姓名:王紫圣? ? 學(xué)號:16130140355
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【嵌牛導(dǎo)讀】盡管計(jì)算機(jī)技術(shù)自20世紀(jì)40年代第一部電子通用計(jì)算機(jī)誕生以來以來有了令人目眩的飛速發(fā)展夷陋，但是今天計(jì)算機(jī)仍然基本上采用的是存儲程序結(jié)構(gòu)，即馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)寄雀。這個結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化的通用計(jì)算機(jī)。
存儲程序結(jié)構(gòu)將一部計(jì)算機(jī)描述成四個主要部分：算術(shù)邏輯單元、控制電路倔撞、存儲器及輸入輸出設(shè)備。這些部件通過一組一組的排線連接（特別地慕趴，當(dāng)一組線被用于多種不同意圖的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)又被稱為總線）痪蝇，并且由一個時(shí)鐘來驅(qū)動（當(dāng)然某些其他事件也可能驅(qū)動控制電路）鄙陡。
【嵌牛鼻子】計(jì)算機(jī)原理
【嵌牛提問】計(jì)算機(jī)是如何通過二進(jìn)制實(shí)現(xiàn)那么多功能的?
【嵌牛正文】概念上講，一部計(jì)算機(jī)的存儲器可以被視為一組“細(xì)胞”單元躏啰。每一個“細(xì)胞”都有一個編號趁矾，稱為地址；又都可以存儲一個較小的定長信息给僵。這個信息既可以是指令（告訴計(jì)算機(jī)去做什么）毫捣，也可以是數(shù)據(jù)（指令的處理對象）。原則上想际，每一個“細(xì)胞”都是可以存儲二者之任一的培漏。
算術(shù)邏輯單元（ALU）可以被稱作計(jì)算機(jī)的大腦。它可以做兩類運(yùn)算： 第一類是算術(shù)運(yùn)算胡本，比如對兩個數(shù)字進(jìn)行加減法牌柄。算術(shù)運(yùn)算部件的功能在ALU中是十分有限的，事實(shí)上侧甫， 一些ALU根本不支持電路級的乘法和除法運(yùn)算（由是用戶只能通過編程進(jìn)行乘除法運(yùn)算）珊佣。第二類是比較運(yùn)算，即給定兩個數(shù)披粟， ALU對其進(jìn)行比較以確定哪個更大一些咒锻。
輸入輸出系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)從外部世界接收信息和向外部世界反饋運(yùn)算結(jié)果的手段。對于一部標(biāo)準(zhǔn)的個人電腦守屉，輸入設(shè)備主要有鍵盤和鼠標(biāo)惑艇，輸出設(shè)備則是顯示器、打印機(jī)以及其他許多后文將要討論的可連接到計(jì)算機(jī)上的I/O設(shè)備拇泛。
控制系統(tǒng)將以上計(jì)算機(jī)各部分聯(lián)系起來滨巴。它的功能是從存儲器和輸入輸出設(shè)備中讀取指令和數(shù)據(jù)，對指令進(jìn)行解碼俺叭， 并向ALU交付匹配指令要求的正確輸入恭取，告知ALU對這些數(shù)據(jù)做哪些運(yùn)算并將結(jié)果數(shù)據(jù)返回到何處∠ㄊ兀控制系統(tǒng)中一個重要組件就是一個用來保持跟蹤當(dāng)前指令所在地址的計(jì)數(shù)器蜈垮。 通常這個計(jì)數(shù)器隨著指令的執(zhí)行而累加，但有時(shí)如果指令指示進(jìn)行跳轉(zhuǎn)則不依此規(guī)則裕照。
20世紀(jì)80年代以來ALU和控制單元（二者合稱中央處理器）逐漸被集成到一塊集成電路上攒发，稱作微處理器。 這類計(jì)算機(jī)的工作模式十分直觀：在一個時(shí)鐘周期內(nèi)晋南，計(jì)算機(jī)先從存儲器中獲取指令和數(shù)據(jù)晨继，然后執(zhí)行指令，存儲數(shù)據(jù)搬俊，再獲取下一條指令紊扬。這個過程被反復(fù)執(zhí)行，直至得到一個終止指令唉擂。
由控制器解釋餐屎，運(yùn)算器執(zhí)行的指令集是一個精心定義的數(shù)目十分有限的簡單指令集合。一般可以分為四類：
1）玩祟、數(shù)據(jù)移動 （如：將一個數(shù)值從存儲單元A拷貝到存儲單元B）
2）腹缩、數(shù)邏運(yùn)算（如：計(jì)算存儲單元A與存儲單元B之和，結(jié)果返回存儲單元C）3）空扎、 條件驗(yàn)證（如：如果存儲單元A內(nèi)數(shù)值為100藏鹊，則下一條指令地址為存儲單元F）
4）、指令序列改易（如：下一條指令地址為存儲單元F）
指令如同數(shù)據(jù)一樣在計(jì)算機(jī)內(nèi)部是以二進(jìn)制來表示的转锈。比如說盘寡，10110000就是一條Intel x86系列微處理器的拷貝指令代碼。
