軟件是如何控制硬件的.doc

軟件是如何控制硬件的關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，我已搜索了大量資料，但我的疑問(wèn)是：1代表高電平，0代表低電平，那么1到底是如何代表高電平的？0又是怎么代表低電平的？都說(shuō)軟件通過(guò)二進(jìn)制數(shù)0，1控制硬件，0,1也不過(guò)是數(shù)學(xué)符號(hào)，說(shuō)到底還是虛擬的信號(hào)，這些虛擬的信號(hào)時(shí)如何控制實(shí)體硬件的？都說(shuō)0，1控制電路的關(guān)和開(kāi)，0,1這兩個(gè)虛擬的數(shù)學(xué)符號(hào)如何控制實(shí)體的電路的開(kāi)和關(guān)？計(jì)算機(jī)組成原理，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)二進(jìn)制在內(nèi)部就是高低電平，通過(guò)時(shí)鐘脈沖組成時(shí)序控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)控制器，微控器等一些部件控制門(mén)電路的開(kāi)合，完成各種操作。而軟件呢，其實(shí)也就是一塊塊的，什么操作調(diào)用什么代碼，然后把轉(zhuǎn)換為底層的代碼讓硬件執(zhí)行軟件是如何控制硬件的？ 軟件在工作的時(shí)候也是實(shí)體，軟件的實(shí)質(zhì)就是電流信號(hào)，用電壓的高低代表不同是信息，用這些電流信號(hào)去控制邏輯電路的通斷，靠邏輯電路的通斷來(lái)控制硬件的工作。 說(shuō)到底軟件就是起到一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)的作用，開(kāi)關(guān)要工作，必需保證硬件是加電的，沒(méi)有接通電源的硬件是無(wú)法用軟件來(lái)控制的。就好比沒(méi)有插上電源的臺(tái)燈，你怎么按開(kāi)關(guān)都是不會(huì)亮的。 任何軟件在運(yùn)行前都要有一個(gè)將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)的實(shí)體化過(guò)程，你寫(xiě)在紙上的軟件代碼是永遠(yuǎn)也不能控制硬件的。早期電腦用人工接線(xiàn)輸入程序，相當(dāng)于用人體的力量將軟件代碼實(shí)體化為電信號(hào)；現(xiàn)在我們用的軟盤(pán)、硬盤(pán)是通過(guò)磁頭將程序代碼轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，光盤(pán)需要通過(guò)光頭將程序代碼轉(zhuǎn)化為電信號(hào)等等。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是C語(yǔ)言會(huì)被編譯成機(jī)器語(yǔ)言，由CPU I/O口輸入，CPU其實(shí)只是做二進(jìn)制加法運(yùn)算。它本身不會(huì)去處理任何程序。通過(guò)基本的加法運(yùn)算，將結(jié)果反饋會(huì)程序，程序通過(guò)這個(gè)值去控制其他硬件。你可以看到芯片其實(shí)有各種引腳，有些是8個(gè)一組的I/O，有些是控制中斷器，有些是計(jì)時(shí)器，電腦給引腳正電平時(shí)，這些中斷器，計(jì)時(shí)器就開(kāi)始工作了。我的理解是這樣的：軟件和硬件配合工作的過(guò)程，就好比司機(jī)開(kāi)車(chē)。司機(jī)是軟件，方向盤(pán)、排擋、油門(mén)、剎車(chē)、雨刮器等等就執(zhí)行具體功能的是硬件。只有在司機(jī)軟件的有序組織和正確命令之下，硬件才會(huì)做出正確的動(dòng)作，完成正確的任務(wù)。沒(méi)有軟件，再好的硬件也只是死的擺設(shè)而已。