一、关于程序运行时内存与硬盘的关系介绍

如果你的电脑上安装了QQ,你希望和好友聊天,会双击QQ图标,打开QQ软件,输入账号和密码,然后登录就可以了。

那么,QQ是怎么运行起来的呢?

首先,有一点你要明确,你安装的QQ软件是保存在硬盘中的。

双击QQ图标,操作系统就会知道你要运行这个软件,它会在硬盘中找到你安装的QQ软件,将数据(安装的软件本质上就是很多数据的集合)复制到内存。对!就是复制到内存!QQ不是在硬盘中运行的,而是在内存中运行的。

为什么呢?因为内存的读写速度比硬盘快很多。

对于读写速度,内存 > 固态硬盘 > 机械硬盘。机械硬盘是靠电机带动盘片转动来读写数据的,而内存条通过电路来读写数据,电机的转速肯定没有电的传输速度(几乎是光速)快。虽然固态硬盘也是通过电路来读写数据,但是因为与内存的控制方式不一样,速度也不及内存。

所以,不管是运行QQ还是编辑Word文档,都是先将硬盘上的数据复制到内存,才能让CPU来处理,这个过程就叫作载入内存(Load into Memory)。完成这个过程需要一个特殊的程序(软件),这个程序就叫做加载器(Loader)。

图1:CPU、内存、硬盘和主板的关系

二、数据在内存中的存储方式

计算机要处理的信息是多种多样的,如十进制数、文字、符号、图形、音频、视频等,这些信息在人们的眼里是不同的。但对于计算机来说,它们在内存中都是一样的,都是以二进制的形式来表示。

要想学习编程,就必须了解二进制,它是计算机处理数据的基础。

内存条是一个非常精密的部件,包含了上亿个电子元器件,它们很小,达到了纳米级别。这些元器件,实际上就是电路;电路的电压会变化,要么是 0V,要么是 5V,只有这两种电压。5V 是通电,用1来表示,0V 是断电,用0来表示。所以,一个元器件有2种状态,0 或者 1。

我们通过电路来控制这些元器件的通断电,会得到很多0、1的组合。例如,8个元器件有 28=256 种不同的组合,16个元器件有 216=65536 种不同的组合。虽然一个元器件只能表示2个数值,但是多个结合起来就可以表示很多数值了。

我们可以给每一种组合赋予特定的含义,例如,可以分别用 1101000、00011100、11111111、00000000、01010101、10101010 来表示 C、语、言、中、文、网 这几个字,那么结合起来 1101000 00011100 11111111 00000000 01010101 10101010 就表示”C语言中文网“。

一般情况下我们不一个一个的使用元器件,而是将8个元器件看做一个单位,即使表示很小的数,例如 1,也需要8个,也就是 00000001。

1个元器件称为1比特(Bit)或1位,8个元器件称为1字节(Byte),那么16个元器件就是2Byte,32个就是4Byte,以此类推:

现在,你知道1GB的内存有多少个元器件了吧。我们通常所说的文件大小是多少KB、多少MB,就是这个意思。

单位换算:

你看,在内存中没有abc这样的字符,也没有gif、jpg这样的图片,只有0和1两个数字,计算机也只认识0和1。所以,计算机使用二进制,而不是我们熟悉的十进制,写入内存中的数据,都会被转换成0和1的组合。三、ASCII与Unicode编码

这是经常容易混淆的一个点。

ASCII码

我们知道,一个二进制位(Bit)有0、1两种状态,一个字节(Byte)有8个二进制位,有256种状态,每种状态对应一个符号,就是256个符号,从0000000到11111111。

计算机诞生于美国,早期的计算机使用者大多使用英文,上世纪60年代,美国制定了一套英文字符与二进制位的对应关系,称为ASCII码,沿用至今。

ASCII码规定了128个英文字符与二进制的对应关系,占用一个字节(实际上只占用了一个字节的后面7位,最前面1位统一规定为0)。例如,字母 a 的的ASCII码为 01100001,那么你暂时可以理解为字母 a 存储到内存之前会被转换为 01100001,读取时遇到 01100001 也会转换为 a。

完整的ASCII码表请查看:http://www.asciima.com/

Unicode编码

随着计算机的流行,使用计算机的人越来越多,不仅限于美国,整个世界都在使用,这个时候ASCII编码的问题就凸现出来了。

ASCII编码只占用1个字节,最多只能表示256个字符,我大中华区10万汉字怎么表示,日语韩语拉丁语怎么表示?所以90年代又制定了一套新的规范,将全世界范围内的字符统一使用一种方式在计算机中表示,这就是Unicode编码(Unique Code),也称统一码、万国码。

Unicode 是一个很大的集合,现在的规模可以容纳100多万个符号,每个符号的对应的二进制都不一样。Unicode 规定可以使用多个字节表示一个字符,例如 a 的编码为 01100001,一个字节就够了,”好“的编码为 01011001 01111101,需要两个字节。

为了兼容ASCII,Unicode 规定前0~127个字符与ASCII是一样的,不一样的只是128~255的这一段。

如果你希望将字符转换为Unicode编码,请查看:http://tool.chinaz.com/Tools/Unicode.aspx

完整的Unicode编码请查看:unicode.org

摘抄的过程也是学习记录笔记的过程,大家共同学习,谨记:不会编程也是文盲一个。

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学习资料:

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