神经质硬盘

我这个程序一直在硬盘上睡大觉，这个传统的机械硬盘容量超大，但是却非常脆弱。

每当他移动磁头，读取数据的时候，他就在那里不断祈祷：千万别有什么大的震动啊。

时间久了，他就变得神神叨叨的，这也不能怪他，因为他那铝合金制成的盘片在高速旋转，每分钟要转几千甚至上万圈，磁头悬浮在盘片上方滑来滑去，经常需要在毫秒级的时间内滑到指定位置，磁头和盘片之间的距离是以纳米来计算的，实在是太近了，一不小心就会出错。

多个盘片摞在一起(当然对应多个磁头)，被封装在硬盘内，在一尘不染的环境内高速旋转。

在盘片上涂着薄薄的一层磁性材料， 这些磁性材料像无数个小磁铁，都有南极和北极。让人惊奇的是，所有的数据，都是由这些“小磁铁”来存储。

硬盘最常做的事情就是用磁头去读写这些“小磁铁”，看看是南极(S)还是北极(N)，由此来确定是0还是1。

所有的数据在硬盘中只能以二进制的方式(0或者1)来存储，包括我这段程序。

(图片来源：https://www.computerhope.com/jargon/h/harddriv.htm，这是一种垂直的数据记录方式，还有一种是水平的方式)

健忘症患者内存

整天窝在硬盘上实在是没什么意思，我挺期待出去走走，比如到内存去逛逛。 另外一段程序给我说：“你要小心，到了内存，你的存储形式就要发生变化了。”

“什么变化?”

“内存是个纯电子的结构，没有机械部分，又稳定又快!”

“这不挺好嘛!” 我说道。

“内存中就不是‘小磁铁’了，他是由一个个电容+访问晶体管组成。每个电容可以存储1bit的数据，即0或者1。”

(来源： https://www.youtube.com/watch?v=PVad0c2cljo)

“太好了，我正好想去体验下不同的人生!” 我说。

“你要小心，这些电容中的电荷过一段时间就会丢失，电势不足，数据也就丢失了。因此内存得周期性地读出、然后重写来刷新电容的电荷，这样才能把数据给保持住。可悲的是这个刷新的操作一直要持续到数据改变或者断电。这就是为什么内存被大家称为‘健忘者’的原因。”

我丝毫不担心，人类既然这么设计，肯定能保证数据的完整性。

(码农翻身注：RAM分为两类，一类是静态RAM，一类是动态RAM，前者不用刷新就能保存数据，但是造价高，只在高速缓存中使用。)

CPU阿甘

终于有一天，CPU阿甘又对DMA控制器发出了指令，让他从硬盘把我这个程序搬到内存。

他总是这样，从来不亲力亲为，总是把任务交代给DMA以后，自己就忙着干别的事情去了。

硬盘和内存刚开始还不理解，为什么要这么做呢?后来他们看到了阿甘那令人咂舌的运算速度，比内存快几百倍，比硬盘快几十万倍。 他们俩就明白了，CPU阿甘如果等着他们去搬运数据，那得等好几个月才行。

硬盘找到了我这段程序，判断是南极还是北极，他们是 ......SNNSSSSN......，也就是......01100001......。

DMA控制器把它们搬进入了内存，我摇身一变，成为了电容中的电荷。

内存则开始辛辛苦苦，不断地刷新这些电容，防止数据丢失。

当然，我们这些二进制数据不会在内存的电容中呆着不走，我们马上就通过总线奔向下一个目的地：显卡。

显卡

第一次来到显卡这里，我发现简直就是一个独立的王国：有自己的GPU, 显存，甚至还有一个BIOS。

就拿GPU来说吧，居然像阿甘一样配备了高级装备：风扇! 足能显出其高贵的地位。 这也没办法，人家要渲染图形图像，必须执行复杂的数学和几何运算，发热量大嘛。

由于图形图像不是一下子就能生成的，需要有个地方暂存数据，于是显卡就装备了显存。

如果显卡有独立的显存还行，有些集成的显卡居然和内存来争夺地盘，内存还不得不划出来一块儿给他，实在是让人无语。

对了，显存中还有一块区域叫做“帧缓冲区”，这是图像传输的一个关键区域，显卡所生成的一帧画面会先被写入帧缓冲区。而一台 72Hz 的显示器每秒能够显示 72 幅画面，也就是说每 1/72 秒(当显示器刷新完一幅画面时)，显卡就需要把缓冲区的内容通过特定接口发给显示器。

如果接口是数字信号，那就比较简单，直接把显存的数据输出即可。

如果接口不幸是模拟的(比如VGA)，那显卡还需要完成一个额外的步骤：数模转换。

我比较好奇，问道：“为什么要做数模转换?”

显卡说：“模拟信号你懂不懂?不懂啊，举个例子，假设显示器所要求的电压的变化是[100V ,200V]，你不可能从100V一下子跳到200V吧，肯定是连续变化的，这就是模拟的信号。我们整天面对的都是0和1，都是数字信号。肯定需要做数字<->模拟转换才行啊。”

显卡一边说，一边把我这段程序转化成了帧缓冲区的数据，然后进行数模转换，向显示器发送了出去。

最后，显示器把我展示给了程序员：

【本文为51CTO专栏作者“刘欣”的原创稿件，转载请通过作者微信公众号coderising获取授权】

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