第1章 计算机技术概论
1.1 计算机的硬件和软件
1.1.1 计算机的基本组成及工作方式
计算机的全名是“通用电子数字计算机”。顾名思义,计算机有两个本质的属性:数字化和通用性。数字化是指计算机在处理信息时完全采用数字方式,其他非数字形式的信息(如文字、图像等)都要转换成数字形式才能由计算机来处理。通用性是指采用“内存程序控制”原理的数字计算机能够解决一切具有“可解算法”的问题。
计算机种类繁多,在规模、处理能力、价格、复杂程度以及设计技术等方面都有很大差别,但各种计算机的基本原理都是一样的。数学家冯·诺依曼(Von Neumann)于1946年提出了数字计算机设计的一些基本思想,概括起来有以下几点。
1.采用二进制形式表示数据和指令
数在计算机中是以器件的物理状态,如晶体管的“通”和“断”等来表示的,这种具有两种状态的器件只能表示二进制数。因此,计算机中要处理的所有数据都要用二进制数字来表示,所有的文字、符号也都用二进制编码来表示。
指令是计算机中的另一种重要信息,计算机的所有动作都是按照一条条指令的规定来进行的。指令也是用二进制编码来表示的。
2.存储程序的工作方式
程序是为解决信息处理任务而预先编制的工作执行方案,是由一串CPU能够理解和执行的基本指令组成的序列,每条指令规定了计算机应进行什么操作(如加、减、乘、判断等)以及操作所需要的有关数据。例如,从存储器读一个数送到运算器就是一条指令,从存储器读出一个数并和运算器中原有的数相加也是一条指令。
当要求计算机执行某项任务时,就设法把这项任务的解决方法分解成一个个步骤,用这种计算机能够执行的指令编写程序送入计算机,以二进制代码的形式存放在存储器中(习惯上把这一过程叫做程序设计)。一旦程序被“启动”,计算机严格地一条条分析执行程序中的指令,便可以逐步地自动完成这项任务。
存储程序的工作方式使得计算机变成了一种自动执行的机器,一旦将程序存人计算机并启动之后,计算机就可以独立地工作,以电子速度一条条地执行指令。虽然每条指令能够完成的工作很简单,但通过许多条指令的执行,计算机就能够完成复杂的或意义重大的工作。
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