条数(带宽),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