关于电脑是如何运行的
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发布时间：2022-04-23 10:14
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时间：2023-08-06 16:10
如果你想喝杯咖啡，你可以对服务小姐说：“小姐，来杯咖啡吧”。服务小姐听到就会想：哦，他要一杯咖啡，那我就赶紧去端吧。然后你就会喝到一杯热气腾腾的咖啡。你同样也可以对你的电脑说：电脑，来杯咖啡吧。电脑会怎么想呢？哦，天哪，咖啡？我该怎么办呀，干脆死机吧！然后呢，你不会有热气腾腾的咖啡，你还需要重新启动你的电脑。
事实上，电脑的思维方式和人是完全不一样的。在一般人看来，电脑是神奇的，但事实上电脑却有些傻气，如果你不命令它去做些什么的话，它就会老老实实地呆在那里，可以呆上一千年、一万年，反正我是没有这份耐心，要是没事，我就去玩游戏了……电脑也不具备创造性，我们可以做出史无前例的创举，比如开着汽车在黄河两岸间跳过来跳过去，但是电脑不会，电脑就像一位老夫子，它做的每件事都是有规可循、有据可查的。但是电脑的记性却好得出奇，既快速又准确，大家也许记得《三国演义》里面的张松，他看了一遍《孟德新书》，就能背下来，并且一字不差，每看到这里，总疑心张松怀里就揣了一部笔记本电脑。我始终不认为电脑是什么神奇的东西，如果你了解了电脑是怎么工作的，你也会这样认为，电脑就是一个工具。
一、如何处理输入设备信息
电脑能够处理的只有数字信号，但是外界的信息是各种各样的，比如声音、颜色、气味等，类似这样的信息是如何被电脑接收的呢？我们人是通过眼睛、耳朵这样的器官，电脑则是通过输入设备。电脑的输入设备有很多种，我们比较常用的有键盘、鼠标，还有麦克风、摄像头、扫描仪、手写板等等。虽然都是输入设备，但是它们的区别还是很大的。早期的计算机，由于其处理能力和电子技术的*，它的输入设备也都是数字化的，象我们现在还在使用的键盘就是这样的，我们看看手头的键盘，就可以发现，上面只有按键，对于一个按键来说，我们能够进行的操作就是按下或者不按下，键盘电路能够产生的状态就只有两种，显然这属于数字信号的范畴。计算机对于数字信号处理起来非常方便，但是对于我们人类来说是比较麻烦的，比如我们中国人要从键盘输入汉字，就不是一件容易的事情，要记住按键的组合，还要敲击若干次按键，才能完成一个汉字的输入。实际上，自然界中的信息大部分都是模拟的，输入设备要想把这些模拟的信息传递给电脑，并且能让电脑看的清楚、听的明白，就需要对信号进行转换，这种转换过程称为A/D转换（模拟/数字转换），A/D转换的过程都是有专用的芯片来完成的，不过现在通常这个电路都集成在声卡的主芯片里面了。显然，模拟信号对我们更方便、更快捷，比如我们可以通过麦克风进行语音输入，这比键盘要快的多。
现在我们来看看键盘的原理。 当你用手指头随便按一下键盘的任何一个键，比如“A”键，什么感觉呢？好像是按一个开关一样，是的，这就是一个开关，实际上键盘上的所有按键（除了Shift、Ctrl、Alt）就是一个矩阵开关阵列，这种矩阵就像是电影院里面的座位一样，一行一行，一列一列。先想想你到了电影院里面是怎么找到自己的座位的，这就需要看看电影票，如果是3排8座，就先找到3排再来找8座，就可以找到自己的座位。键盘上的每个键在这个矩阵中都有自己的座位，也是通过像3排8座这样的坐标来确定它的位置的。
按下某个按键就会使按键两端所连接的行和列导通，这样，两条线上的电平（也就是电压）就会一样。那么电脑是怎么知道你按下的是哪个键呢？是一个一个找吗？那可太麻烦了。PC键盘是通过一个单片机来完成这个查找过程的，单片机可被看作简单化和微型化的计算机，它内部可写入程序来完成一定的功能，通常使用40脚的8035、8048等型号的单片机。它有32个I/O口，所谓I/O口就是一个可以输出电信号，也可以接收电信号的端口，从这些I/O口引出导线，互相交叉，就可形成矩阵，在这些交叉点接上开关，可以控制交叉点连通还是不连通，这就是开关矩阵。