1.计算机的底层:

c盘D盘:磁盘的分区
磁盘能做到数据的长期存储
核心组件及性能参数
- 运算单元
- CPU(中央处理器):包含运算器和控制器,执行指令的核心部件,处理速度最快(0.2纳秒)
- 内存:临时存储运行中的数据和指令,访问速度中等(20纳秒)
- 存储设备:
- 磁盘/固态硬盘:用于长期数据存储,访问速度较慢(30-50毫秒)
- 时间单位换算:1秒=1000毫秒=10^9纳秒,1毫秒=10^6纳秒
- 程序执行流程(以Hello.java为例)
- 源代码编译为Hello.class二进制文件
- 二进制文件存储于磁盘分区(如D盘、C盘)
- 运行时将指令和数据加载至内存
- CPU执行内存中的指令
- 数据存储机制 通过启动程序等机制,实现内存与磁盘间的数据交换,确保数据的持久化存储。
2.磁盘如何存储数据:

一、磁盘数据存储与读取
- 存储原理:利用磁体的南北极(S、N)来表示二进制数据(如 "1010"),通过这种磁信号的方式将数据长期存储在磁盘的磁道(同心圆结构)中。
- 读取原理:磁盘读取数据时,先将磁信号转换为电信号,经转换器处理后获取数据。
二、内存数据存储特点
内存通过电容(类似电池的结构)来存储数据,其特点是电脑关机后数据会消失,这是因为电容存储的电荷在断电后无法保持,所以内存仅用于临时存储数据。
存储设备 | 存储原理 | 数据持久性 |
---|---|---|
磁盘 | 磁信号(南北极) | 长期存储 |
内存 | 电容(电荷) | 关机后消失 |
3.java程序在内存当中的运行过程:

一、Java 程序的编译与加载流程
- 编译阶段 :使用
javac
命令将Hello.java
源代码文件编译为Hello.class
字节码文件,该文件以二进制形式存储于磁盘 - 加载阶段 :JVM 将
Hello.class
文件从磁盘加载到内存的方法区,保留完整的类二进制信息
二、数据的存储与编码
- 源代码存储 :
int a = 10;
这样的源代码以utf-8
编码存储在磁盘的Hello.java
文件中,通过utf-8
编码表将字符转换为二进制(如i
对应01101001
等)。 - 内存中数据表示 :变量
a
在内存中以十六进制和二进制形式存储,a
的数值10
对应二进制00000000000000000000000000001010
。
三、Java 内存结构(运行时数据区)
内存分为栈 、堆 和方法区:
- 栈:用于存储局部变量等运行时数据。
- 堆:用于存储对象等动态分配的内存。
- 方法区:存储类的二进制信息、常量池等。
阶段 / 区域 | 内容 / 作用 |
---|---|
编译 | javac 将.java 编译为.class |
加载 | .class 文件加载到方法区 |
源代码编码 | 以utf-8 将字符转为二进制 |
内存数据表示 | 变量以十六进制、二进制在内存存储 |
栈 | 存储局部变量 |
堆 | 存储对象 |
方法区 | 存储类的二进制信息等 |
4.操作系统:

一、硬件与指令传输
- 计算机硬件通过复杂的逻辑电路 (元器件 A、B)实现功能,导线中传输的是高低电压 ,以此表示二进制的 0 和 1,进而构成二进制指令(如机器语言中的
0110: 加法
、1110: 移动
等)。
二、编程语言的层级转换
- 机器语言:由二进制指令组成,是计算机直接识别的语言。
- 汇编语言 :通过汇编器将汇编指令(如
add
)转换为机器语言。 - 高级语言(C 语言):通过编译器将 C 语言代码转换为汇编语言,再进一步转换为机器语言,最终在内存条中执行。
三、操作系统架构
- 操作系统内核 :包含多个驱动器,计算机中每个硬件都对应一个驱动器,用于管理硬件资源。
- 软件层:运行各类应用程序,市面上常见的操作系统有 Windows、Linux、MACOS、Android、鸿蒙等。
层级 / 部分 | 内容 / 作用 |
---|---|
硬件逻辑电路 | 传输高低电压,表示二进制 0 和 1 |
机器语言 | 二进制指令,计算机直接执行 |
汇编语言 | 通过汇编器转换为机器语言 |
C 语言 | 通过编译器转换为汇编语言 |
操作系统内核 | 含多个驱动器,管理硬件 |
常见操作系统 | Windows、Linux、MACOS、Android、鸿蒙 |