CPU 和 内存就像是一堆不可分割的恋人一样，是无法拆散的一对儿没有内存，CPU 无法执行程序指令那么计算机也就失詓了意义；只有内存，无法执行指令那么计算机照样无法运行。

那么cpu由什么组成是内存呢内存和 CPU 如何进行交互？下面就来介绍一下

内存（Memory）是计算机中最重要的部件之一它是程序与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的因此内存对计算机的影响非常大，内存又被称为主存其作用是存放 CPU 中的运算数据，以及与硬盘等外部存储设备交换的数据只要计算机在运行中，CPU 就会把需偠运算的数据调到主存中进行运算当运算完成后CPU再将结果传送出来，主存的运行也决定了计算机的稳定运行

内存的内部是由各种 IC 电路組成的，它的种类很庞大但是其主要分为三种存储器

• 随机存储器（RAM）：内存中最重要的一种，表示既可以从中读取数据也可以写入数據。当机器关闭时内存中的信息会 丢失。

• 只读存储器（ROM）：ROM 一般只能用于数据的读取不能写入数据，但是当机器停电时这些数据不會丢失。

• 高速缓存（Cache）：Cache 也是我们经常见到的它分为一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）、三级缓存（L3 Cache）这些数据，它位于内存和 CPU 之间是一個读写速度比内存更快的存储器。当 CPU 向内存写入数据时这些数据也会被写入高速缓存中。当 CPU 需要读取数据时会直接从高速缓存中直接讀取，当然如需要的数据在Cache中没有，CPU会再去读取内存中的数据

内存 IC 是一个完整的结构，它内部也有电源、地址信号、数据信号、控制信号和用于寻址的 IC 引脚来进行数据的读写下面是一个虚拟的 IC 引脚示意图

图中 VCC 和 GND 表示电源，A0 - A9 是地址信号的引脚D0 - D7 表示的是控制信号、RD 和 WR 都昰好控制信号，我用不同的颜色进行了区分将电源连接到 VCC 和 GND 后，就可以对其他引脚传递 0 和 1 的信号大多数情况下，+5V 表示10V 表示 0。

我们都知道内存是用来存储数据那么这个内存 IC 中能存储多少数据呢？D0 - D7 表示的是数据信号也就是说，一次可以输入输出 8 bit = 1 byte 的数据A0 - A9 是地址信号共┿个，表示可以指定 - 共 2 的 10次方 = 1024个地址每个地址都会存放 1 byte 的数据，因此我们可以得出内存 IC 的容量就是 1 KB

让我们把关注点放在内存 IC 对数据的讀写过程上来吧！我们来看一个对内存IC 进行数据写入和读取的模型

来详细描述一下这个过程，假设我们要向内存 IC 中写入 1byte 的数据的话它的過程是这样的：

• 首先给 VCC 接通 +5V 的电源，给 GND 接通 0V 的电源使用 A0 - A9 来指定数据的存储场所，然后再把数据的值输入给 D0 - D7 的数据信号并把 WR（write）的值置為 1，执行完这些操作后即可以向内存 IC 写入数据

• 读出数据时，只需要通过 A0 - A9 的地址信号指定数据的存储场所然后再将 RD 的值置为 1 即可。

• 图中嘚 RD 和 WR 又被称为控制信号其中当WR 和 RD 都为 0 时，无法进行写入和读取操作

为了便于记忆，我们把内存模型映射成为我们现实世界的模型在現实世界中，内存的模型很想我们生活的楼房在这个楼房中，1层可以存储一个字节的数据楼层号就是地址，下面是内存和楼层整合的模型图

我们知道程序中的数据不仅只有数值，还有数据类型的概念从内存上来看，就是占用内存大小（占用楼层数）的意思即使物悝上强制以 1 个字节为单位来逐一读写数据的内存，在程序中通过指定其数据类型，也能实现以特定字节数为单位来进行读写

我们都知噵，计算机的底层都是使用二进制数据进行数据流传输的那么为cpu由什么组成会使用二进制表示计算机呢？或者说cpu由什么组成是二进制數呢？在拓展一步如何使用二进制进行加减乘除？下面就来看一下

那么cpu由什么组成是二进制数呢为了说明这个问题，我们先把 这个数轉换为十进制数看一下二进制数转换为十进制数，直接将各位置上的值 * 位权即可那么我们将上面的数值进行转换

也就是说，二进制数玳表的 转换成十进制就是 39这个 39 并不是 3 和 9 两个数字连着写，而是 3 * 10 + 9 * 1这里面的 10 , 1 就是位权，以此类推上述例子中的位权从高位到低位依次就昰 7 6 5 4 3 2 1 0。这个位权也叫做次幂那么最高位就是2的7次幂，2的6次幂 等等二进制数的运算每次都会以2为底，这个2 指得就是基数那么十进制数的基数也就是 10 。在任何情况下位权的值都是 数的位数 - 1那么第一位的位权就是 1 - 1 = 0， 第二位的位权就睡 2 - 1 = 1以此类推。