具體來(lái)說(shuō)，以通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為例：內(nèi)存、CPU、顯卡、顯示器、聲卡等等這些硬件通過(guò)主板(主板本身也是硬件)接口和數(shù)據(jù)線(xiàn)鏈接合理地組織在一起之后，加載電壓，通過(guò)軟件的組織和協(xié)調(diào)，各個(gè)硬件執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。操作系統(tǒng)(例如Windows 7/8)就是一個(gè)最大的軟件系統(tǒng)。我們看到的軟件，都有漂亮的界面和顏色，選擇軟件上的選項(xiàng)和按鈕，然后執(zhí)行，軟件就會(huì)按照編程時(shí)設(shè)定好的邏輯產(chǎn)生電流控制信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)傳道到相應(yīng)的硬件那里，去控制邏輯電路的“接通”和“斷開(kāi)”狀態(tài)，從而控制硬件執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。每個(gè)硬件都有自己的地址和名稱(chēng)，軟件發(fā)出的電流控制信號(hào)會(huì)準(zhǔn)確地找到相關(guān)硬件，二進(jìn)制代碼的控制信號(hào)就是一些列0和1的組合。例如：軟件想讓顯卡在顯示器的某個(gè)區(qū)域顯示紅色，就會(huì)把顯示區(qū)域的位置信息和顏色編碼組合起來(lái)告訴顯卡，顯卡接到這個(gè)命令以后，就照章執(zhí)行，把執(zhí)行命令也是通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)傳到顯示器上，顯示器接到控制信號(hào)后，在相應(yīng)的區(qū)域顯示紅色。再比如我們要在軟件上播放一首MP3的歌曲，就會(huì)選擇這首歌，然后點(diǎn)播放按鈕，這是軟件界面上執(zhí)行的動(dòng)作。而軟件后臺(tái)執(zhí)行的則是先通過(guò)地址去硬盤(pán)上讀取這首歌的內(nèi)容，把它臨時(shí)存在內(nèi)存中，然后把這首MP3的內(nèi)容加上播放的命令一起組合成0和1的電流控制信號(hào)傳給聲卡，聲卡接到信號(hào)后，處理聲音，根據(jù)聲卡硬件的工作流程，其處理的結(jié)果就會(huì)傳到音箱硬件上播放出來(lái)。硬件本身可能是很復(fù)雜的，例如電腦的中央處理器CPU，上面集成了上億個(gè)處理和計(jì)算單元。復(fù)雜歸復(fù)雜沒(méi)關(guān)系，軟件控制它的原理和邏輯是很簡(jiǎn)單的，就是上面描述的發(fā)出電流信號(hào)去控制它計(jì)算單元的工作狀態(tài)和接收計(jì)算結(jié)果就行了。計(jì)算機(jī)軟件在計(jì)算機(jī)內(nèi)部無(wú)非也就是一堆01代碼，作用于硬件也是因?yàn)檫@些01代碼，這相對(duì)比較復(fù)雜的 舉個(gè)例子說(shuō)：打印機(jī)，它有自己的端口地址，當(dāng)你點(diǎn)擊打印的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)把這個(gè)指令傳到它的端口，給它加上一組高低電壓。 安裝軟件的過(guò)程除了把軟件拷到電腦上之外，剩下的還有給操作系統(tǒng)作個(gè)標(biāo)記（在注冊(cè)表內(nèi)注冊(cè)） 系統(tǒng)為每個(gè)硬件設(shè)備留下了端口地址，軟件作用于硬件首先是把指令傳送到他的端口地址。而硬件的工作 也無(wú)非是幾個(gè)指令而已，對(duì)它而言就是幾個(gè)高低電壓組成的，用軟件控制就是發(fā)給它幾個(gè)特殊的01組合代碼。軟件的工作就是給這樣的硬件編程。規(guī)定，什么樣的操作用什么樣的代碼而已。計(jì)算機(jī)智能識(shí)別0和1，也就是高低電信號(hào)。