知识串讲-第一篇
2025-11-01 06:36:37
发布于：浙江
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知识串讲-第一篇
内容包括：计算机系统、计算机存储（一）、进制
废话不多说，直接开始！
计算机系统分为硬件和软件。
按照冯·诺依曼[1]计算机体系体系结构，计算机硬件应由这五部分构成，分别是运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备。
运算器和控制器统称为中央处理器（CPU）
1. 运算器
负责执行算术运算（如加减乘除）和逻辑运算（如与、或、非），是对数据进行加工处理的核心部件，通常与控制器集成在中央处理器（CPU）中。
2. 控制器
硬件系统的 “指挥中心”，能从存储器中读取指令并解析，按顺序协调运算器、存储器、输入 / 输出设备的工作，确保整个系统按指令流程有序运行。
3. 存储器
存储器是计算机存储程序和数据的核心硬件，是输入、运算、输出的关键桥梁，其速度、容量、成本直接影响计算机效率。它基于冯・诺依曼 “存储程序” 思想，它需暂存或长期保存指令与数据，供控制器、运算器调用，且按存储特性、速度、用途分为多类，共同构成层次化存储体系。
( 1 ) Cache（高速缓冲存储器）
速度最快（接近CPU，如 L3 Cache速度达数TB/s）、容量最小（主流CPU为16-64MB）、成本最高，仅暂存CPU近期高频使用的指令和数据，解决CPU与内存的速度差，断电后数据丢失 （挥发性）。
( 2 ) 主存储器（内存）
主流为DDR4/DDR5，速度中等（DDR5约50-100GB/s）、容量适中（家用机16-64GB），存放当前运行的系统、应用及临时数据，断电后数据丢失 （挥发性），是连接 Cache 与外存的关键。
( 3 ) 外存储器（外存）
速度最慢（如HDD约100-200MB/s、NVMe SSD约3-7GB/s）、容量最大（HDD达20TB、SSD达16TB）、成本最低，存放系统镜像、文件、软件等，断电后数据保留（非挥发性），常见类型有SSD、HDD、U 盘等。
按速度排序：Cache > 主存储器 > 外存储器（背它! ! !）
按容量排序：Cache < 主存储器 < 外存储器（背它! ! !）
4. 输入设备
负责将外部信息（如文字、图像、指令等）转换为计算机能识别的电信号并输入系统，常见设备有键盘、鼠标、扫描仪、麦克风、摄像头等。
5. 输出设备
将计算机处理后的结果（如文字、图像、声音等）从电信号形式转换为人类可感知的形式输出，常见设备有显示器、打印机、音箱、投影仪等。
计算机软件系统又分为系统软件和应用软件。
1. 系统软件负责管理和控制计算机硬件，为应用软件提供运行环境，用户通常不直接操作它。
- 核心作用：协调硬件资源，如 CPU、内存、硬盘等，确保计算机系统稳定、高效地运行。
- 主要类型：
( 1 ) 操作系统（OS）
最核心的系统软件，如 Windows、macOS、Linux。它是用户与硬件之间的 “桥梁”，管理文件、启动程序等。
( 2 ) 语言处理程序
将程序员编写的代码（如 C、Python）翻译成计算机能识别的机器语言，包括编译器、解释器等。
( 3 ) 系统辅助工具
维护系统正常运行的工具，如磁盘清理软件、杀毒软件（底层驱动部分）、系统备份工具等。
2. 应用软件基于系统软件运行，专门为满足用户的某类具体需求而设计，用户可直接操作使用。
- 核心作用：针对特定场景提供功能，如办公、娱乐、设计、学习等，是用户使用计算机的直接目的。
- 主要类型：
( 1 ) 办公软件
处理文档、数据和演示，如 Microsoft Office（Word、Excel、PPT）、WPS Office。
( 2 ) 创意设计软件
用于图像、视频、音频创作，如 Photoshop（图像处理）、Premiere（视频剪辑）、AutoCAD（工程设计）。
( 3 ) 娱乐软件
提供休闲体验，如视频播放器（PotPlayer）、音乐软件（酷狗音乐）、游戏（无畏契约）。
专业工具软件：满足特定行业需求，如编程 IDE（PyCharm）、视频会议软件（腾讯会议）。
在计算机中，最小的存储单位是bit（二进制位），最基本的存储单位是byte（字节），它们之间的进率是8，即8 bit = 1 byte。
再大些的存储单位有KB（千字节）（准确说是KiB）、MB（兆字节）（准确说是MiB）、GB（吉字节）（准确说是GiB）、TB（太字节）（准确说是TiB）……
小贴士
在考试 / 比赛等（包括下文）中，若无明确区分KB与KiB（MB与MiB，其它以此类推），KB就是KiB（MB与MiB，其它以此类推）。
byte与KB、KB与MB、MB与GB等的进率为，即1024。
具体见下文：
1 KB = 1024 byte
1 MB = 1024 KB
1 GB = 1024 MB
1 TB = 1024 GB……
小贴士
1 KB（非KiB） = 1000 byte
1 MB（非MiB） = 1000 KB（非KiB）
1 GB（非GiB） = 1000 MB（非MiB）
1 TB（非TiB） = 1000 GB（非GiB）……
现代计算机中，数据是使用二进制进行存储的。那么二进制又是什么呢？
数制： 也称计数制，是用一种固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。
日常生活中最常用的就是十进制了，而在计算机当中，最常用的却是二进制，有时候会用到八进制和十六进制。
十进制： 逢十进一，即有0-9的数字。
二进制： 逢二进一，即只有0和1。
八进制： 逢八进一，即只有0-7的数字。
十六进制： 逢十六进一，即有0-9、A（表示10）、B（表示11）、C（表示12）、D（表示13）、E（表示14）和F（表示15）。
其它名词：
位权：指数制中每一固定位置对应的单位值
对于十进制数173：
个位上的3就代表有3个1，它的位权是（即1），那这里的3就是；
十位上的7就代表有7个10，它的位权是（即10），那这里的7就是；
个位上的3就代表有1个100，它的位权是（即100），那这里的1就是；
对于二进制数1001：
从左往右，各位数的位权是、、、。所以，二进制数1001也可以表示为。
它们又是怎么表示的呢？
二进制数，以0b或0B作为前缀。
八进制数，以0作为前缀。
十进制数前无前缀。
十六进制数，以0x或0X作为前缀。
有的考试 / 比赛等会以其它的方法表示二、八、十、十六进制数：
1. 字母表示法
在数字后加上特定的字母来表示它所采用的进制。
通常用字母B来表示二进制数、字母O表示八进制、字母D表示十进制、字母H表示十六进制。
2. 下标表示法 （最常用的方法）
在数字的右下角加上对应的基数。
使用11举例，
如果它是二进制数，那么可以用0b11、0B11、11B 或 来表示。
如果它是八进制数，那么可以用011、11O 或 来表示。
如果它是十进制数，那么可以用11D 或 来表示。
如果它是十六进制数，那么可以用0x11、0X11、11H 或 来表示。
约翰・冯・诺依曼（1903-1957）是美籍匈牙利裔犹太人，20世纪最重要的数学家之一。他是现代计算机、博弈论、流体力学等领域的科学全才，被誉为 “博弈论之父”和“计算机之父”。他参与曼哈顿计划，提出冯・诺依曼架构，著有《量子力学的数学基础》《博弈论与经济行为》等多部著作，在多个学科领域留下了深远的影响。
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这里空空如也
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