32个I/O口最多可以组成16×16的矩阵（就是16条线作为行，16条线作为列，它们交叉后有256个交叉点），也就是说最多可接256个按键，实际上不需要那么多，我们通常使用的键盘是104键，用16×8的矩阵就可以了。单片机是通过行扫描的方式来检测按键的，它通过I/O口向第一行送低电平（就是一个0V的电压信号），其它行则保持高电平（就是一个＋5V的电压信号），然后逐个检测每一列的I/O口，看哪一个是低电平，完成后，再向第二行送低电平，再检测各个列，一直到最后一行，然后再从头开始。很显然，当你按下某个键时，假设是第3行、第8列，那么这个键所连接的第3行和第8列将导通，也就是说，如果第3行为高电平，第8列也变为高电平，如果第3行为低电平，第8列也变为低电平。这时如果单片机向第3行送低电平的话，第8列也会变成低电平，单片机一旦检测到第8列处于低电平，就可确定第3行第8列的那个键被按下了，“第3行、第8列”（这像不像电影票），不过在专业领域它被称为扫描码（SCAN CODE），它反映了按键的行列位置。有按键按下，单片机会向电脑主机报告，剩下的工作就由主机接管了。总之，键盘部分是非常忙碌的，每当你打开电脑，键盘部分的单片机初始化过后，就开始不停地进行扫描，如果扫描到一个低电平，就向主机发送一个数据。不论你是否敲击键盘，键盘都在周而复始地重复自己的工作。 键盘和主机之间是通过5芯的接插件连接的。这些连线用于传输电源、地、数据、时钟等信号。很显然，电源和地线是主机用于向键盘内的电路供电的，这样键盘内的电路才能工作。时钟信号则起到同步作用，它更像是1/2拍舞曲中的鼓点，跳舞的人根据有节奏的鼓点来移动自己的脚步。
键盘的处理因为是完全数字化的，所以没有特别的地方，声卡就不同了，它处理的是模拟信号，我们来看看模拟信号的处理过程有何不同。声卡一般都有一个MIC IN接口，就是麦克风输入，这种接口输入的是模拟的声音信号，电路上首先是通过麦克风采集声音信号，比如我们的说话声，然后对信号进行放大，使信号足够强，然后对信号进行A/D转换，转换成数字信号后，就可以方便的传送和处理了。其它的输入设备如果采集到的数据是模拟的话，都会进行A/D转换后才能在电脑内部传送和处理。
上面我们讲到了输入设备对数字信号的处理过程和对模拟信号的处理过程。其它输入设备的工作基本原理也是类似的，对于数字信号，输入设备只需完成对信号的检测、采集，然后把它传送到电脑主机即可；对于模拟信号，则需要A/D转换电路。所以，当你拿到一块带视频输入的显卡，可以肯定显卡是带A/D转换的。
电脑通过各种各样的输入设备来采集外界的信息。正是有了这些设备，电脑可以听见我们讲话，看见我们的笑脸，明白我们的命令。而这就是电脑与我们交流所必需的第一个条件。
//注1 模拟信号和数字信号有着很大的区别。模拟信号是用连续变化的数值来表示要说明的信息；数字信号是用有限个“0”和“1”的代码来表示信息中某一个字符，当很多字符组合起来时，才能表达完整的信息。
二、电脑主机如何处理信息
电脑的所有数据都是由CPU来完成控制和处理的，CPU就是*处理器，它拥有强大的数据处理功能，在电脑的主板上，它占据着核心的位置，主板可以说是专门为它服务的。主板为CPU延伸出了各式各样的标准接口，这些接口可以扩展出不同的设备，这就大大丰富了CPU处理数据的范围。
在主机中，各种信号都需要送到CPU进行处理，处理完的数据还要输出到输出设备，这些输入、输出设备需要统一进行管理。不同的设备有着不同的数据总线，数据的传输速度也不尽相同，这也需要统一进行管理控制。看来，在CPU和这些设备之间是需要一座桥梁来沟通的，这就是主板所要完成的主要功能。这座桥梁就是芯片组，通常来说分为南桥芯片和北桥芯片，这两个芯片是主板的主要构成，主板的主要功能实际上就是这两个芯片的功能，这也是我们通常用芯片组来划分主板类别的缘故。
在主板上，离CPU较近的那个芯片就是北桥，也叫做主桥。CPU通过CPU总线与北桥芯片相连，它与外界的数据交换都是通过北桥芯片来完成的。北桥芯片作为CPU和其它设备之间的一个桥梁，一方面要处理和CPU的数据交换，另外还要完成对内存、AGP设备的管理.
