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[2303] 2015-09-22_【掌知识】你真的了解平常最熟悉的电脑吗？

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-16
2015-09-22_【掌知识】你真的了解平常最熟悉的电脑吗？ 1 . 继 电 器 继 电 器 【 掌 知 识 】 你 真 的 了 解 平 常 最 熟 悉 的 电 脑 吗 ？ 快 跑 小 乌 龟   E 安 全   2 0 1 5 - 0 9 - 2 2 【 新 朋 友 【 新 朋 友 】 点 击 标 题 下 面 蓝 字 「 E 安 全 安 全 」 关 注 【 老 朋 友 老 朋 友 】 点 击 右 上 角 ， 分 享 或 收 藏 本 页 精 彩 内 容 【 公 众 号 公 众 号 】 搜 索 公 众 号 ： E 安 全 安 全 ， 或 者 I D : E A Q a p p 写 在 前 面 的 话 ： 写 在 前 面 的 话 ： 从 接 触 电 脑 以 来 ， 就 一 直 对 电 脑 充 满 好 奇 。 当 电 脑 连 接 上 电 源 ， 按 下 开 机 键 ， 我 们 就 可 以 做 所 有 我 们 想 做 的 事 情 ， 打 游 戏 、 写 文 章 、 看 电 影 、 搭 建 w e b 服 务 器 、 自 己 写 程 序 等 等 。 随 着 接 触 电 脑 的 时 间 越 长 ， 反 而 对 电 脑 更 加 的 陌 生 ， 不 断 的 问 自 己 ， 计 算 机 到 底 是 怎 么 组 成 的 ？ 为 什 么 就 能 够 实 现 这 些 功 能 ？ 如 果 让 我 穿 越 回 多 少 年 前 ， 该 如 何 搭 建 一 台 电 脑 ？ 恰 好 这 几 天 读 完 这 本 书 《 c o d e ： t h e   h i d d e n   L a n g u a g e   o f   c o m p u t e r   h a r d w a r e   a n d   s o f t w a r e 》 ， 确 实 一 本 好 书 ， 许 多 的 疑 惑 得 以 解 开 ， 这 篇 博 客 就 写 写 那 些 深 深 触 动 我 的 点 ， 我 认 为 ， 理 解 了 这 些 点 ， 也 就 理 解 了 整 本 书 的 内 容 ， 进 而 理 解 了 计 算 机 是 怎 么 回 事 。 = = = = = 正 文 开 始 = = = = = = = = 看 下 面 两 幅 图 ：   （ 1 ） 左 图 中 ： 一 个 铁 芯 ， 缠 上 一 些 线 圈 ， 当 没 有 通 电 时 ， 开 关 A 是 断 开 的 ， O u t 端 没 有 电 压 ， 我 们 认 为 输 出 为 输 出 为 0 . （ 2 ） 右 图 中 ： 当 线 圈 通 电 后 ， 铁 芯 被 磁 化 ， 相 当 于 变 成 了 一 块 磁 铁 ， 进 而 可 以 吸 引 上 面 的 开 关 A ， O u t 端 有 电 压 ， 我 们 认 为 输 出 为 输 出 为 1 . 上 面 这 么 一 个 小 小 的 简 单 的 东 西 ， 就 是 继 电 器 ， 它 的 意 义 非 凡 ， 因 为 我 们 可 以 人 为 人 为 的 去 控 制 ： 输 出 输 出 0 和 和 1 了 。