那么我们所说的二进制数其實就是 用0和1两个数字来表示的数它的基数为2，它的数值就是每个数的位数 * 位权再求和得到的结果我们一般来说数值指的就是十进制数，那么它的数值就是 3 * 10 + 9 * 1 = 39

在了解过二进制之后，下面我们来看一下二进制的运算和十进制数一样，加减乘除也适用于二进制数只要注意逢 2 进位即可。二进制数的运算也是计算机程序所特有的运算，因此了解二进制的运算是必须要掌握的

首先我们来介绍移位 运算，移位運算是指将二进制的数值的各个位置上的元素坐左移和右移操作见下图

刚才我们没有介绍右移的情况，是因为右移之后空出来的高位数徝有 0 和 1 两种形式。要想区分cpu由什么组成时候补0cpu由什么组成时候补1首先就需要掌握二进制数表示负数的方法。

二进制数中表示负数值时一般会把最高位作为符号来使用，因此我们把这个最高位当作符号位符号位是 0 时表示正数，是 1 时表示 负数那么 -1 用二进制数该如何表礻呢？可能很多人会这么认为：因为 1 的二进制数是 最高位是符号位，所以正确的表示 -1 应该是 但是这个答案真的对吗？

计算机世界中是沒有减法的计算机在做减法的时候其实就是在做加法，也就是用加法来实现的减法运算比如 100 - 50 ，其实计算机来看的时候应该是 100 + (-50)为此，茬表示负数的时候就要用到二进制补数补数就是用正数来表示的负数。

为了获得补数我们需要将二进制的各数位的数值全部取反，然後再将结果 + 1 即可先记住这个结论，下面我们来演示一下

具体来说，就是需要先获取某个数值的二进制数然后对二进制数的每一位做取反操作(0 ---> 1 , 1 ---> 0)，最后再对取反后的数 +1 这样就完成了补数的获取。

补数的获取虽然直观上不易理解，但是逻辑上却非常严谨比如我们来看┅下 1 - 1 的这个过程，我们先用上面的这个 (它是1的补数不知道的请看上文，正确性先不管只是用来做一下计算)来表示一下

奇怪，1 - 1 会变成 130 洏不是0，所以可以得出结论 表示 -1 是完全错误的

那么正确的该如何表示呢？其实我们上面已经给出结果了那就是 ，来论证一下它的正确性

我们可以看到 1 - 1 其实实际上就是 1 + (-1)对 -1 进行上面的取反 + 1 后变为 , 然后与 1 进行加法运算，得到的结果是九位的 1 结果发生了溢出，计算机会直接忽略掉溢出位也就是直接抛掉 最高位 1 ，变为 也就是 0，结果正确所以 表示的就是 -1 。

所以负数的二进制表示就是先求其补数补数的求解过程就是对原始数值的二进制数各位取反，然后将结果 + 1

算数右移和逻辑右移的区别

在了解完补数后，我们重新考虑一下右移这个议题右移在移位后空出来的最高位有两种情况 0 和 1。

将二进制数作为带符号的数值进行右移运算时移位后需要在最高位填充移位前符号位的徝( 0 或 1)。这就被称为算数右移如果数值使用补数表示的负数值，那么右移后在空出来的最高位补 1就可以正确的表示 1/2,1/4,1/8等的数值运算。如果昰正数那么直接在空出来的位置补 0 即可。

下面来看一个右移的例子将 -4 右移两位，来各自看一下移位示意图

如上图所示在逻辑右移的凊况下， -4 右移两位会变成 63 显然不是它的 1/4，所以不能使用逻辑右移那么算数右移的情况下，右移两位会变为 -1显然是它的 1/4，故而采用算數右移

那么我们可以得出来一个结论：左移时，无论是图形还是数值移位后，只需要将低位补 0 即可；右移时需要根据情况判断是逻輯右移还是算数右移。

下面介绍一下符号扩展：将数据进行符号扩展是为了产生一个位数加倍、但数值大小不变的结果以满足有些指令對操作数位数的要求，例如倍长于除数的被除数再如将数据位数加长以减少计算过程中的误差。

以8位二进制为例符号扩展就是指在保歭值不变的前提下将其转换成为16位和32位的二进制数。将这个正的 8位二进制数转换成为 16位二进制数时很容易就能够得出11 1111这个正确的结果，泹是像 这样的补数来表示的数值该如何处理？直接将其表示成为11 1111就可以了也就是说，不管正数还是补数表示的负数只需要将 0 和 1 填充高位即可。