它通过CPU总线与CPU相连，这一部分可决定对CPU的外频的支持，例如66M或100M，还决定了是否支持双CPU。
它通过内存接口与内存相连，内存控制器部分决定了主板对内存种类、内存工作频率、内存容量等的支持
它通过AGP接口与AGP设备的连接，这部分决定了对AGP版本、AGP频率的支持
实际上，主板的许多性能参数都是由北桥芯片决定的。
芯片组除了北桥芯片，就是南桥芯片了。南桥芯片主要负责和外部输入输出设备之间的数据交换，它和北桥芯片通过PCI总线进行连接，这样北桥芯片和南桥芯片配合起来就完成了CPU和这么多设备之间的数据交换。南桥芯片管理着ISA、IDE、USB、键盘、鼠标等接口，所以象是否支持UDMA66、对USB版本的支持等特性是由南桥芯片决定的。
那么南北桥芯片怎么来管理这些设备呢？为了说明这个问题，我们现在以北桥和内存之间的关系来说明这个问题。我们知道，内存的读写需要一定的时序，并且内存需要不断进行刷新以保持数据，对于这些特殊的要求，在北桥芯片中的有一个专门的内存控制器来完成对内存的控制。这样当CPU需要对内存进行操作时，就不需要管这么多了，只要送数据和取数据就行了。相类似的是，其它的设备在工作时，在时序、信号控制等方面都会有一些特殊的需求，而且各不相同，这就需要各自的专门的控制器去进行控制。我们可以从南北桥芯片的资料中了解到，它们内部都有一些专门的控制器，它们通过这些控制器来控制相应的设备。 //注：内存刷新：内存属于动态存储器，数据读出后内存中的信息就丢失了，需要立即重新写入，以保持数据存在。
笼统地说，电脑的工作过程是这样的：各地方的数据“0”和“1”送到CPU，这些信号可以是从外界采集来的，如从声卡输入的声音数据、从键盘过来的信号等；也可以是在存储介质上存储的数据，如硬盘上的数据、光盘上的数据等。通过主板上的南桥北桥这样的中介，送到CPU，CPU对它们进行处理。最后再北桥南桥送出去，送到声卡去，我们就可以听到声音；送到显卡，我们就可以看到图像；也可以送到硬盘存储起来。
三、如何处理输出设备信息
大脑对数据处理的最终结果是要通过各种输出设备表现出来的。但是电脑直接输出的数据属于数字信号，而这些数字信号往往要转换为我们能听到、看到的模拟的声音信号或视频信号，所以这也需要一个数字到模拟的转换过程，这和输入时是正好相反的。
最常见的输出设备就是显示器，下面我们来看看电脑输出的数字信号是怎么显示出来的。
有了一个数据，要把它显示出来，那就要用到显示器，但是CPU直接把数据给显示器，显示器是显示不出来的。因为通常的CRT显示器可以接收的数据是模拟量，但CPU处理后的待显示数据是数字的，这就需要进行转换，显卡就是来完成这个工作的。不过现在的显卡自己也有计算功能（比如3D处理），这里就不解释了。可以说，显卡是电脑与显示器之间的一座桥梁.
CPU将要显示的数据送到显卡的显存，显卡的控制芯片从显存中取出数据进行处理，然后送到DAC而不是直接输出，这是因为处理完的数据是不能直接用于显示的。由于我们现在通常使用的显示器只能接受模拟信号，而这些数据是数字化的，所以还要通过D/A转换器把它转换成模拟信号。D/A转换器就是我们常说的显卡的DAC，这种芯片能够完成数字信号到模拟信号的转换，它的转换速度就是我们通常说的多少兆/秒。由于对显示效果的追求（比如更高的分辨率、更高的颜色数、更高的刷新率），导致了显示数据量的急剧增大，为了在同样的时间或更短的时间内显示更大的数据量，就要求DAC的转换速度要更快，才来得及处理。经过转换后，DAC输出了一组模拟视频信号，它包括R（红色）、G（绿色）、B（蓝色）三个颜色信号。这三个信号加上显卡控制芯片输出的H（行同步）、V（场同步）等信号，它们通过15针的接插件送到显示器进行显示。
显示器是电脑最重要的一个输出设备，因为它能把电脑要表达的信息传递给我们。显示器能够向我们传递文字信息和图形信息。我们通常使用的显示器叫做CRT显示器，它的原理是这样的：当电子打在屏幕的荧光粉涂层上时，荧光粉就会发光，并且不是立即熄灭，而是持续一段时间后才消失。如果我们用一块一块的荧光粉一行行一列列的排列组成一个平面，然后用电子去轰击它们，让它们发光，那么我们就可以看到一个发光的平面，如果要显示图形或字符的话，就需要用许多电子去同时轰击组成图形或字符的多个点。但是组成一个图形的荧光粉点可能非常多，并且分布在不同位置上，我们不可能同时控制电子去轰击这么多不同的点，所以使用了扫描的方式，就是说我们用电子去轰击第一个点后，再去轰击第二个点，这样依次进行，直到最后一个点。由于荧光粉有持续发光的特性，只要我们扫描的速度足够快，当我们使最后一个点发光后，第一个点仍然在发光，我们只要继续从头开始一个一个来轰击这些点就可以了，这样循环的话，从眼睛的角度来看就是一个完整的图案，而不是依次发光的点。