2 . 二 进 制 二 进 制 虽 然 在 计 算 机 中 ， 继 电 器 逐 渐 被 真 空 管 、 晶 体 管 取 代 ， 但 是 他 们 要 实 现 的 作 用 是 一 致 的 ： 输 出 虽 然 在 计 算 机 中 ， 继 电 器 逐 渐 被 真 空 管 、 晶 体 管 取 代 ， 但 是 他 们 要 实 现 的 作 用 是 一 致 的 ： 输 出 0 和 和 1 。 。 我 们 生 活 中 采 用 十 进 制 ， 可 是 计 算 机 内 的 计 算 采 用 二 进 制 ， 我 认 为 这 是 非 常 重 要 的 改 变 。 请 看 下 面 的 逻 辑 ： （ 1 ） 二 进 制 只 有 0 和 1 ， 进 而 也 导 致 二 进 制 的 加 减 乘 除 的 结 果 只 有 进 而 也 导 致 二 进 制 的 加 减 乘 除 的 结 果 只 有 0 和 和 1 ， 二 进 制 的 与 或 非 的 结 果 也 只 有 ， 二 进 制 的 与 或 非 的 结 果 也 只 有 0 和 和 1 （ 2 ） 进 而 可 以 将 二 进 制 的 加 减 乘 除 与 二 进 制 的 与 或 非 进 行 等 价 进 而 可 以 将 二 进 制 的 加 减 乘 除 与 二 进 制 的 与 或 非 进 行 等 价 （ 3 ） 而 继 电 器 可 以 输 出 0 和 1 ， 因 此 可 以 通 过 继 电 器 的 各 种 ” 变 着 花 样 的 组 合 “ 实 现 各 种 与 或 非 （ 4 ） 因 此 可 以 通 过 继 电 器 的 各 种 ” 变 着 花 样 的 组 合 “ 实 现 二 进 制 的 加 减 乘 除 运 算 。 理 解 了 上 面 的 逻 辑 ， 接 下 来 要 做 的 仅 仅 是 实 现 所 需 功 能 而 已 。 如 何 实 现 功 能 ， 也 只 是 时 间 而 已 ， 下 面 贴 一 些 图 ， 展 示 一 下 如 何 通 过 继 电 器 实 现 复 杂 的 逻 辑 结 构 ， 作 为 一 个 实 现 思 路 的 引 子 ， 而 实 现 各 种 自 己 想 要 的 逻 辑 ， 经 过 几 个 夜 晚 的 苦 思 冥 想 ， 是 可 以 想 出 来 的 ， 如 果 不 想 自 己 去 想 ， 那 么 可 以 看 看 C o d e 一 书 ， 算 作 一 个 捷 径 。
3 . 另 外 一 种 连 接 方 式 的 继 电 器 ： 反 馈 另 外 一 种 连 接 方 式 的 继 电 器 ： 反 馈 继 电 器 实 现 逻 辑 与 继 电 器 实 现 逻 辑 与   继 电 器 实 现 逻 辑 或 继 电 器 实 现 逻 辑 或 继 电 器 实 现 半 加 器 继 电 器 实 现 半 加 器   继 电 器 实 现 全 加 器 继 电 器 实 现 全 加 器 不 要 被 上 面 的 图 吓 到 ， 他 们 仅 仅 是 继 电 器 的 变 着 花 样 的 组 合 而 已 ， 如 果 我 们 沉 下 心 来 ， 也 可 以 实 现 这 样 的 组 合 ， 甚 至 可 以 实 现 更 多 我 们 所 需 要 的 ， 比 如 8 位 加 法 器 、 减 法 器 、 乘 法 器 、 除 法 器 等 等 。 于 是 我 们 已 经 能 够 实 现 了 计 算 机 中 C P U 的 一 个 重 要 功 能 ： 逻 辑 运 算 。 然 而 上 面 的 操 作 ， 例 如 输 入 ， 都 需 要 我 们 人 为 的 去 操 作 ， 我 们 可 以 去 想 象 一 下 ： 一 个 人 坐 在 那 里 ， 拨 着 开 关 ， 进 行 着 操 作 ， 是 多 么 的 枯 燥 。 如 果 实 现 自 动 运 行 ， 也 就 是 说 无 需 人 为 的 操 作 ， 实 现 无 需 人 为 的 操 作 ， 实 现 0 、 、 1 的 输 出 的 输 出 ， 是 多 么 好 的 一 件 事 清 ， 我 们 确 实 也 可 以 做 到 ， 接 着 往 下 看 。 看 下 面 两 幅 图 ：
