计算机底层知识之内存
❝
渔夫出海前,并不知道鱼在哪里,可是他们还是选择出发, 因为他们相信,一定会满载而归。人生很多时候,是「选择了才有机会,是相信了才有可能」。
-- 「稻盛和夫」❞
大家好,我是「柒八九」。
今天,我们继续「计算机底层知识」的探索。我们来谈谈关于「小数运算」的相关知识点。
如果,想了解该系列的文章,可以参考我们已经发布的文章。如下是往期文章。
文章list
计算机底层知识之CPU
计算机底层知识之二进制
计算机底层知识之处理小数
你能所学到的知识点
❝
内存的物理机制 「推荐阅读指数」 ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️
内存的逻辑模型是楼房 「推荐阅读指数」 ⭐️⭐️⭐️
数组是高效使用内存的基础 「推荐阅读指数」 ⭐️⭐️⭐️
栈、队列以及环形缓冲区 「推荐阅读指数」 ⭐️⭐️⭐️
链表 「推荐阅读指数」 ⭐️⭐️⭐️
二叉树 「推荐阅读指数」 ⭐️⭐️⭐️
❞
好了,天不早了,干点正事哇。
计算机是进行「数据处理」的设备,而程序表示的就是处理顺序和数据结构。由于处理对象(数据)是存储在「内存」和「磁盘」上的,因此我们今天来聊聊内存和磁盘。
内存的物理机制
❝
内存实际上是一种名为「内存IC」的电子元件。
❞
「内存IC」中有「电源」、「地址信号」、「数据信号」、「控制信号」等用于输入输出的大量「引脚」(IC的引脚),通过为其「指定地址」,来进行数据的读写。
下图是「内存IC」的引脚配置示例。
VCC
和GND
是 「电源」
A0~A9
是 「地址信号」的引脚
D0~D7
是 「数据信号」的引脚
RD
和WR
是 「控制信号」的引脚
将电源连接到VCC
和GND
后,就可以给其他引脚传递比如0
或1
这样的信号。大部分情况下,+5V
的「直流电压」表示1
,0V
表示0
。
「数据信号」引脚有 D0~D7
共8个,表示 「一次可以输入输出8位」(=1字节
)的数据。
「地址信号」引脚有 A0~A9
共10个,表示可以指定0000000000~1111111111
共1024
个地址
由于地址用来表示数据的存储场所,因此我们可以得出这个「内存IC」可以存储1024
个1字节的数据。又因为1024=1K
,所以内存IC的容量就是1KB
。
向内存IC读写数据
写入数据
假设我们往内存IC中写入1字节的数据。
可以给 VCC
接入+5V
,给GND
接入0V
的电源
并使用 A0~A9
的 「地址信号」来指定 「数据的存储场所」
然后把数据的值输入给 D0~D7
的数据信号
并 「把 WR
(write
的缩写)信号设定为1」
执行完这些操作,就可以在「内存IC」内部写入数据了。
读取数据
在读取数据时,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
(read
的缩写)信号设成1」即可。执行完这些操作,指定地址中存储的数据就会被输出到D0~D7
的数据信号引脚中。
像WR
和RD
这样可以让IC
运行的信号称为「控制信号」。
❝
「内存IC」内部有大量可以存储8位数据的地方,通过地址指定这些场所,之后即可进行数据的读写。
❞
内存的逻辑模型
❝
内存的逻辑模型是楼房
❞
上图表示的是,内存为1KB
时,有1024
层的楼房,每层都有1字节的数据。并且地址的值是从上往下逐渐变大的。
不过,在实际的「编程环境」下,还包含着物理内存中不存在的概念,那就是「数据类型」。在编程语言中的「数据类型」表示存储的是何种类型的数据。从内存来看,就是占用的内存大小(占有的楼层数)的意思。
❝
即使是「物理」上以1个字节位单位来逐一读取数据的内存,在「程序」中,通过指定其类型,也能实现以「特定字节数」为单位来进行读写
❞
我们通过一个具体示例来进行说明。
下面是一个往a
、b
、c
这三个变量中写入数据123
的C
语言程序,
// 定义变量char a;short b;long c;
// 给变量赋值a = 123;b = 123;c = 123;
这3个变量表示的是内存的特定区域。
❝
通过使用变量,即便不指定「物理地址」,也可以在程序中对内存进行读写。
❞
这是因为,在程序运行时候,操作系统会「自动决定」变量的物理地址。
在3个变量的数据类型分别是
char
:1字节长度
short
:2字节长度
long
:4字节长度
因此,虽然同样是数据123
,存储时其占据的内存大小是不一样的。
上面的示例图中,采用的是「将数据低位存储在内存低位地址」的低字节序 Little Endian方式。
由此,我们可以得出一个结论:「根据程序中所指定的变量的数据类型的不同,读写的物理内存大小也会随之发生变化」。
数组是高效使用内存的基础
❝
「数组」是指多个「同样数据类型」的数据在内存中连续排列的形式。
❞
作为数组元素的各个数据会通过「连续的编号」被区分开来,这个编号称为「索引」。「指定索引后,就可以对该索引对应地址的内存进行读写操作」。
如下用C语言定义char
类型、short
类型、long
类型三个数组。
char g[100];short h[100];long i[100];
数组的定义中所指定的数据类型,表示一次能够读取的内存大小。
❝
数组是使用内存的基本,因为其他的内存使用技能,每一种都需要以数组为基础
❞
栈、队列以及环形缓冲区
❝
栈和队列,都可以不通过指定地址和索引来对数组的元素进行读写。
❞
栈和队列的区别在于「数据出入的顺序是不同的」。在对内存数据进行读写时,「栈」用的LIFO
