计算机基础_程序是怎样跑起来的_04_有棱有角的内存

有棱有角的内存

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0、热身问题

1. 有十个地址信号引脚的内存IC（集成电路）可以指定的地址范围是多少？
   2^10 = 1024个地址，即十六进制表示0x 00 00 00 ~ 0x 0F FF FF。
2. 高级编程语言中的数据类型表示的是什么？
   占据内存区域的大小和存储在该内存区域的数据类型。
3. 在32位内存地址的环境中，指针变量的长度是多少位？
   32位。
4. 与物理内存有着相同构造的数组的数据类型长度是多少？
   1字节。因为物理内存是以字节为单位进行数据存储的。
5. 用LIFO方式进行数据读写的数据结构称为什么？
   LIFO（Last In First Out，先进后出），栈。
6. 根据数据的大小链表分叉成两个方向的数据结构称为什么？
   二叉查找树（Binary Search Tree）。

由于数据对象是存储在内存和磁盘上的，因此程序必须能自由地使用内存和磁盘。这篇文章，我们先来了解一下“内存”，后面我们再了解“磁盘”。

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1、内存的物理机制很简单

内存：一种名为内存IC的电子元件。

内存中有大量输入和输出的引脚（IC的引脚），包括电源、地址信号、数据信号、控制信号等，通过为其指定地址（address）来进行数据的读写。

举个小例子，我们的计算机一般都是512M的内存，这就相当于524288个1KB的内存IC。

512M = 512 MB = 512 * 1024 * 1024 * 1 B
1KB = 1024 B = 1024 * 1 B

512MB / 1KB = 512 * 1024 = 524288

但是一般我们的计算机都会有更多的地址引脚和数据引脚，这样一块内存IC的容量就会达到数十兆字节。

接下来，我们来看看数据的读写。

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2、内存的逻辑模型是楼房

以我们上面讲到的内存IC为例子，类比“楼房”，一层可以存储1个字节的数据，而楼层号则表示地址编号。

数据类型：存储的是何种类型的数据。

变量：可以简单理解为某块“内存地址”的别名。

通过使用变量，即便不指定内存地址，也可以在程序中对内存进行读写。

以C语言为例子。

char a = 123;	//1字节
short b = 123;	//2字节
long c = 123;	//4字节

低字节序：将多字节数据的低位字节存储在内存低位的方式。奔腾等英特尔处理器用的就是低字节序。

高字节序：将多字节数据的高位字节存储在内存低位的方式。

我们以“低字节序”为例子，虽然变量的值都为123，但是其占用的内存空间可不同。

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3、简单的指针

大家应该还记得C语言中的指针吧，我个人是对它又爱又恨啊。

指针：存储的数据的内存的地址。

指针变量：存放指针的变量。

char* d;
short* e;	
long* f;

对于“short* e”：

1. *表示该变量是该变量是指针变量；
2. short指数据类型，表示一次性可以读取的字节数。

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4、数组是高效使用内存的基础

数组：多个同样数据类型的数据在内存中连续排列的形式。

索引：数组元素的编号。

索引和内存地址的交换工作是由编译器自动实现的。指定索引之后，CPU通过基址寄存器和变址寄存器来指定内存地址，进而对其进行读写操作。

根据指针和数组的关系：

• 数组名（指针）对应基址寄存器。
• 索引（指针增量）对应变址寄存器。

char g[100];	//char类型的数组以1字节为单位对内存进行读写。
short h[100];	//short类型的数组以2字节为单位对内存进行读写。
long i[100];	//long类型的数组以4字节为单位对内存进行读写。

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5、栈、队列以及环形缓冲区

栈：LIFO，后进先出。

队列：FIFO，先进先出。

应用：

• 栈：当前暂时舍弃的数据，随后再还原。
• 队列：先到先处理，如通讯中发的数据或同时运行的程序发送过来的数据。

这一块的知识在《数据结构与算法》这门课中会重点介绍。

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6、链表使元素的追加和删除更容易

这一块的知识在《数据结构与算法》这门课中会重点介绍。

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7、二叉查找树使数据检索更有效

这一块的知识在《数据结构与算法》这门课中会重点介绍。

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注：如哟错误，敬请指正！