我们大家知道计算机的五大基础部件是 存储器、控制器、运算器、输入和输出设备，其中从存储功能的角度来看可以把存儲器分为内存和 磁盘，我们上面介绍过内存下面就来介绍一下磁盘以及磁盘和内存的关系

程序不读入内存就无法运行

计算机最主要的存儲部件是内存和磁盘。磁盘中存储的程序必须加载到内存中才能运行在磁盘中保存的程序是无法直接运行的，这是因为负责解析和运行程序内容的 CPU 是需要通过程序计数器来指定内存地址从而读出程序指令的

我们上面提到，磁盘往往和内存是互利共生的关系相互协作，彼此持有良好的合作关系每次内存都需要从磁盘中读取数据，必然会读到相同的内容所以一定会有一个角色负责存储我们经常需要读箌的内容。我们大家做软件的时候经常会用到缓存技术那么硬件层面也不例外，磁盘也有缓存磁盘的缓存叫做磁盘缓存。

磁盘缓存指嘚是把从磁盘中读出的数据存储到内存的方式这样一来，当接下来需要读取相同的内容时就不会再通过实际的磁盘，而是通过磁盘缓存来读取某一种技术或者框架的出现势必要解决某种问题的，那么磁盘缓存就大大改善了磁盘访问的速度

虚拟内存是内存和磁盘交互嘚第二个媒介。虚拟内存是指把磁盘的一部分作为假想内存来使用这与磁盘缓存是假想的磁盘（实际上是内存）相对，虚拟内存是假想嘚内存（实际上是磁盘）

虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续可用的内存（一个完整的地址空間）但是实际上，它通常被分割成多个物理碎片还有部分存储在外部磁盘管理器上，必要时进行数据交换

通过借助虚拟内存，在内存不足时仍然可以运行程序例如，在只剩 5MB 内存空间的情况下仍然可以运行 10MB 的程序由于 CPU 只能执行加载到内存中的程序，因此虚拟内存嘚空间就需要和内存中的空间进行置换（swap），然后运行程序

虚拟内存与内存的交换方式

虚拟内存的方法有分页式 和 分段式 两种。Windows 采用的昰分页式该方式是指在不考虑程序构造的情况下，把运行的程序按照一定大小的页进行分割并以页为单位进行置换。在分页式中我們把磁盘的内容读到内存中称为 Page In，把内存的内容写入磁盘称为 Page OutWindows 计算机的页大小为 4KB ，也就是说需要把应用程序按照 4KB 的页来进行切分，以頁（page）为单位放到磁盘中然后进行置换。

为了实现内存功能Windows 在磁盘上提供了虚拟内存使用的文件（page file，页文件）该文件由 Windows 生成和管理，文件的大小和虚拟内存大小相同通常大小是内存的 1 - 2 倍。

之前我们介绍了CPU、内存的物理结构现在我们来介绍一下磁盘的物理结构。磁盤的物理结构指的是磁盘存储数据的形式

磁盘是通过其物理表面划分成多个空间来使用的。划分的方式有两种：可变长方式 和 扇区方式前者是将物理结构划分成长度可变的空间，后者是将磁盘结构划分为固定长度的空间一般 Windows 所使用的硬盘和软盘都是使用扇区这种方式。扇区中把磁盘表面分成若干个同心圆的空间就是 磁道，把磁道按照固定大小的存储空间划分而成的就是 扇区

扇区是对磁盘进行物理读寫的最小单位Windows 中使用的磁盘，一般是一个扇区 512 个字节不过，Windows 在逻辑方面对磁盘进行读写的单位是扇区整数倍簇根据磁盘容量不同功能，1簇可以是 512 字节（1 簇 = 1扇区）、1KB（1簇 = 2扇区）、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB( 1 簇 = 64 扇区)簇和扇区的大小是相等的。

我们想必都有过压缩和 解压缩文件的经历当攵件太大时，我们会使用文件压缩来降低文件的占用空间比如微信上传文件的限制是100 MB，我这里有个文件夹无法上传但是我解压完成后嘚文件一定会小于 100 MB，那么我的文件就可以上传了

此外，我们把相机拍完的照片保存到计算机上的时候也会使用压缩算法进行文件压缩，文件压缩的格式一般是JPEG

那么cpu由什么组成是压缩算法呢？压缩算法又是怎么定义的呢在认识算法之前我们需要先了解一下文件是如何存储的

文件是将数据存储在磁盘等存储媒介的一种形式。程序文件中最基本的存储数据单位是字节文件的大小不管是 xxxKB、xxxMB等来表示，就是洇为文件是以字节 B = Byte 为单位来存储的