从美术的色彩原理可知，R（红色）、G（绿色）、B（蓝色）三种不同的颜色经过混合可产生任何一种颜色，所以把分别能发出红、绿、蓝的荧光粉点放在一起，当靠得很近的时候，如果我们控制三束电子去轰击它们，就会混合出不同颜色的光，这样就可以形成彩色的图像。那么电子是从哪里来的呢？在显示器中使用了一种器件叫做电子*，电子*通电后就会产生电子，彩色CRT显示器一般使用三个电子*，从而产生彩色，从显卡输出的R、G、B三个颜色信号就是用来控制这三个电子*的。但是电子要准确地轰击到某个点上，这就需要控制部分，从显卡输出的H（行同步）、V（场同步）信号相当于电子*的瞄准器，它们可以使电子*产生的电子扫描到准确的位置上。
除了显示器外，电脑还有其它各种各样的输出设备。这些设备可接受的信号同样也分为模拟信号和数字信号，如果外设可接受数字信号，比如打印机，电脑就可以通过并行接口直接把数据传送给它。有些设备像有源音箱，它只能接受模拟信号，那么电脑输出的数字音频信号就必须经过D/A转换器转换为模拟信号，声卡的D/A转换器和显卡的D/A转换器本质上是一样的，只是因应用地点不同而规格参数有所变化。市面上有种USB音箱是可以接受数字信号的，但并不是说它就不需要数字信号到模拟信号的转换，它只是把这部分转换电路从主机搬到了音箱里面而已。
前面我们曾提到一个例子，说服务小姐可以给我们端上一杯热气腾腾的咖啡，但是电脑不能做到。是的，目前的电脑只能让我们看看显示器上的咖啡图片来解眼馋。但是看了上面讲的，你应该明白一个道理，电脑之所以不能端咖啡，是因为它缺乏像我们人的手和脚这样的输出设备，如果以后我们能为电脑研制出像人的手和脚这样的输出设备，那么给你端咖啡的就不是服务小姐了。
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时间：2023-08-06 16:11
电子计算机所使用的是由"0"和"1"组成的二进制数，二进制是计算机的语言的基础。计算机发明之初，人们只能降贵纡尊，用计算机的语言去命令计算机干这干那，一句话，就是写出一串串由"0"和"1"组成的指令序列交由计算机执行，这种计算机能够认识的语言，就是机器语言。使用机器语言是十分痛苦的，特别是在程序有错需要修改时，更是如此。
因此程序就是一个个的二进制文件。一条机器语言成为一条指令。指令是不可分割的最小功能单元。而且，由于每台计算机的指令系统往往各不相同，所以，在一台计算机上执行的程序，要想在另一台计算机上执行，必须另编程序，造成了重复工作。但由于使用的是针对特定型号计算机的语言，故而运算效率是所有语言中最高的。机器语言，是第一代计算机语言。
为了减轻使用机器语言编程的痛苦，人们进行了一种有益的改进：用一些简洁的英文字母、符号串来替代一个特定的指令的二进制串，比如，用"ADD"代表加法，"MOV"代表数据传递等等，这样一来，人们很容易读懂并理解程序在干什么，纠错及维护都变得方便了，这种程序设计语言就称为汇编语言，即第二代计算机语言。然而计算机是不认识这些符号的，这就需要一个专门的程序，专门负责将这些符号翻译成二进制数的机器语言，这种翻译程序被称为汇编程序。
汇编语言同样十分依赖于机器硬件，移植性不好，但效率仍十分高，针对计算机特定硬件而编制的汇编语言程序，能准确发挥计算机硬件的功能和特长，程序精炼而质量高，所以至今仍是一种常用而强有力的软件开发工具。
参考资料：http://ke.baidu.com/view/246483.htm
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时间：2023-08-06 16:11
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时间：2023-08-06 16:12
1、二进制。
2、与非。
3、内存。
4、逻辑门。
5、加法器。
6、编码。
7、指令指针。
8、CPU。
解释
1、编码实际是表达数字符号的会话形式。
2、内存实际是通往房间楼梯。
3、指令指针实际是房间门牌。
4、CPU处理器实际是拥有多个房间的大楼。
5、二进制是一个步调长度度量单位。
6、逻辑门是一个步调时间度量单位。
7、更多逻辑门在公路上的交通标志。
a、AND逻辑门公路上红灯交通标志。
b、OR逻辑门公路上黄灯交通标志。
c、XOR逻辑门公路上绿灯交通标志。
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时间：2023-08-06 16:12
