聊聊計算機,那些你不懂的世界

2021-08-19 20:58:11 字數 3597 閱讀 1427

目錄

1、二進位制

2、單位換算:

3、記憶體 / 硬碟:

4、伺服器 / 客戶端:

6、公網ip / 私網ip:

7、dns伺服器:

8、作業系統32位/64位:

9、並行 / 序列:   

10、多核處理器:

計算機為什麼採用二進位制? 最開始製造計算機時,考慮過採用人們熟知的十進位制,但是從自然界找到乙個能表示十種狀態的物質實在太難,並且即使存在十種狀態,狀態的界限可能不是很明顯,並且需要達成這種狀態的成本太高,使用複雜。於是最終採用二進位制,用於表示物質的兩種狀態恰到好處,比如燈的亮滅,門的開關,而由於二進位制是最小的進製單位,可以很方便的轉換為其他進製來表示。

計算機儲存單位由小到大:bit-->b(byte)-->kb-->mb-->gb-->tb--~~~

在計算機的世界中,乙個儲存單元只能存1位二進位制的資料,一位十進位制可以表示0-9共10個數字,那麼一位二進位制可以表示0-1兩個數字,這乙個儲存單元就叫做乙個位元(bit),由於位元實在太小太小,能表示的狀態實在有限,於是採用8位bit來作為最小的資訊儲存單位,即1byte(1b,1位元組),乙個漢字佔2b。

1b = 8bit ; 1kb = 1024b ; 1mb = 1024kb ; 1gb = 1024mb ; 1tb = 1024gb ; ~~~~

1b在計算機中儲存表示範圍為:0000 0000 - 1111 1111,換算成十進位制是0 至 2^8-1 = 0 - 255,共256個數。

kb(千位元組),1kb在1b(8bit)的基礎上增加多位bit,所以表示為b的倍數一定是2的n次方倍,規定了1024,2的10次方是1024,1kb=1024b=8192bit。

二進位制換算十進位制:我們知道十進位制的時候,1110 = 1*10^3 + 1*10^2 + 1*10^1 + 0*10^0 = 1000+100+10+0 = 1110

那麼同理:二進位制的1110 =  1*2^3 + 1*2^2 + 1*2^1 + 0*2^0 = 8+4+2+0 = 14.

記憶體硬碟,恐怕是n多人分不清的乙個概念。80年代初的pc機,只有記憶體,沒有硬碟,而記憶體容量只有幾十kb,當然那時候的作業系統也沒有現在這麼美觀的圖形化介面,都是那種小黑框框,dos系統,對於記憶體的要求也要比現在低得多。記憶體是ram(隨機儲存器),通電時資料存在,斷電資料消失,所以為了解決這個問題,軟盤誕生了,可以存放一些必要的系統資料,並備份一些小的檔案(軟盤即為硬碟的前身,由於易損壞、容量小的缺點,被硬碟取代)。但是這麼小的容量,那時候程式設計都要使勁的去計算,我這個程式,宣告乙個變數要占用多大的記憶體,電腦能不能放的下我這個程式,隨著程式對容量的要求越來越高,誕生了虛擬記憶體。

現代計算機,虛擬儲存器由硬碟+記憶體共同組成;

記憶體執行速度快、**昂貴、斷電丟失資料;硬碟執行速度低、**便宜、斷電儲存資料。

乙個程式,在執行時,並不需要全部的資料資源都是活躍狀態,大多數作業系統都支援虛擬記憶體,它將硬碟中的程式分成很多個小片段,由於硬碟的特點,適合儲存大量死資料,在程式執行時,將需要的資料從硬碟調入記憶體,在記憶體中執行,為什麼不在硬碟中執行呢?因為硬碟慢呀... 硬碟跟cpu的處理速度差別過多,硬碟提供資料的速度跟不上cpu處理資料的速度,會造成cpu長時間等待,浪費資源,在記憶體與cpu中間還有更快速度的儲存器。這種虛擬儲存方式,可以讓使用pc機的使用者感受不到記憶體的容量限制,在特殊情況下,感受到的記憶體容量=記憶體容量+硬碟容量,所以稱之為虛擬記憶體。