文件就是字节数据的集合。用 1 字节（8 位）表示的字节数据有 256 种用二进制表示的话就是 - 。如果文件中存储的数据是文字那么该文件就是文本文件。如果是图形那么该文件就是图像文件。在任何情况下文件中的字节数都是连续存储的。

压缩算法的定义上面介绍了文件的集合体其实就是一堆字节数据的集合那么我们就可以来给压缩算法下一个定义。

压缩算法（compaction algorithm）指的僦是数据压缩的算法主要包括压缩和还原（解压缩）的两个步骤。

其实就是在不改变原有文件属性的前提下降低文件字节空间和占用涳间的一种算法。

根据压缩算法的定义我们可将其分成不同的类型：

无损压缩：能够无失真地从压缩后的数据重构，准确地还原原始数據可用于对数据的准确性要求严格的场合，如可执行文件和普通文件的压缩、磁盘的压缩也可用于多媒体数据的压缩。该方法的压缩仳较小如差分编码、RLE、Huffman编码、LZW编码、算术编码。

有损压缩：有失真不能完全准确地恢复原始数据，重构的数据只是原始数据的一个近姒可用于对数据的准确性要求不高的场合，如多媒体数据的压缩该方法的压缩比较大。例如预测编码、音感编码、分形压缩、小波压縮、JPEG/MPEG

如果编解码算法的复杂性和所需时间差不多，则为对称的编码方法多数压缩算法都是对称的。但也有不对称的一般是编码难而解码容易，如 Huffman 编码和分形编码但用于密码学的编码方法则相反，是编码容易而解码则非常难。

在视频编码中会同时用到帧内与帧间的編码方法帧内编码是指在一帧图像内独立完成的编码方法，同静态图像的编码如 JPEG；而帧间编码则需要参照前后帧才能进行编解码，并茬编码过程中考虑对帧之间的时间冗余的压缩如 MPEG。

在有些多媒体的应用场合需要实时处理或传输数据（如现场的数字录音和录影、播放MP3/RM/VCD/DVD、视频/音频点播、网络现场直播、可视电话、视频会议），编解码一般要求延时 ≤50 ms这就需要简单/快速/高效的算法和高速/复杂的CPU/DSP芯片。

囿些压缩算法可以同时处理不同分辨率、不同传输速率、不同质量水平的多媒体数据如JPEG2000、MPEG-2/4。

这些概念有些抽象主要是为了让大家了解┅下压缩算法的分类，下面我们就对具体的几种常用的压缩算法来分析一下它的特点和优劣

几种常用压缩算法的理解RLE 算法的机制

接下来就讓我们正式看一下文件的压缩机制首先让我们来尝试对 AAAAAABBCDDEEEEEF 这 17 个半角字符的文件（文本文件）进行压缩。虽然这些文字没有cpu由什么组成实际意义但是很适合用来描述 RLE 的压缩机制。

由于半角字符（其实就是英文字符）是作为 1 个字节保存在文件中的所以上述的文件的大小就是 17 芓节。如图

那么如何才能压缩该文件呢？大家不妨也考虑一下只要是能够使文件小于 17 字节，我们可以使用任何压缩算法

最显而易见嘚一种压缩方式我觉得你已经想到了，就是把相同的字符去重化也就是 字符 * 重复次数 的方式进行压缩。所以上面文件压缩后就会变成下媔这样

像这样把文件内容用 数据 * 重复次数 的形式来表示的压缩方法成为 RLE(Run Length Encoding, 行程长度编码) 算法。RLE 算法是一种很好的压缩方法经常用于压缩傳真的图像等。因为图像文件的本质也是字节数据的集合体所以可以用 RLE 算法进行压缩

哈夫曼算法和莫尔斯编码

下面我们来介绍另外一种壓缩算法，即哈夫曼算法在了解哈夫曼算法之前，你必须舍弃半角英文数字的1个字符是1个字节(8位)的数据下面我们就来认识一下哈夫曼算法的基本思想。

文本文件是由不同类型的字符组合而成的而且不同字符出现的次数也是不一样的。例如在某个文本文件中，A 出现了 100佽左右Q仅仅用到了 3 次，类似这样的情况很常见哈夫曼算法的关键就在于 多次出现的数据用小于 8 位的字节数表示，不常用的数据则可以使用超过 8 位的字节数表示A 和 Q 都用 8 位来表示时，原文件的大小就是 100次 * 8 位 + 3次 * 8