它跟軟件是通過(guò)I/O（即基本輸入輸出）進(jìn)行通信（可以理解為觸發(fā)，你可以想象成家里的電燈開(kāi)和關(guān)）。而軟件要想讓硬件識(shí)別就必須要轉(zhuǎn)換成0和1的高低電平，讓CPU一條一條去執(zhí)行。0和1稱(chēng)為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。所以不管你任何軟件用何種語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，它最終都要轉(zhuǎn)換成0和1的高低電平讓CPU處理。（你不理解的話(huà)可以把CPU理解成人的大腦，比如我想去關(guān)燈，那大腦就會(huì)告訴我去按下電燈按鈕）就比如鍵盤(pán)上的數(shù)字按下代表相應(yīng)的脈沖施加在特定位置，之后可以控制相應(yīng)的顯示和動(dòng)作，這個(gè)我懂。但軟件是通過(guò)大量代碼實(shí)現(xiàn)十分復(fù)雜的動(dòng)作，且它的核心是軟件。我的疑問(wèn)1，代碼通過(guò)什么途徑控制硬件（比如成像系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)），且如何給代碼賦予相應(yīng)的脈沖。簡(jiǎn)單說(shuō)游戲軟件，實(shí)現(xiàn)了大量復(fù)雜的顯示和操作，它通過(guò)什么途徑控制的。有人能解釋一下嗎？軟件自上到下，有應(yīng)用軟件，系統(tǒng)軟件，還有固化在硬件內(nèi)部的指令。應(yīng)用軟件面對(duì)用戶(hù)，一般不能直接控制硬件；系統(tǒng)軟件預(yù)留有與應(yīng)用軟件的接口，能控制硬件。固定在硬件內(nèi)部的指令是硬件啟動(dòng)時(shí)的代碼和一些很常用的指令，執(zhí)行速度很快。軟件控制硬件的原理，CPU的內(nèi)部的指令暫存器和數(shù)據(jù)暫存器讀取到相關(guān)的指令代碼，指令暫存器再根據(jù)指令讓內(nèi)部硬件完成相關(guān)操作，再接收下一條指令代碼。軟件的作用就是產(chǎn)生一系列這樣的代碼，完成軟件的任務(wù)。比如Excel是應(yīng)用軟件，Windows是系統(tǒng)軟件，最終送到CPU執(zhí)行的是一系列的指令。你敲入的任何東西，最終就是通過(guò)類(lèi)似的東西/機(jī)制儲(chǔ)存的；所謂“指令”，其實(shí)就是“某個(gè)命令碼“（一般叫機(jī)器碼），這個(gè)”命令碼”會(huì)改變CPU內(nèi)部一堆“開(kāi)關(guān)”的狀態(tài)，以激活不同的電路如果CPU不過(guò)是一堆開(kāi)關(guān)的話(huà)，它為什么能“聽(tīng)懂”類(lèi)似“加法”“do.while”這類(lèi)高大上的復(fù)雜指令、甚至做出office、photoshop甚至人工智能這樣神奇的東西呢？這些高大上的語(yǔ)義，是怎么被電路所理解的呢？比如說(shuō)，CPU，它根本上其實(shí)只會(huì)三招：與、或、非別看CPU只會(huì)這三板斧；可當(dāng)它們巧妙的組合起來(lái)后（構(gòu)造成計(jì)數(shù)器、指令寄存器等等等等再組合成CPU），就達(dá)到了圖靈完備的要求，產(chǎn)生了質(zhì)變而CPU指令集呢，則形成了另外一個(gè)強(qiáng)大得多的圖靈機(jī)，這就是機(jī)器碼（和匯編指令幾乎一一對(duì)應(yīng)）；然后呢，諸如c/c+、java等高級(jí)語(yǔ)言，就是利用CPU指令集形成的、另一個(gè)更加強(qiáng)大的圖靈機(jī)（編譯器/解釋器負(fù)責(zé)兩種圖靈機(jī)之間的翻譯工作）。而程序員們研究的，就是如何用編程語(yǔ)言這樣一個(gè)強(qiáng)大的圖靈機(jī)，去實(shí)現(xiàn)office、photoshop、wow甚至人工智能這樣復(fù)雜的事物。這也是一個(gè)層層模擬的過(guò)程。軟件控制硬件，也是類(lèi)似的原理。前