(Last Input First Out
,「后入先出」)方式,而「队列」用的是FIFO
(First Input First Out
,「先进先出」)方式。
❝
在内存中「预留」出栈和队列所需要的空间,并确定好写入和读出的顺序,就不用再指定地址和索引了
❞
我们假定往栈中写入数据的函数名为Push
,把栈中读出数据的函数名为Pop
使用栈
// 往栈中写入数据Push(123); // 写入123Push(456); // 写入456Push(789); // 写入789
// 从栈中读出数据j = Pop(); // 读出789k = Pop(); // 读出456l = Pop(); // 读出123
❝
当我们需要「暂时」舍弃当前的数据,随后再「恢复」原貌时候,优先选用栈
❞
使用队列
假定往队列中写入数据的函数名为EnQueue
,把栈中读出数据的函数名为DeQueue
// 往栈中写入数据EnQueue(123); // 写入123EnQueue(456); // 写入456EnQueue(789); // 写入789
// 从栈中读出数据m = DeQueue(); // 读出123n = DeQueue(); // 读出456o = DeQueue(); // 读出789
❝
当我们需要处理「通讯」中发送的数据时,或由「同时运行的多个程序」所发送过来的数据时,会用到这种队列中存储的不规则数据进行处理的方法
❞
队列一般是以环形缓冲区Ring Buffer的方式来实现的。
假设我们要有6个元素的数组来实现一个队列。这时可以从数组的「起始位置」开始有序地存储数据,然后再按照存储时的顺序数据读出。在数组的末尾写入数据后,后一个数据就会被写入数据的起始位置(此时数据已经被读出所以该位置是空的)
链表
❝
通过使用链表,可以更加高效地对数组数据(元素)进行「追加」和「删除」处理
❞
在数组的各个元素中,「除了数据的值之外,通过为其附带上下一个元素的索引」,即可实现链表。「数据的值和下一个元素的索引组合在一起」,就构成了数组的一个元素。
由于链表末尾的元素没有「后续」的数据,因此就需要用别的值(这里是-1
)来填充。
在需要追加或删除数据的情况下,使用链表是很高效的。
这里,我们把之前我们针对JS链表相关算法
的一些技巧直接迁移过来了。这里使用「哨兵节点」来对链表操作进行简化处理。
❝
「哨兵节点」是为了简化处理链表「边界条件」而引入的「附加链表节点」
❞
哨兵节点通常位于「链表的头部」,它的值没有任何意义。在一个有哨兵节点的链表中,「从第二个节点开始才真正的保存有意义的信息」。
追加数据
function append(head,value) { // 哨兵节点 let dumy = new ListNode(0); dumy.next = head;
// 遍历链表,直到链表尾部 let node = dumy; while(node.next!=null){ node = node.next; }
node.next = new ListNode(value); return dumy.next;}
首先,创建一个「哨兵节点」(该节点的「值」没有意义 -即ListNode(0)
参数为啥不重要),并把该节点当做链表的头节点,「把原始的链表添加到哨兵节点的后面」(dumy.next = head
)。
然后,返回真正的头节点(哨兵节点的下一个节点)node.next
这里有一个小的注意点,就是在「遍历」链表的时候,并不是直接对dumy
进行处理,而是用了一个「零时游标节点」(node
)。这样做的好处就是,在append
操作完成以后,还可以通过dumy
节点来,直接返回链表的头节点dumy.next
。 因为,dumy
一直没参与遍历过程。
删除数据
❝
为了删除一个节点,需要找到被删除节点的「前一个节点」,然后把该节点的
next
指针指向它「下一个节点的下一个节点」。❞
「哨兵节点」,在删除指定节点
function delete(head ,value){ let dumy = new ListNode(0); dumy.next = head;
let node = dumy; while(node.next!=null){ if(node.next.value==value){ node.next = node.next.next; barek; } node = node.next; } return dumy.next;}
通过哨兵节点(dumy
)直接将「链表为空」和「被删除节点是头节点」的两种特殊情况,直接囊括了。用最少的代码,处理最多的情况
二叉树
「二叉树查找树」是指在链表的基础上往数组中追加元素时,考虑到数据的大小关系,将其分成左右两个方向的表现形式。
❝
二叉查找树使「数据搜索」更有效。
❞
❝
「我们这里不对具体的数据结构进行详细的介绍。如果了解更多关于数据结构的和对应的算法的东西,可以移步到我们之前的文章中。」 总有一款适合你。
❞
后记
「分享是一种态度」。
参考资料:《程序是怎样跑起来的》
「全文完,既然看到这里了,如果觉得不错,随手点个赞和“在看”吧。」
本文由 mdnice 多平台发布
计算机底层知识之内存相关推荐
- 计算机底层知识之CPU
❝ Only the disciplined in life are free. 唯自律者得自由 ❞ 大家好,我是「柒八九」. 想必能看到这篇文章的小朋友,大都是有一定编程能力的「程序媛.程序猿」.无 ...