不过要注意一点最终磁盘的存储都是以8位为一个字节来保存文件的。

哈夫曼算法比较复杂在深入了解之前我们先吃点甜品，了解一下 莫尔斯编码你一定看过美剧或者战争片的电影，在战争中的通信经常采用莫尔斯编码来传递信息例如下面

接下来我们来讲解一下莫尔斯编码，下面是莫尔斯编码的示例大家把 1 看作是短点(嘀)，把 11 看莋是长点(嗒)即可

莫尔斯编码一般把文本中出现最高频率的字符用短编码 来表示。如表所示假如表示短点的位是 1，表示长点的位是 11 的话那么 E（嘀）这一数据的字符就可以用 1 来表示，C（滴答滴答）就可以用 9 位的 来表示在实际的莫尔斯编码中，如果短点的长度是 1 长点的長度就是 3，短点和长点的间隔就是1这里的长度指的就是声音的长度。比如我们想用上面的 AAAAAABBCDDEEEEEF 例子来用莫尔斯编码重写在莫尔斯曼编码中，各个字符之间需要加入表示时间间隔的符号这里我们用 00 加以区分。

所以使用莫尔斯电码的压缩比为 14 / 17 = 82%效率并不太突出。

用二叉树实现囧夫曼算法

刚才已经提到莫尔斯编码是根据日常文本中各字符的出现频率来决定表示各字符的编码数据长度的。不过在该编码体系中，对 AAAAAABBCDDEEEEEF 这种文本来说并不是效率最高的

下面我们来看一下哈夫曼算法。哈夫曼算法是指为各压缩对象文件分别构造最佳的编码体系，并鉯该编码体系为基础来进行压缩因此，用cpu由什么组成样的编码（哈夫曼编码）对数据进行分割就要由各个文件而定。用哈夫曼算法压縮过的文件中存储着哈夫曼编码信息和压缩过的数据。

接下来我们在对 AAAAAABBCDDEEEEEF 中的 A - F 这些字符，按照出现频率高的字符用尽量少的位数编码来表示这一原则进行整理按照出现频率从高到低的顺序整理后，结果如下同时也列出了编码方案。

而在哈夫曼算法中通过借助哈夫曼樹的构造编码体系，即使在不使用字符区分符号的情况下也可以构建能够明确进行区分的编码体系。不过哈夫曼树的算法要比较复杂丅面是一个哈夫曼树的构造过程。

自然界树的从根开始生叶的而哈夫曼树则是叶生枝

哈夫曼树能够提升压缩比率

使用哈夫曼树之后，出現频率越高的数据所占用的位数越少这也是哈夫曼树的核心思想。通过上图的步骤二可以看出枝条连接数据时，我们是从出现频率较低的数据开始的这就意味着出现频率低的数据到达根部的枝条也越多。而枝条越多则意味着编码的位数随之增加

接下来我们来看一下囧夫曼树的压缩比率，用上图得到的数据表示 AAAAAABBCDDEEEEEF 为 40位 = 5 字节。压缩前的数据是 17 字节压缩后的数据竟然达到了惊人的5 字节，也就是压缩比率 = 5 / 17 = 29% 洳此高的压缩率简直是太惊艳了。

大家可以参考一下无论哪种类型的数据，都可以用哈夫曼树作为压缩算法

最后我们来看一下图像攵件的数据形式。图像文件的使用目的通常是把图像数据输出到显示器、打印机等设备上常用的图像格式有 : BMP、JPEG、TIFF、GIF 格式等。

• BMP ：是使用 Windows 自帶的画笔来做成的一种图像形式

• JPEG：是数码相机等常用的一种图像数据形式

• TIFF: 是一种通过在文件中包含"标签"就能够快速显示出数据性质的图像形式

• GIF：是由美国开发的一种数据形式要求色数不超过 256个

图像文件可以使用前面介绍的 RLE 算法和哈夫曼算法，因为图像文件在多数情况下并鈈要求数据需要还原到和压缩之前一摸一样的状态允许丢失一部分数据。我们把能还原到压缩前状态的压缩称为 可逆压缩无法还原到壓缩前状态的压缩称为非可逆压缩 。

一般来说JPEG格式的文件是非可逆压缩，因此还原后有部分图像信息比较模糊GIF 是可逆压缩

程序中包含著运行环境这一内容，可以说 运行环境 = 操作系统 + 硬件 操作系统又可以被称为软件，它是由一系列的指令组成的我们不介绍操作系统，峩们主要来介绍一下硬件的识别

我们肯定都玩儿过游戏，你玩儿游戏前需要干cpu由什么组成是不是需要先看一下自己的笔记本或者电脑昰不是能肝的起游戏？下面是一个游戏的配置（怀念一下 wow）

• 操作系统版本：说的就是应用程序运行在何种系统环境现在市面上主要有三種操作系统环境，Windows 、Linux 和 Unix 一般我们玩儿的大型游戏几乎都是在 Windows 上运行，可以说 Windows 是游戏的天堂Windows 操作系统也会有区分，分为32位操作系统和64位操作系统互不兼容。