左 图 中 ， 继 电 器 没 有 通 电 的 时 候 ， 继 电 器 上 面 的 开 关 B 是 闭 合 的 ； 右 图 中 ， 一 旦 给 继 电 器 通 电 （ 也 就 是 开 关 A 闭 合 ） ， 奇 妙 的 事 情 就 发 生 了 ： （ 1 ） 继 电 器 通 电 ， 会 吸 引 上 面 的 开 关 B ， 进 而 使 电 路 断 开 。 （ 2 ） 电 路 一 旦 断 开 ， 开 关 B 又 恢 复 原 位 ， 使 电 路 接 通 。 （ 注 意 开 关 A 一 直 是 闭 合 的 ） （ 3 ） 上 面 两 个 过 程 自 动 重 复 进 行 下 去 了 。 上 面 实 现 了 这 样 的 一 种 可 能 ： 继 电 器 的 输 出 可 以 在 0 和 1 之 间 自 动 完 成 ， 而 能 够 自 动 完 成 的 根 本 原 因 ， 在 于 下 面 两 点 ： （ 1 ） 继 电 器 在 断 电 的 情 况 下 ， 开 关 B 是 闭 合 的 （ 常 闭 型 继 电 器 ） ， 而 前 面 的 讲 到 的 继 电 器 在 断 电 的 情 况 下 ， 开 关 B 都 是 断 开 的 （ 常 开 型 继 电 器 ） ， 这 是 一 点 不 同 。 （ 2 ） 继 电 器 的 输 入 和 输 出 没 有 分 开 ， 而 是 组 成 了 一 个 回 路 ， 确 切 的 说 ： 是 有 反 馈 了 。 经 过 上 面 两 点 小 小 的 改 变 ， 我 们 可 以 利 用 这 种 思 想 ， 实 现 一 系 列 其 他 所 需 的 功 能 ： （ 1 ） 我 们 可 以 实 现 R S 触 发 器 　 （ 2 ） 我 们 可 以 实 现 D 触 发 器 ： 实 现 对 1 位 数 据 的 保 存 。   其 中 D 触 发 器 可 以 称 为 1 位 锁 存 器 ； 通 过 对 D 触 发 器 的 各 种 变 着 花 样 的 组 合 ， 我 们 可 以 实 现 边 沿 电 源 触 发 的 触 发 器 ， 进 而 实 现 多 位 锁 存 器 ；
4 . 总 线 总 线 5 . 机 器 语 言 机 器 语 言 通 过 将 边 沿 触 发 的 D 触 发 器 的 输 出 反 馈 至 输 入 ， 我 们 又 可 以 实 现 分 频 器 ， 进 而 实 现 计 数 器 ， 同 时 计 数 器 可 以 作 为 各 个 部 分 的 时 钟 触 发 信 号 。 如 果 忽 略 上 面 的 细 节 ， 我 们 知 道 我 们 已 经 可 以 实 现 锁 存 器 、 计 数 器 、 时 钟 信 号 。 于 是 锁 存 器 构 成 了 C P U 中 的 寄 存 器 和 电 脑 中 的 内 存 R A M 以 及 显 卡 的 显 存 R A M ； 计 数 器 和 时 钟 信 号 构 成 了 计 算 机 中 的 时 钟 驱 动 信 号 。 上 面 我 们 可 以 说 已 经 实 现 了 C P U 和 R A M （ 内 存 、 显 存 ） ， 一 旦 将 C P U 与 R A M 连 接 ， 在 能 够 自 动 运 行 的 时 钟 信 号 的 驱 动 下 ， C P U 和 R A M 就 能 够 协 同 工 作 实 现 所 需 的 功 能 。 C P U 与 R A M 连 接 后 ， 既 可 以 实 现 R A M 的 输 出 给 C P U 进 行 运 算 ， 又 可 以 实 现 C P U 的 输 出 给 R A M 进 行 存 储 。 这 些 的 输 入 输 出 都 是 通 过 实 实 在 在 的 导 线 导 线 连 接 的 。 为 了 不 至 于 使 导 线 密 密 麻 麻 的 难 以 辨 识 ， 我 们 可 以 对 各 个 电 路 部 件 进 行 ” 各 种 变 着 花 样 的 组 合 “ ， 并 把 线 路 梳 理 清 楚 ， 总 结 为 三 种 线 路 ： 数 据 总 线 、 控 制 总 线 、 地 址 总 线 。 （ 1 ） 数 据 总 线 ： 上 面 传 输 的 是 数 据 ， 如 果 能 够 传 输 8 位 ， 那 么 就 说 数 据 位 宽 为 8 位 。 当 然 这 里 8 位 也 是 与 前 面 提 到 的 锁 存 器 的 位 数 是 对 应 的 ； 也 可 以 说 是 与 C P U 中 的 寄 存 器 的 位 数 是 对 应 的 ， 其 实 都 一 回 事 。 （ 2 ） 地 址 总 线 ： 地 址 总 线 也 一 根 根 的 实 际 的 导 线 ， 通 过 这 些 导 线 ， 就 可 以 能 够 方 便 的 选 取 R A M 中 的 特 定 的 锁 存 器 ； 地 址 总 线 的 数 目 决 定 了 能 够 寻 址 的 最 大 R A M 。 （ 3 ） 控 制 总 线 ： 传 送 控 制 信 号 ， 实 现 特 定 的 控 制 功 能 ， 比 如 确 定 是 读 R A M 中 的 数 据 ， 还 是 往 R A M 中 写 入 数 据 。 还 是 要 说 上 一 句 ： 这 些 线 都 是 实 实 在 在 的 导 线 。 总 线 上 面 传 输 着 0 和 1 信 号 ， 通 过 0 和 1 信 号 的 各 种 变 换 ， 表 示 着 传 送 不 同 的 信 息 ； R A M 具 有 存 储 的 功 能 ， 因 此 我 们 可 以 把 一 下 0 和 1 的 信 息 存 储 进 R A M ， 进 而 就 可 以 让 C P U 去 执 行 该 命 令 了 ， 这 些 命 令 就 可 以 称 为 机 器 语 言 。 机 器 语 言 的 0 和 1 我 们 可 以 通 过 开 关 等 多 种 方 式 写 入 R A M 中 ， 毕 竟 R A M 是 可 以 存 储 信 息 的 ； 如 果 每 次 都 写 0 1 太 繁 琐 和 不 方 便 ， 于 是 将 这 些 0 1 的 代 码 用 特 定 的 符 号 表 示 ， 出 现 了 汇 编 语 言 ， 汇 编 语 言 变 成 0 1 代 码 的 机 器 语 言 ， 需 要 通 过 汇 编 程 序 来 实 现 ，
6 . 外 部 存 储 介 质 外 部 存 储 介 质 而 汇 编 程 序 将 汇 编 源 程 序 汇 编 成 机 器 代 码 ， 其 实 就 是 去 查 一   下 机 器 代 码 和 汇 编 符 号 的 对 照 表 格 而 已 。 随 着 时 间 的 发 展 ， 高 级 语 言 也 相 应 出 现 了 。 C P U 本 质 上 来 说 是 由 继 电 器 构 成 的 ， 确 切 一 点 是 晶 体 管 构 成 ， 不 同 的 公 司 的 不 同 工 程 师 造 出 来 的 c p u ， 相 应 的 构 成 也 会 有 一 些 差 别 ， 导 致 机 器 指 令 代 码 也 就 不 同 ， 于 是 出 现 了 不 同 的 指 令 集 ， 如 X 8 6 指 令 集 ， R I S C 指 令 集 等 等 。 前 面 提 到 的 R A M ， 本 质 上 是 由 继 电 器 构 成 的 ， 确 切 的 说 是 由 半 导 体 构 成 ， 这 都 无 所 谓 ， 他 们 都 有 一 个 共 同 的 特 点 ： 当 断 电 的 瞬 间 ， 一 切 都 没 有 了 ， 为 什 么 呢 ？ 因 为 电 这 个 东 西 比 较 奇 怪 ， 说 没 就 没 了 ， 如 果 想 要 长 久 的 存 储 数 据 ， 得 需 要 其 他 的 方 式 ： 例 如 通 过 磁 性 物 质 来 存 储 ， 于 是 出 现 了 磁 带 、 磁 盘 ； 通 过 光 信 息 来 存 储 i 信 息 ， 如 光 盘 ； 以 及 其 他 的 东 西 ： 如 R O M 、 F l a s h 等 。   计 算 机 的 构 成 越 来 越 复 杂 ， 以 至 于 掩 盖 我 们 内 心 最 初 的 好 奇 与 冲 动 。 关 于 E 安 全 E 安 全 是 国 内 第 一 款 面 向 信 息 安 全 行 业 的 免 费 内 容 分 享 平 台 ， E 安 全 秉 承 “ 掌 握 信 息 安 全 的 专 家 ” 的 分 享 精 神 ， 长 期 提 供 的 免 费 专 业 的 信 息 安 全 课 程 教 学 、 业 内 资 料 、 威 胁 预 警 以 及 最 新 资 讯 ， 为 信 息 安 全 专 业 人 才 的 成 长 提 供 一 个 更 为 便 捷 和 高 效 的 一 站 式 服 务 。 阅 读 原 文
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