关于信息的表示和存储

╰半夏微凉° 2022-06-17 22:28 137阅读 0赞

作为一个半路转行到计算机的人，我有太多的为什么，不知道该走那条路，不知道学什么，不知道学了具体有什么用，只能跟着感觉慢慢来。  
说到信息的表示和存储，其实我一直被几个概念困扰着，字、字节、位等单位和内存、寄存器等硬件存储设备，不知道他们的关系和具体的作用。  
下面就总结一下：  
计算机内部所处理的信息必须是数字化信息。因此计算机采用数字化方式来表示各种信息，其内部信息分为两大类：数据和指令。  
数据信息是计算机所处理的对象，又可以分为数值型数据和非数值型数据。数值型数据有特定的值，它的表示主要涉及以下问题：选用何种进位计数值、在机器中如何表示带符号的数，如何表示小数点的位置。非数值型数据没有确定的值，如字符、图形。  
指令信息是计算机产生各种控制命令的基本依据。计算机处理任何问题，最终都是通过逐条执行机器指令来实现的。对于指令信息的表示涉及：指令格式、寻址方式、指令类型。  
扩展出的其他概念：  
在数据信息的表示中，由进位计数制引出了二进制、十进制、十六进制、BCD码等概念；由带符号的数的表示引入了补码、原码、反码等概念；由小数的表示引入了定点数、浮点数等概念。  
由字符的表示引入了ASCII码、变形国际码等概念。  
而对应指令，一台计算机所有机器指令的集合称为计算机的指令系统。  
在分清字、字节、位这些概念之前，我想还是先看一下存储器的定义，存储器由一些能够表示为二进制中0、1两种状态的物理器件组成，这些器件本身具有记忆功能，如电容、双稳态电路等。这些具有记忆功能的物理器件构成一个个存储元，每个存储元可以保存一位（bit）二进制信息，若干存储元构成一个存储单元。通常一个存储单元由8个存储元构成，可存放8位二进制信息（即1个字节，1Byte）。许多存储单元组织在一起就构成了存储器。  
1Byte（字节）=8bit（位）  
对于理解“字”的概念，我想应该提到计算机的处理能力，一个字是计算机一次所能处理的一串二进制信息，它的长度就是“字长”，我们通常所说的32位机就是说计算机一次可以处理32位二进制信息。  
到这里比较结果出来了：“字节”是存储器表示信息的单位。而“字”是表示计算机处理信息的能力的。比如：一个32位也就是4个字节存储的代码，32位机处理一次就完成了，8位机要处理4次。  
下面我们看一下第二个问题，各种存储设备的关系，在这里提一个“多级存储器体系结构”的概念，从计算机技术领域的发展来看，存在着一个明显的事实，主存工作速度总是落后于CPU的需要，主存容量总是落后于软件的需要。单从改进存储技术的途径来提高存储器的性能，已很难满足计算机系统对存储器提出的快速、大容量、低成本的要求。于是，需要从存储系统结构方面采取措施，即采用多级存储体系。  
寄存器是CPU当中存放控制信息的，其实CPU的三大件就是：ALU、寄存器、控制器。  
而寄存器由存储单元构成，可以看成是一个小型存储器，存放即刻要执行的指令和要处理的数据，以及处理的中间结果和最后结果。寄存器常用SRAM构成。  
主存储器包括SRAM、DRAM。再就是外部的磁盘(软盘、硬盘)、磁带、光盘等。  
高速缓冲存储器（Cache）是为了解决CUP和主存速度的不匹配，在它们之间设置的一个或多个高速小容量半导体存储器，用于存放当前正在执行程序的部分程序段和数据，以便向CPU快速提供即刻要执行的指令或要处理的数据。