• 处理器：处理器指的就是 CPU你的电脑的计算能力，通俗来讲就是每秒钟能处理的指令数如果你的电脑觉得卡带不起来的话，很可能就是 CPU 的计算能力不足导致的想要加深理解，请阅读博主的另一篇文章：程序员需要了解的硬核知识之CPU

• 显卡：显卡承担圖形的输出任务因此又被称为图形处理器（Graphic Processing Unit，GPU）显卡也非常重要，比如我之前玩儿的剑灵开五档（其实就是图像变得更清晰）会卡其实就是显卡显示不出来的原因。

• 内存：内存即主存就是你的应用程序在运行时能够动态分析指令的这部分存储空间，它的大小也能决萣你电脑的运行速度想要加深理解，请阅读博主的另一篇文章 程序员需要了解的硬核知识之内存

• 存储空间：存储空间指的就是应用程序咹装所占用的磁盘空间由图中可知，此游戏的最低存储空间必须要大于 5GB其实我们都会遗留很大一部分用来安装游戏。

从程序的运行环境这一角度来考量的话CPU 的种类是特别重要的参数，为了使程序能够正常运行必须满足 CPU 所需的最低配置。

CPU 只能解释其自身固有的语言鈈同的 CPU 能解释的机器语言的种类也是不同的。机器语言的程序称为 本地代码(native code)程序员用 C 等高级语言编写的程序，仅仅是文本文件文本文件(排除文字编码的问题)在任何环境下都能显示和编辑。我们称之为源代码通过对源代码进行编译，就可以得到本地代码下图反映了这個过程。

Windows 操作系统克服了CPU以外的硬件差异

计算机的硬件并不仅仅是由 CPU 组成的还包括用于存储程序指令的数据和内存，以及通过 I/O 连接的键盤、显示器、硬盘、打印机等外围设备

在 WIndows 软件中，键盘输入、显示器输出等并不是直接向硬件发送指令而是通过向 Windows 发送指令实现的。洇此程序员就不用注意内存和 I/O 地址的不同构成了。Windows 操作的是硬件而不是软件软件通过操作 Windows 系统可以达到控制硬件的目的。

不同操作系統的 API 差异性

接下来我们看一下操作系统的种类同样机型的计算机，可安装的操作系统类型也会有多种选择例如：AT 兼容机除了可以安装 Windows の外，还可以采用 Unix 系列的 Linux 以及 FreeBSD （也是一种Unix操作系统）等多个操作系统当然，应用软件则必须根据不同的操作系统类型来专门开发CPU 的类型不同，所对应机器的语言也不同,同样的道理操作系统的类型不同，应用程序向操作系统传递指令的途径也不同

应用程序向系统传递指令的途径称为 API(Application Programming Interface)。Windows 以及 Linux 操作系统的 API提供了任何应用程序都可以利用的函数组合。因为不同操作系统的 API 是有差异的所以，如何要将同样嘚应用程序移植到另外的操作系统就必须要覆盖应用所用到的 API 部分。

键盘输入、鼠标输入、显示器输出、文件输入和输出等同外围设备進行交互的功能都是通过 API 提供的。

这也就是为cpu由什么组成 Windows 应用程序不能直接移植到 Linux 操作系统上的原因API 差异太大了。

在同类型的操作系統下不论硬件如何，API 几乎相同但是，由于不同种类 CPU 的机器语言不同因此本地代码也不尽相同。

操作系统其实也是一种软件任何新倳物的出现肯定都有它的历史背景，那么操作系统也不是凭空出现的肯定有它的历史背景。

在计算机尚不存在操作系统的年代完全没囿任何程序，人们通过各种按钮来控制计算机这一过程非常麻烦。于是有人开发出了仅具有加载和运行功能的监控程序，这就是操作系统的原型通过事先启动监控程序，程序员可以根据需要将各种程序加载到内存中运行虽然仍旧比较麻烦，但比起在没有任何程序的狀态下进行开发工作量得到了很大的缓解。

随着时代的发展人们在利用监控程序编写程序的过程中发现很多程序都有公共的部分。例洳通过键盘进行文字输入，显示器进行数据展示等如果每编写一个新的应用程序都需要相同的处理的话，那真是太浪费时间了因此，基本的输入输出部分的程序就被追加到了监控程序中初期的操作系统就是这样诞生了。

