计算机理论学习笔记L1

计算机硬件与数据表示
本文深入探讨了计算机硬件的基本组成部分,包括CPU、内存、硬盘和显卡,以及它们如何通过二进制系统处理和传输数据。讲解了位、字节的概念,存储单位,十六进制的应用,逻辑门和逻辑电路的工作原理,以及输入和输出设备的作用。

1. 二进制(Binary Systems)

计算机的硬件组成:中央处理器(CPU)、内存(Memory)、硬盘(Hard disk)、显卡(Graphics card)。
这些硬件相互配合,接收输入的数据,然后进行运算再输出。

如何在硬件之间传递数据(保存数据)?
计算机采用电平信号(高电平&低电平)。
电平:电压范围。
高电平:>2.4V,用1表示
低电平:<0.4V,用0表示
只有两种信号,精确度较高,不容易因为硬件的故障损耗产生误差。不会因为电路硬件问题导致输出的信号变弱,使得接收者接收了错误的信号。
二进制:计算机因为只能传输和识别高低电平两种信号,所以我们采用1和0来表示信号,也就产生了二进制。二进制就是满2位进1位。

2. 位与字节

位(bit):保存一个二进制数据的内存空间。只能保存一个二进制数,0或1.
字节(byte):8位空间为一个字节。
我们通常使用字节作为存储单位。正常情况下,一个英文字符,一个整数数字都是占用一个字节。长整数、浮点数、汉字等占用两个字节。

3. 存储单位

4. 十六进制

计算机中的网卡地址,经常携程6段12位十六进制数。这个物理地址就是MAC地址,是网卡的唯一编号。
RGB系统也用十六进制来表示颜色值(6位)。
在面向计算机底层的编程语言中,会用到十六进制指令,如汇编语言,机器语言等。

5. 逻辑门(Logic Gates)

“门”:一种开关,能按照一定的条件去控制信号的通过或者不通过。
基础的逻辑关系:与(AND),或(OR),非(NOT)。

非(NOT):取反。
X = NOT A
在这里插入图片描述
真值表:

输入输出
XA
01
10

与(AND):
X = A AND B
在这里插入图片描述
真值表:

输入输入输出
ABC
000
010
100
111

或(OR):
X = A OR B
在这里插入图片描述
真值表:

输入输入输出
ABC
000
011
101
111

与非门NAND:
在这里插入图片描述
真值表:

输入输入输出
ABC
001
011
101
110

或非门NOR:
在这里插入图片描述
真值表:

输入输入输出
ABC
001
010
100
110

异或门XOR:
在这里插入图片描述
真值表:

输入输入输出
ABC
000
011
101
110

6. 逻辑电路(Logic Circuits)

逻辑电路:是数字电路中最基本的逻辑元件。
电路的输入与输出之间,存在一定的逻辑关系(因果关系)。所以逻辑电路也被称为“逻辑门电路”。
逻辑电路就是在逻辑门的基础上,进行综合的运算。

7. 输入设备

计算机实际上是:

  • 获得输入数据;
  • 运算处理数据;
  • 输出新的数据。
    的机器

输入设备:获取输入。

  • 键盘(Keyboards)
  • 点击设备(Pointing Devices):鼠标
  • 扫描仪(Scanners)
  • 条码 二维码
  • 数码相机(Digital Camera)
  • 麦克风(Microphone)
  • 触摸屏(Touch screen)
  • 交互白板(Interactive Whiteboards)
  • 传感器(Sensors)

8. 输出设备

  • 打印机(Printers)
  • 扬声器、耳麦(Loudspeaker、Headphone)
  • 显示器(Monitors)
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