某一個計(jì)算機(jī)所支持的指令集就是該計(jì)算機(jī)的機(jī)器語言撮慨。因此竿痰，使用流行的機(jī)器語言將會使既成軟件在一部新計(jì)算機(jī)上運(yùn)行得更加容易。所以對于那些機(jī)型商業(yè)化軟件開發(fā)的人來說砌溺，它們通常只會關(guān)注一種或幾種不同的機(jī)器語言影涉。
更加強(qiáng)大的小型計(jì)算機(jī)，大型計(jì)算機(jī)和服務(wù)器可能會與上述計(jì)算機(jī)有所不同规伐。它們通常將任務(wù)分擔(dān)給不同的CPU來執(zhí)行蟹倾。今天， 微處理器和多核個人電腦也在朝這個方向發(fā)展猖闪。
超級計(jì)算機(jī)通常有著與基本的存儲程序計(jì)算機(jī)顯著區(qū)別的體系結(jié)構(gòu)鲜棠。它們通常有著數(shù)以千計(jì)的CPU， 不過這些設(shè)計(jì)似乎只對特定任務(wù)有用萧朝。在各種計(jì)算機(jī)中岔留，還有一些微控制器采用令程序和數(shù)據(jù)分離的哈佛架構(gòu)（Harvard architecture）。
程序設(shè)計(jì)往往以某種程序設(shè)計(jì)語言為工具检柬，給出這種語言下的程序献联。
程序設(shè)計(jì)過程應(yīng)包括分析、設(shè)計(jì)何址、編碼里逆、測試、除錯等不同階段用爪。
在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的早期原押，軟件開發(fā)主要就是程序設(shè)計(jì)。但隨著技術(shù)的發(fā)展偎血，軟件系統(tǒng)越來越復(fù)雜诸衔，逐漸分化出許多專用的軟件系統(tǒng)盯漂，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)笨农、應(yīng)用服務(wù)器就缆，而且這些專用的軟件系統(tǒng)愈來愈成為普遍的系統(tǒng)環(huán)境的一部分。這種情況下軟件開發(fā)的內(nèi)容越來越豐富谒亦，不再只是純粹的程序設(shè)計(jì)竭宰，還包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、用戶界面設(shè)計(jì)份招、通信協(xié)議設(shè)計(jì)和復(fù)雜的系統(tǒng)配置過程切揭。
專業(yè)的程序設(shè)計(jì)人員被稱為程序員。某種意義上锁摔，程序設(shè)計(jì)的出現(xiàn)甚至早于電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)廓旬。英國著名詩人拜倫的女兒愛達(dá)·勒芙蕾絲曾設(shè)計(jì)了巴貝奇分析機(jī)上計(jì)算伯努利數(shù)的一個程序。她甚至還創(chuàng)建了循環(huán)和子程序的概念鄙漏。由于她在程序設(shè)計(jì)上的突破性創(chuàng)新嗤谚，愛達(dá)·勒芙蕾絲被稱為世界上第一位程序員。
任何設(shè)計(jì)工作都是在各種條件限制和相互矛盾的需求之間尋求一種平衡怔蚌。這種觀點(diǎn)反映在程序設(shè)計(jì)上巩步，就是硬件存儲空間與程序運(yùn)行時(shí)間的限制。
空間方面桦踊，在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的早期椅野，由于機(jī)器資源比較昂貴，如何縮小存儲空間往往是設(shè)計(jì)關(guān)心的首要重點(diǎn)籍胯；而隨著硬件技術(shù)的飛速發(fā)展竟闪，電腦上數(shù)據(jù)存儲媒體的價(jià)格降低，空間不再是考慮的第一要點(diǎn)杖狼，一些較耗時(shí)的運(yùn)算也漸漸發(fā)展出以空間換取時(shí)間的模式炼蛤。
時(shí)間方面，在早期蝶涩，如何加強(qiáng)程序效率理朋、縮短程序運(yùn)行時(shí)間是程序員的共同目標(biāo)；而在硬件性能進(jìn)步绿聘、效率差距縮小嗽上，軟件規(guī)模與復(fù)雜度卻日益增加的現(xiàn)在，程序的結(jié)構(gòu)熄攘、可維護(hù)性鳞尔、重復(fù)使用性县匠、彈性等因素更顯得重要掩驱。在多人合作的程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目里，程序員們會加上各種注解以協(xié)助其他參與者理解代碼逐沙，此行為雖然對運(yùn)行時(shí)間的縮短沒有幫助，還會加重存儲空間的負(fù)擔(dān)惯殊，但卻因能達(dá)到較好的溝通并提高代碼的可維護(hù)性酱吝，而成為目前的主流。
然而土思，隨著智能手機(jī)等攜帶設(shè)備的興起，運(yùn)行時(shí)間的縮短與存儲空間的有效運(yùn)用再次成為焦點(diǎn)忆嗜，形成與主機(jī)服務(wù)器類型應(yīng)用程序不同的重點(diǎn)考慮方向己儒。