記得第一次接觸伺服器這個詞,是上大學的時候,校園網選課,選著選著進不去了,所有人都在說伺服器掛了,伺服器掛了,但是伺服器到底是什麼?誰都不知道,初次接觸計算機的人都有這個疑惑。簡單來說,伺服器就是一台配置比較高的超級計算機,有著高處理效能的cpu以及海量儲存,由於伺服器需要長時間維持開啟狀態穩定執行,並且不宕機,一般採用linux系統。我們通過網域名稱(***@***.com)訪問在瀏覽器所展示的頁面以及資源,都是在伺服器這台電腦上部署好的,我們只是通過遠端訪問看到了,我們自己的電腦就是乙個客戶端。所以其實客戶端訪問伺服器就等於,你用你的電腦,遠端操作了一次別人的電腦,只不過那個人的電腦檔案以一些特殊的方式展示給你看,比如瀏覽器網頁。

ip位址為每一台聯網的計算機的唯一網路標識,每一台計算機的ip位址在區域網中是不能重複的。ip位址型別分為ipv4和ipv6。

ipv4為32位二進位制數組成,以圓點分割為四段8位二進位制,每段以十進位制表示。所以可以表示的ip位址範圍為0.0.0.0-255.255.255.255;

ipv6為128位二進位制數組成,以冒號分割為八段16位二進位制,每段以十六進製制表示。可以表示的ip位址範圍為0:0:0:0:0:0:0:0-ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff,可簡寫為0::0-f::f;由於ipv4位址長度表較短,範圍比較少,已經接近耗盡,ipv6的出現主要是為了解決ip位址耗盡問題。

上面說了ipv4位址範圍0.0.0.0-255.255.255.255,公網ip是外網中標識唯一主機身份的,但是不同的區域網中可以重複ip位址,同乙個區域網中不可重複,在位址段中,10.0.0.0 - 10.255.255.255;172.16.0.0 - 172.31.255.255;192.168.0.0 - 192.168.255.255為保留位址,用作區域網私網ip。這種方式可以降低ip位址的消耗速度。那內網怎麼訪問外網呢?通過nat路由器(裝有nat功能的路由器),將私網ip轉換為該區域網的公網ip,但是外網是訪問不了區域網內部的私網ip的。

32位作業系統和64位作業系統的差別主要體現在運算速度和定址能力上。由於當年英特爾開發的32位處理器80x86系列被廣泛使用,現在多用x86表示32位,x64表示64位。

64位的作業系統只能安裝在64位的cpu上,而32位的作業系統可以安裝在32位或64位的cpu上。64位cpu是指cpu中的通用暫存器一次可以處理64bit的資料,可以想象有幾根管道在同時跑資料,要麼是0要麼是1,64位就是同時跑6根,而32位的一次可以處理32bit,同時跑5根,從數字上來看,64位處理器的處理能力是32位的兩倍,所用時間為二分之一,當然實際情況沒有這麼簡單。

定址能力取決於cpu中位址匯流排的暫存器寬度,由於64位cpu的位址匯流排多於32位cpu,可以讀取到的位址為0-2^n-1位元,共2^n位元位,換算成gb單位,32位可以讀取記憶體為3.多g,64位可以讀取近1700萬t,相當於無限記憶體。

這個問題可以模擬乙個場景,假如你從井裡往缸裡挑水,共需要十桶才能挑滿,每桶挑水時間為十分鐘。如果你乙個人挑,需要10趟,共100分鐘,此處理方式為序列。如果五個人同時挑,那麼每個人兩趟,共需要20分鐘,此處理方式為並行。並行的好處顯而易見,節省時間,最大限度利用資源,缺點是,單位時間開銷較大,成本較高。現代計算機多採用多核處理器,就是為了增加並行程度,提高效率。

**處理器(cpu,central processing unit),為電腦的大腦,所有的輸入指令都要經過cpu處理後生成處理結果,通過輸出裝置輸出,類似人的大腦。早期的計算機為單核cpu,乙個核只能執行乙個程序中的乙個執行緒,現在的計算機四核八核,可以同時執行四個八個執行緒,但是我們可以同時開多個軟體可以同時跑,這是因為cpu對任務做了分時處理,比如乙個核同一時間只能處理乙個執行緒,但是我們把每個執行緒分成無數個時間段,cpu每個極小的時間段處理乙個執行緒,如此迴圈,讓我們的肉眼看起來就是都在處理,所以就會造成,你開的程式越多,處理的越慢。那為什麼要做成多核cpu,而不是多個cpu呢?因為將許多核整合到同乙個晶元內,共享快取,並且可以簡化電路與程式設計。

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