为什么叫计算机
计算机就是能够计算的机器，既然是计算，那就是计算数字，一切的我们看到的各种计算机相关的东西，最终都是转换成数字来做。这篇文件会讲到关于计算机相关的CPU、内存、显示器、硬盘这几个的关于数据的运行原理。码字不易，先来一波三连吧。
为什么叫数据
一个数字叫数字，两个数字还是叫数字，n个数字叫数据。什么是数据呢？一个字符串是数据，2个字符串也是数据，n个字符串也是数据。视频是数据，音频是数据，图片是数据，文件是数据，一切的文件都是数据。不同的是，文件的数据格式不同，文件格式不同，写文件格式的软件不同，读文件的软件不同，展示和操作文件的格式不同。
字符串与 ASCII 表示
计算机本质上只能处理数字，那么像 abc 这样的字符串是如何存储的呢？答案是用数字编码。最常见的一种编码方式是 ASCII码（American Standard Code for Information Interchange），它为每个字符分配一个唯一的数字。例如，小写字母 a 的 ASCII 值是 97，b 是 98，c 是 99。因此，字符串 "abc" 在计算机中会被表示为一串数字 [97, 98, 99]。当计算机需要显示它时，会把这些数字再翻译回字母，最终呈现出我们看到的 abc。这就是"字符数字化"的基本原理。
二进制与进制转换
计算机世界里没有 2、3、4......只有 0 和 1。这是因为底层电子元件只有通电与断电两种状态。数字 97（字母 a 的 ASCII 值）在二进制中就是 1100001。同样，字符串 "abc" 的存储方式是 [1100001, 1100010, 1100011]。理解二进制是理解计算机数据原理的第一步。
存储单位与数据大小
计算机中的一切数据都是由 0 和 1 组成的。最小的存储单位是 位（bit） ，每个 0 或 1 就是一个位。为了方便管理，计算机把 8 个位组合成一个更大的单位，叫做 字节（Byte） ，简称 B 。一个字母 a 的二进制码需要 1 个字节来存储。
当数据越来越多时，我们需要更大的单位：
- 1KB = 1024B
- 1MB = 1024KB
- 1GB = 1024MB
- 1TB = 1024GB
为什么是 1024 而不是 1000？因为计算机使用二进制，1024 恰好是 2 的 10 次方。这样，电影、音乐、图片等文件的大小才能被清晰地描述和管理。
CPU
CPU 有寄存器，寄存器用来存数据的，然后拿去给运行单元运算。一个寄存器可以存32位，即4字节的数据。这就是为什么C语言的int刚好是32位，编译成汇编代码就是一个int放入一个寄存器。一个CPU有很多个寄存器，还有多个核，还有高速缓存等，总之最简单的原理就是寄存器和运算了。这样编程的加减乘除靠的是寄存器和运算单元。还有一个JMP指令，程序的循环还有函数，全靠这个做支持，有了这个东西，就可以在4GB的内存上跳来跳去。基本上C语言，就能实现了，C语言是转成汇编语言了，可以了解一下汇编的基础语法，计算机基础导论教的就是我讲的这个，懂这个原理对理解计算机有很大的帮助。
内存
为什么需要内存呢？因为CPU很快，硬盘很慢，硬盘可以存很多数据，但是像乌龟在爬，内存相当于中间件，是个兔子，跑的很快，CPU主要跟内存打交道，打开软件的时候，都是先把数据在硬盘加载到内容，然后才进行运算处理的，这个过程是批量加载，具体都有各自的实现原理，有需要自己再深入了解。
硬盘
硬盘其实和内存一样，都是一个很长的数据格子，比如1TB就是1TB那么长，还可以想象成为一个立体的仓库，空间是1TB。通常我们硬盘有分区，格式化，用立体来理解就是一个办公楼有1楼，2楼，3楼。原理是一样的。都是数据格式，按约定的格式来读写。硬盘里用的是驱动来读写，硬盘上面跑的是操作系统和文件系统，还有系统调用接口函数，如fopen，其实都是系统成实现好了，你直接用就可以，里面的过程不用理。一个文件，其实也是连续的数据个字，比如1KB，你可以讲里面的数据一个一个读出来，想怎么读写就怎么读写。其实就是俄罗斯套娃，没什么新花样，一层套一层。
显示器
