軟件是如何控制硬件的.doc

軟件是如何控制硬件的關于這個問題，我已搜索了大量資料，但我的疑問是：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？都說軟件通過二進制數(shù)0，1控制硬件，0,1也不過是數(shù)學符號，說到底還是虛擬的信號，這些虛擬的信號時如何控制實體硬件的？都說0，1控制電路的關和開，0,1這兩個虛擬的數(shù)學符號如何控制實體的電路的開和關？計算機組成原理，計算機體系結構二進制在內部就是高低電平，通過時鐘脈沖組成時序控制信號，經(jīng)過控制器，微控器等一些部件控制門電路的開合，完成各種操作。而軟件呢，其實也就是一塊塊的，什么操作調用什么代碼，然后把轉換為底層的代碼讓硬件執(zhí)行軟件是如何控制硬件的？ 軟件在工作的時候也是實體，軟件的實質就是電流信號，用電壓的高低代表不同是信息，用這些電流信號去控制邏輯電路的通斷，靠邏輯電路的通斷來控制硬件的工作。 說到底軟件就是起到一個開關信號的作用，開關要工作，必需保證硬件是加電的，沒有接通電源的硬件是無法用軟件來控制的。就好比沒有插上電源的臺燈，你怎么按開關都是不會亮的。 任何軟件在運行前都要有一個將其轉化為電流信號的實體化過程，你寫在紙上的軟件代碼是永遠也不能控制硬件的。早期電腦用人工接線輸入程序，相當于用人體的力量將軟件代碼實體化為電信號；現(xiàn)在我們用的軟盤、硬盤是通過磁頭將程序代碼轉化為電信號，光盤需要通過光頭將程序代碼轉化為電信號等等。簡單來說，就是C語言會被編譯成機器語言，由CPU I/O口輸入，CPU其實只是做二進制加法運算。它本身不會去處理任何程序。通過基本的加法運算，將結果反饋會程序，程序通過這個值去控制其他硬件。你可以看到芯片其實有各種引腳，有些是8個一組的I/O，有些是控制中斷器，有些是計時器，電腦給引腳正電平時，這些中斷器，計時器就開始工作了。我的理解是這樣的：軟件和硬件配合工作的過程，就好比司機開車。司機是軟件，方向盤、排擋、油門、剎車、雨刮器等等就執(zhí)行具體功能的是硬件。只有在司機軟件的有序組織和正確命令之下，硬件才會做出正確的動作，完成正確的任務。沒有軟件，再好的硬件也只是死的擺設而已。具體來說，以通用計算機系統(tǒng)為例：內存、CPU、顯卡、顯示器、聲卡等等這些硬件通過主板(主板本身也是硬件)接口和數(shù)據(jù)線鏈接合理地組織在一起之后，加載電壓，通過軟件的組織和協(xié)調，各個硬件執(zhí)行相應的任務。操作系統(tǒng)(例如Windows 7/8)就是一個最大的軟件系統(tǒng)。我們看到的軟件，都有漂亮的界面和顏色，選擇軟件上的選項和按鈕，然后執(zhí)行，軟件就會按照編程時設定好的邏輯產生電流控制信號，通過數(shù)據(jù)線傳道到相應的硬件那里，去控制邏輯電路的“接通”和“斷開”狀態(tài)，從而控制硬件執(zhí)行相應的動作。每個硬件都有自己的地址和名稱，軟件發(fā)出的電流控制信號會準確地找到相關硬件，二進制代碼的控制信號就是一些列0和1的組合。例如：軟件想讓顯卡在顯示器的某個區(qū)域顯示紅色，就會把顯示區(qū)域的位置信息和顏色編碼組合起來告訴顯卡，顯卡接到這個命令以后，就照章執(zhí)行，把執(zhí)行命令也是通過數(shù)據(jù)線傳到顯示器上，顯示器接到控制信號后，在相應的區(qū)域顯示紅色。再比如我們要在軟件上播放一首MP3的歌曲，就會選擇這首歌，然后點播放按鈕，這是軟件界面上執(zhí)行的動作。而軟件后臺執(zhí)行的則是先通過地址去硬盤上讀取這首歌的內容，把它臨時存在內存中，然后把這首MP3的內容加上播放的命令一起組合成0和1的電流控制信號傳給聲卡，聲卡接到信號后，處理聲音，根據(jù)聲卡硬件的工作流程，其處理的結果就會傳到音箱硬件上播放出來。硬件本身可能是很復雜的，例如電腦的中央處理器CPU，上面集成了上億個處理和計算單元。