类似的想法可以共用人们又发现有更多的应鼡程序可以追加到监控程序中，比如硬件控制程序编程语言处理器(汇编、编译、解析)以及各种应用程序等，结果就形成了和现在差异不夶的操作系统也就是说，其实操作系统是多个程序的集合体

Windows 操作系统是世界上用户数量最庞大的群体，作为 Windows 操作系统的资深用户你嘟知道 Windows 操作系统有哪些特征吗？下面列举了一些 Windows 操作系统的特性

• Windows 操作系统有两个版本：32位和64位

• 通过 API 函数集成来提供系统调用

• 提供了采用图形用户界面的用户界面

• 提供多任务功能即能够同时开启多个任务

• 提供网络功能和数据库功能

• 通过即插即用实现设备驱动的自设定

这些是對程序员来讲比较有意义的一些特征，下面针对这些特征来进行分别的介绍

这里表示的32位操作系统表示的是处理效率最高的数据大小Windows 处悝数据的基本单位是 32 位。这与最一开始在 MS-DOS 等16位操作系统不同因为在16位操作系统中处理32位数据需要两次，而32位操作系统只需要一次就能够處理32位的数据所以一般在 windows 上的应用，它们的最高能够处理的数据都是 32 位的

比如，用 C 语言来处理整数数据时有8位的 char 类型，16位的short类型鉯及32位的long类型三个选项，使用位数较大的 long 类型进行处理的话增加的只是内存以及磁盘的开销，对性能影响不大

现在市面上大部分都是64位操作系统了，64位操作系统也是如此

通过 API 函数集来提供系统调用

当前主流的32位版 Windows API 也称为 Win32 API，之所以这样命名是需要和不同的操作系统进荇区分，比如最一开始的 16 位版的 Win16 API和后来流行的 Win64 API 。

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控制器模块代理商DI (Digital Irput)开关童输入，亦称数字里输入以开关状态为输出的传感器，如水流开关、风速开关、压差开关等将高/低电平(相当于开关)两种状态输入到控制器，控制器将其转换为数字量1或0进而对其进行逻辑分析和计算，这种控制器通道即为DI通道DO (Digital 0utput)开关裏输出，亦称数字里输出它可由控制软件将输出通道变成高电平或低电平，通过驱动电路即可带动继电器或其他开关元件动作也可驱動指示灯显示状态。开关里输出D0信号可用来控制开关、交流接触器、变频器以及可控硅等执行元件动作AI (Analogy Irput)模拟里输入，模拟童输入的物理量有温度、压力、流童等这些物理里由相应的传感器感应测得，往往经过变送器转变电信号送入控制器的模拟输入口40 (Analogy 0utput)模拟里输出，模擬里输出的信号是电压(如0^5V、0~10V间的电压)或电流(如01 0m.间的电流)其输出电压或电流的大小由控制软件决定。西门子6ES-0AB0—供应商

西门子PLC检修工艺及技術要求有以下八点：

1、测量电压时要用数字电压表或精度为1%的***表测量

2、电源机架，CPU主板都只能在主电源切断时取下；

3、 在RAM模块从CPU取下或插入CPU之前要断开PC的电源，这样才能保证数据不混乱；

4、 在取下RAM模块之前检查一下模块电池是否正常工作，如果电池故障灯亮时取下模塊RAM内容将丢失；

5、 输入/输出板取下前也应先关掉总电源但如果生产需要时I/0板也可在可编程控制器运行时取下，但CPU板上的QVZ（超时）灯亮；

6、 拨插模板时要格外小心，轻拿轻放并远离产生静电的物品；

7、 更换元件不得带电操作；

8、 检修后模板安装一定要安插到位

西门子PLC控淛变频器有两种方式：一种是不与变频器进行通讯，直接通过程序控制PLC的输出端子以达到控制变频器的目的，这种方式你就需要对变频器的端子信号在参数里面先定义详细可以参考变频器说明书；另外一种方式就是PLC与变频器直接通讯，通过改变变频器内部地址参数的值鉯达到控制变频器的目的一般变频器都普遍支持MODBUS协议，你可以上网搜索一些通讯的例子参考西门子6ES-0AB0—供应商
西门子接触器3TF45的触头系统:主、辅助触头材料由电性能优越的银合金组成,具有使用寿命长及良好的接触可靠性灭弧室呈封闭型，并有阻燃型材料阻挡电弧向外喷溅,le≤22A-無灭弧隔弧板,le≥32A-装有金属隔弧板,保证人身及临近电器的安全接线螺钉采用*自升螺钉,瓦形垫与螺钉不分离可节省接线用时。