- 计算机底层知识之二进制
❝ 巴西作家保罗·科埃略的一句话:「如果你想成功,你必须遵守一条规则:永远不要对自己撒谎.」 ❞ 大家好,我是「柒八九」. 今天,我们继续「计算机底层知识」的探索.我们来谈谈关于「二进制」的相关知识点 ...
- 生猛!这篇万字长文,一下子把计算机底层知识说明白了!
点击上方"码农突围",马上关注 这里是码农充电第一站,回复"666",获取一份专属大礼包 真爱,请设置"星标"或点个"在看&quo ...
- 一网打尽:Java 程序员必须了解的计算机底层知识!
公众号后台回复"面试",获取精品学习资料 扫描下方海报了解专栏详情 本文来自公众号读者cxuan的投稿 我们每个程序员或许都有一个梦,那就是成为大牛,我们或许都沉浸在各种框架中,以 ...
- Java程序员需要掌握的计算机底层知识(一):CPU基本组成、指令乱序执行、合并写技术、非同一访问内存 NUMA
一些书籍 读书的原则:不求甚解,观其大略 你如果进到庐山里头,二话不说,蹲下头来,弯下腰,就对着某棵树某棵小草猛研究而不是说先把庐山的整体脉络跟那研究清楚了,那么你的学习方法肯定效率巨低而且特别痛苦, ...
- Java程序员需要掌握的计算机底层知识(四):内存管理
内存管理 单进程DOS时代 DOS时代 - 同一时间只能有一个进程在运行(也有一些特殊算法可以支持多进程) windows9x - 多个进程装入内存存在的问题: 内存不够用 互相打扰 为了解决这两个问 ...
- Java程序员需要掌握的计算机底层知识(五):内核同步方法
内核同步机制 关于同步理论的一些基本概念 临界区(critical area): 访问或操作共享数据的代码段 简单理解:synchronized大括号中部分(原子性) 竞争条件(race condit ...
- Java程序员需要掌握的计算机底层知识(三):进程、线程、纤程、中断
面试高频问题 问:进程和线程有什么区别? 答:进程是一个程序运行起来的状态(运行态),线程是一个进程中不同的执行路径(线程只是其中一个). 更为专业的回答:进程是操作系统用来分配资源的基本单位,线程是 ...
- Java程序员需要掌握的计算机底层知识(二):操作系统、内核、用户态与内核态、系统调用的执行过程
操作系统 启动过程 通电 -> bios uefi 工作 -> 自检 -> 到硬盘固定位置加载bootloader -> 读取可配置信息 -> CMOS CMOS 用来存 ...
最新文章
- Cookie和Session的区别与联系
- 上拉电阻和下拉电阻_硬件基础:下拉电阻和上拉电阻如何工作
- ThinkPHP快捷查询
- 【专题】“莓日一介”之(BlackBerry 7230“经典”)
- mysql自动备份与还原
- 每日一皮:程序员距离人生目标只有一个沟
- python计算每月工资-[Python] 2018新税法下工资计算
- MySQL—数据库表的完整性约束(非外键约束)
- python 单链表是否有回路_第5章 第1节 链表
- 信息学奥赛一本通(1157:哥德巴赫猜想)
- 揭秘自动驾驶纯视觉算法,探索自动驾驶的未来
- [DB2]Linux下安装db2 v9.7
- 配置github的SSH key及GitHub项目上传方式一——使用终端命令行
- [原创]数据库视图介绍和使用
- 尚学堂百战程序员1573题---答案总结第三章 控制语句
- 基于SpringBoot微信公众号的开发
- 60个英文阅读网站强力推荐
- 【100个 Unity踩坑小知识点】| Unity调用API ,动态获取Android权限,附带所有Android权限表格
- APP开发者必备,主流安卓应用商店开发者公司账号注册
- Android自定义控件——模拟抛体加速减速效果
热门文章
- 臭可乐,怎么才能让你不吃便便呢,唉
- 如何在几百万qps的网关服务中实现灵活调度策略
- 安卓手游脚本开发!闭关在家37天“吃透”这份345页PDF,已开源
- kaggle实战—泰坦尼克(四、数据可视化)
- 联发科:心态决定未来走势
- 如何用PPT画出好看的科研图
- jquery UI 隐藏关闭按钮
- STM32 内部Flash读写 程序源码 [已验证]
- mysql error 1_mysql 启动错误(InnoDB: Operating system error number 1
- html5 拉弓,瞄准 拉弓 射出梦想