显示器也简单，还是数据，屏幕实际上就是一些二维的点组成的，比如分辨率1920*1680，他就是这个方便分辨率相乘的结果那么长的数据，每个点存4字节的数据，有多长自己计算一下就知道了。显示原理也简单，就是实时不断往显示器的内存区写数据，要显示什么，可以是绘制好的数据，也可以是图片数据，无法是通过简单复杂的程序，绘制出图像的信息，在转到显示器区显示。懂这个的话，图片的原理，视频的原理，界面的原理，动画引擎，游戏引擎，浏览器引擎等等，都是这个原理。没有什么新花样，各自的实现和规则不同而已。
数据结构
数据结构就是一段数据千变万化的各种结构和运用规则，文件数据格式同理。数据本身是数字、字符或二进制，但当我们要存储、查找、排序或处理这些数据时，就需要一种结构来管理它。简单来说，数据结构是"数据的排列方式"和"操作规则"的集合。
举几个例子：
- 数组（Array）：数据按顺序排列，每个数据都有固定编号（索引），方便快速访问。
- 链表（Linked List）：数据分散存储，每个数据都指向下一个数据，方便插入和删除。
- 栈（Stack）：先进后出，像一摞盘子，只能从顶端操作。
- 队列（Queue）：先进先出，像排队买票，从前面取数据，从后面加入数据。
- 树（Tree）：数据呈分支状组织，每个节点可以有子节点，用于表示层级关系或快速查找。
- 图（Graph）：数据和数据之间有复杂关系，用于表示网络、地图或社交关系等。
不同的数据结构适合不同的应用场景。算法在这些结构上运行，才能高效处理数据。比如搜索、排序、路径规划、资源调度等，都是建立在合理的数据结构之上的。可以说，理解数据结构就是理解数据千变万化的组织方式和运用规则，是计算机科学的核心基础之一。
网络与数据传输
计算机不仅处理内部数据，也需要和其他计算机交换信息。这就需要网络。网络中的数据也是由 0 和 1 组成，只不过这些数据被分成一个个小包（Packet）在网络中传输。每个包里有数据内容，还有来源和目的地址，就像邮寄信件一样。
当你发一条消息或打开网页，计算机会把数据拆分成小包，通过网线、光纤或者无线信号发送到另一台计算机，接收方再把小包组装回原来的信息。为了保证数据完整，网络协议会校验每个包是否丢失或出错，如果丢失就重新发送。
网络传输速度有快有慢，影响因素包括带宽、延迟和网络拥堵。理解数据在网络中传输的原理，有助于理解网页加载、视频播放、游戏联机等现象背后的本质：所有数据都是数字，按规则搬运到目的地，然后再翻译成我们能理解的内容。
数据压缩与编码
计算机中的数据可以非常庞大，比如一部电影可能有几十 GB。为了节省存储空间和传输时间，就需要压缩。压缩的原理是把重复或不必要的数据用更短的方式表示，例如，把连续的相同字符 "AAAAAA" 用 "6A" 表示。
不同类型的数据有不同的压缩方式：文本可以用字符编码优化，图片可以用 JPEG 压缩，音频和视频可以用 MP3、H.264 等算法。压缩既能减小体积，也可以加快传输速度。
编码则是把数据按一定规则转换成计算机能理解的格式。例如，文字用 ASCII 或 UTF-8 编码，图片用 BMP、PNG 编码，视频用 MP4 编码。正确的编码和解码保证了数据传输和存储的正确性。
简单理解：压缩是让数据更小，编码是让数据更规范、可读、可处理。掌握这两个概念，可以更好理解文件存储和网络传输的效率。
键盘、鼠标、手指触摸
键盘就是对应的键按下，系统就接受到应该信号数据，然后我们编程对这个数据进行监听，触发相应的操作，每个键有对应的字，通过重复的数据和监听，配合显示器的显示，就完成的数据。鼠标懂了显示器原理，实际上鼠标就是在屏幕绘制出鼠标，监听鼠标的相对移动，点击操作的，和键盘原理一样。手指触碰等其实原理也是相同的，就是硬件不同而已。
好了，今天给大家讲的就到这里，我是老虎，一个老龄创业程序员，我做了一个编程学习网站，叫好酷网，里面有技术博客，要写博客可以来找我，还有代码可视化工具，开发者路线图，以及程序员相关的工具。我还有在免费指导学生学编程，有兴趣的可以找我交流，当然也准备做一个付费的，带学员做项目，想做什么项目就做什么项目。