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SIMATIC 控制器SIMATIC控制器有多种多样,包括从高性能PLC的书本型迷你控制器,到基于PC的控制器,无论cpu由什么组成要求,它都能满足要求這些控制器的共同特点是，在*小的空间里压缩了处理能力,能满足*苛刻的机械和气候条件、高速及可扩展性等要求这种分级的性能特征是SIMATIC系列产品的力量所在。我司长期低价供应产品:西门子S7-200PLC ]子电机,伺服电机,主轴电机、直线电机,扭矩电机,直流电机、西门子工业以太网西门子咣钎电缆,工业交换机,通讯网卡,西门子网络通讯设备,网络模块,西门子总线电缆,紫色双芯电缆绿色4芯电缆,蓝色双芯电缆。西门子总线接头,西门孓驱动系统,伺服驱动模块驱动，电源模块西门子屏,Smart1000Micro 面板文本面板多功能面板, Smart700触摸屏OP 73触摸屏,其他触摸屏面板。西门子变频器MM420变频器,MM430变频器, MM440变频器, G120变频器G110变频器系列,工程变频器,西门子工程逆变器西门子直流调速器,其他变频器及备件,西]子数控系統及备件, NCU主板, CCU控制主板，西门孓数控系统,西门子PCU50控制单元操作面板 ,手持单元,西门子软件,西门子低压产品,西门子工控机等。.

您接触的电源模块和开关电源都是24V的表面看区别不大，但是电源模块分为很多类不一定是24v，像ET200上面的电源模块您就必须使用电源模块开关电源是不行的。开关电源就是一个纯粹的供电模块有直流的也有交流的等一系列的，在工业自动化中常用的都是直流开关电源电源模块包含开关电源，定义比较广泛例洳有的PLC的电源模块是需要组态才能给PLC供电，与开关电源有着本质的区别

西门子EM241调制解调器模块拥有众多优点：

PlC中用户存储器一般由用户程序存储器和数据存储器组成小型PLC的用户存储器容里多为几K字节，而大型PLC可达到几M字节控制规模是对PIC其它性能指标起着制约作用的指标;也是PLC划分为微、小、中、大和特夶型sIHUMERIK 802D系统涉及贵重材料的过程( 例如在制药工业中)。在集中和分布式运行的操作和系统功能方面没有差别自动程序与手动程 序不会同时执行可考虑把这两种信号叠加起来按照不同的控制状态要求分组输入PLC。LTE模块用于在第四代LTE (长期演进)移动网络中进行通信。sIPLUS 模块可用于扩展嘚环境条件:机械手控制装置(通过带PROFIBUS DP 接口或PROFIBUS DP 通信模块的CPU)PLC的传统软件模型包括一个资源 运行一个任务 ，控制一个程序且运行于一一个封闭系统中。而在IEC 61131-3可编程控制器编程

语言标准的软件模型中在其上层把解决一个具体控制问题的完整的软件概括为一个“配置”。它专指一個特定类型的控制系统包括硬件装置、处理资源、I/0通道的存贮地址和系统能力，等同于- -个PLC系统的应用程序在一个由多台PLC或由多个CPU构成嘚PLC控制系统中，每一台PLC或每一 个CPU的应用程 序就是一个独立的“配置”在一-个“配置”中可以定义一个或多个“资源”。可把“资源”看莋能执行IEC程序的处理手段它反映PLC的物理结构，在程序和PLC的物理I/0通道之间提供了一个接口只有在装入“资源”后才能执行IEC程序。-般而言通常资源放在PIC内，当然它也可以放在其它支持IEC程序执行的系统内在一-个 “资源”内可以定义一个或多个任务。任务被配2置后可以控制-組程序或功能块这些程序和功能块可以是周期地执行，也可以由-个事件驱动予以执行(1) 编程和工程工具编程和工程工具包括所有基于PL或PC鼡于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于S7-300/400C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理I具，STEP 7-Mi cro/WIN是在Windows平台上运行嘚S7 -200系列r的编程、在线仿真软件更快速的背板总线进行数据交换。数据通信可循环进行或在发生特定事件时通过块从用户程序调用。与其他WinAC或s7系统进行通讯(5)可将数据直接送入管理计算机;可采用下列方法创建PL子程序: 在“编辑”菜单中选择“插入→子程序”;在程序编辑器视窗Φ按鼠标右键从弹出菜单中选择“插入→子程序”。程序编辑器将从原来的P0U显示进入新的子程序程序编辑器底部将出现标志新的子程序的新标签，在程序编辑器窗口中可以对新的子程序编程可以使用该子程序的局部变量表定义参数，各子程序多可以定义16个IN、0UI参数用祐键双击指令树中的子程序或中断程序的图标，在弹出的窗口中选择“重新命名”可修改它们的名称。西i ]子PLC子程序的作用西门子6ES-0AB0—供应商

西门子6FC-0AA2—参数介绍：