復雜歸復雜沒關系，軟件控制它的原理和邏輯是很簡單的，就是上面描述的發(fā)出電流信號去控制它計算單元的工作狀態(tài)和接收計算結果就行了。計算機軟件在計算機內部無非也就是一堆01代碼，作用于硬件也是因為這些01代碼，這相對比較復雜的 舉個例子說：打印機，它有自己的端口地址，當你點擊打印的時候，系統(tǒng)會把這個指令傳到它的端口，給它加上一組高低電壓。 安裝軟件的過程除了把軟件拷到電腦上之外，剩下的還有給操作系統(tǒng)作個標記（在注冊表內注冊） 系統(tǒng)為每個硬件設備留下了端口地址，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 也無非是幾個指令而已，對它而言就是幾個高低電壓組成的，用軟件控制就是發(fā)給它幾個特殊的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。計算機智能識別0和1，也就是高低電信號。它跟軟件是通過I/O（即基本輸入輸出）進行通信（可以理解為觸發(fā)，你可以想象成家里的電燈開和關）。而軟件要想讓硬件識別就必須要轉換成0和1的高低電平，讓CPU一條一條去執(zhí)行。0和1稱為計算機語言。所以不管你任何軟件用何種語言編寫的程序，它最終都要轉換成0和1的高低電平讓CPU處理。（你不理解的話可以把CPU理解成人的大腦，比如我想去關燈，那大腦就會告訴我去按下電燈按鈕）就比如鍵盤上的數(shù)字按下代表相應的脈沖施加在特定位置，之后可以控制相應的顯示和動作，這個我懂。但軟件是通過大量代碼實現(xiàn)十分復雜的動作，且它的核心是軟件。我的疑問1，代碼通過什么途徑控制硬件（比如成像系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)），且如何給代碼賦予相應的脈沖。簡單說游戲軟件，實現(xiàn)了大量復雜的顯示和操作，它通過什么途徑控制的。有人能解釋一下嗎？軟件自上到下，有應用軟件，系統(tǒng)軟件，還有固化在硬件內部的指令。應用軟件面對用戶，一般不能直接控制硬件；系統(tǒng)軟件預留有與應用軟件的接口，能控制硬件。固定在硬件內部的指令是硬件啟動時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的內部的指令暫存器和數(shù)據(jù)暫存器讀取到相關的指令代碼，指令暫存器再根據(jù)指令讓內部硬件完成相關操作，再接收下一條指令代碼。軟件的作用就是產生一系列這樣的代碼，完成軟件的任務。比如Excel是應用軟件，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，最終就是通過類似的東西/機制儲存的；所謂“指令”，其實就是“某個命令碼“（一般叫機器碼），這個”命令碼”會改變CPU內部一堆“開關”的狀態(tài)，以激活不同的電路如果CPU不過是一堆開關的話，它為什么能“聽懂”類似“加法”“do.while”這類高大上的復雜指令、甚至做出office、photoshop甚至人工智能這樣神奇的東西呢？這些高大上的語義，是怎么被電路所理解的呢？比如說，CPU，它根本上其實只會三招：與、或、非別看CPU只會這三板斧；可當它們巧妙的組合起來后（構造成計數(shù)器、指令寄存器等等等等再組合成CPU），就達到了圖靈完備的要求，產生了質變而CPU指令集呢，則形成了另外一個強大得多的圖靈機，這就是機器碼（和匯編指令幾乎一一對應）；然后呢，諸如c/c+、java等高級語言，就是利用CPU指令集形成的、另一個更加強大的圖靈機（編譯器/解釋器負責兩種圖靈機之間的翻譯工作）。而程序員們研究的，就是如何用編程語言這樣一個強大的圖靈機，去實現(xiàn)office、photoshop、wow甚至人工智能這樣復雜的事物。這也是一個層層模擬的過程。軟件控制硬件，也是類似的原理。前