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揭开计算机的神秘面纱

来源:鬼大爷(www.guidaye.com) 作者:鬼大爷 发表时间:2017-03-12

计算机的成功,也是社会时代的成功,而对于计算机,也是能够准确的运算出数据出来,而这些也是同样在社会的变革成功例子,对此揭开计算机的神秘面纱?下面一起来看看吧。

揭开计算机的神秘面纱

揭开计算机的神秘面纱

现代社会的进步:计算机

计算机(computer)俗称电脑,是现代一种用于高速计算的电子计算机器,可以进行数值计算,又可以进行逻辑计算,还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行,自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件系统和软件系统所组成,没有安装任何软件的计算机称为裸机。可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机、个人计算机、嵌入式计算机五类,较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、量子计算机等。

计算机发明者约翰·冯·诺依曼。计算机是20世纪最先进的科学技术发明之一,对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响,并以强大的生命力飞速发展。它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到社会的各个领域,已形成了规模巨大的计算机产业,带动了全球范围的技术进步,由此引发了深刻的社会变革,计算机已遍及一般学校、企事业单位,进入寻常百姓家,成为信息社会中必不可少的工具。

计算机的应用在中国越来越普遍,改革开放以后,中国计算机用户的数量不断攀升,应用水平不断提高,特别是互联网、通信、多媒体等领域的应用取得了不错的成绩。1996年至2009 年,计算机用户数量从原来的630万增长至6710 万台,联网计算机台数由原来的2.9万台上升至5940万台。互联网用户已经达到3.16 亿,无线互联网有6.7 亿移动用户,其中手机上网用户达1.17 亿,为全球第一位。   (鬼大爷www.guidaye.com) 

计算机的主要特点是什么

自动化程度高

由于计算机具有存储记忆能力和逻辑判断能力,所以人们可以将预先编好的程序组纳入计算机内存,在程序控制下,计算机可以连续、自动地工作,不需要人的干预。

性价比高

几乎每家每户都会有电脑,越来越普遍化、大众化,22世纪电脑必将成为每家每户不可缺少的电器之一。计算机发展很迅速,有台式的还有笔记本。

运算速度快

计算机内部电路组成,可以高速准确地完成各种算术运算。当今计算机系统的运算速度已达到每秒万亿次,微机也可达每秒亿次以上,使大量复杂的科学计算问题得以解决。例如:卫星轨道的计算、大型水坝的计算、24小时天气算需要几年甚至几十年,而在现代社会里,用计算机只需几分钟就可完成。

计算精确度高

科学技术的发展特别是尖端科学技术的发展,需要高度精确的计算。计算机控制的导弹之所以能准确地击中预定的目标,是与计算机的精确计算分不开的。一般计算机可以有十几位甚至几十位(二进制)有效数字,计算精度可由千分之几到百万分之几,是任何计算工具所望尘莫及的。

逻辑运算能力强

计算机不仅能进行精确计算,还具有逻辑运算功能,能对信息进行比较和判断。计算机能把参加运算的数据、程序以及中间结果和最后结果保存起来,并能根据判断的结果自动执行下一条指令以供用户随时调用。

存储容量大:计算机内部的存储器具有记忆特性,可以存储大量的信息,这些信息,不仅包括各类数据信息,还包括加工这些数据的程序。    

计算机里面的神秘面纱

二进制

我们生活中采用十进制,可是计算机内的计算采用二进制,我认为这是非常重要的改变。请看下面的逻辑:

(1)二进制只有0和1,进而也导致二进制的加减乘除的结果只有0和1,二进制的与或非的结果也只有0和1

(2)进而可以将二进制的加减乘除与二进制的与或非进行等价

(3)而继电器可以输出0和1,因此可以通过继电器的各种”变着花样的组合“实现各种与或非

(4)因此可以通过继电器的各种”变着花样的组合“实现二进制的加减乘除运算。

理解了上面的逻辑,接下来要做的仅仅是实现所需功能而已。如何实现功能,也只是时间而已,下面贴一些图,展示一下如何通过继电器实现复杂的逻辑结构,作为一个实现思路的引子,而实现各种自己想要的逻辑,经过几个夜晚的苦思冥想,是可以想出来的,如果不想自己去想,那么可以看看Code一书,算作一个捷径。

总线

上面我们可以说已经实现了CPU和RAM(内存、显存),一旦将CPU与RAM连接,在能够自动运行的时钟信号的驱动下,CPU和RAM就能够协同工作实现所需的功能。CPU与RAM连接后,既可以实现RAM的输出给CPU进行运算,又可以实现CPU的输出给RAM进行存储。

这些的输入输出都是通过实实在在的导线连接的。为了不至于使导线密密麻麻的难以辨识,我们可以对各个电路部件进行”各种变着花样的组合“,并把线路梳理清楚,总结为三种线路:数据总线、控制总线、地址总线。

(1)数据总线:上面传输的是数据,如果能够传输8位,那么就说数据位宽为8位。当然这里8位也是与前面提到的锁存器的位数是对应的;也可以说是与CPU中的寄存器的位数是对应的,其实都一回事。

(2)地址总线:地址总线也一根根的实际的导线,通过这些导线,就可以能够方便的选取RAM中的特定的锁存器;地址总线的数目决定了能够寻址的最大RAM。

(3)控制总线:传送控制信号,实现特定的控制功能,比如确定是读RAM中的数据,还是往RAM中写入数据。

还是要说上一句:这些线都是实实在在的导线。

机器语言

总线上面传输着0和1信号,通过0和1信号的各种变换,表示着传送不同的信息;RAM具有存储的功能,因此我们可以把一下0和1的信息存储进RAM,进而就可以让CPU去执行该命令了,这些命令就可以称为机器语言。

机器语言的0和1我们可以通过开关等多种方式写入RAM中,毕竟RAM是可以存储信息的;如果每次都写01太繁琐和不方便,于是将这些01的代码用特定的符号表示,出现了汇编语言,汇编语言变成01代码的机器语言,需要通过汇编程序来实现,而汇编程序将汇编源程序汇编成机器代码,其实就是去查一下机器代码和汇编符号的对照表格而已。

随着时间的发展,高级语言也相应出现了。

CPU本质上来说是由继电器构成的,确切一点是晶体管构成,不同的公司的不同工程师造出来的cpu,相应的构成也会有一些差别,导致机器指令代码也就不同,于是出现了不同的指令集,如X86指令集,RISC指令集等等。

外部存储介质

前面提到的RAM,本质上是由继电器构成的,确切的说是由半导体构成,这都无所谓,他们都有一个共同的特点:当断电的瞬间,一切都没有了,为什么呢?因为电这个东西比较奇怪,说没就没了,如果想要长久的存储数据,得需要其他的方式:例如通过磁性物质来存储,于是出现了磁带、磁盘;通过光信息来存储i信息,如光盘;以及其他的东西:如ROM、Flash等。

计算机的构成越来越复杂,以至于掩盖我们内心最初的好奇与冲动。

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文章标题:揭开计算机的神秘面纱
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