计算机,俗称计算机,是人类最伟大的发明之一,计算机已经遍及我们生活的方方面面,成为信息社会不可缺少的工具。
计算机
那么,你知道计算机工作背后的原理吗?对于我们普通人,想要理解计算机背后的原理,只需理解以下两步。
一,计算机架构
冯诺依曼
提到计算机架构,就必须提一下,现代计算机之父冯诺依曼,20世纪重要的数学家、物理学家、智商堪比爱因斯坦的天才。他提出的冯诺依曼架构是现代计算机手机等电子设备的基础,具体包括输入设备、运算器、存储器、控制器、输出设备等5个部分组成。
输入设备相当于鼠标键盘等,具有输入信息输入指令的功能,现代计算机把运算器与控制器集成成一起,兼具运算与控制功能的中央处理器,是计算机的大脑与神经中枢,也就是我们常说的CPU,存储器也就是我们计算机的硬盘存储各种信息,输出设备相当于显示器打印机等让用户能够感知结果的设备。
计算机运行流程
如果把计算机比作一个厨房,菜单相当于输入设备、CPU相当于厨师,存储器相当于储物架,输出设备相当于取餐架。厨师接到菜单的指令、从储物架拿到原材料进行加工与存取,加工成一道美味的大餐,大餐经过取餐架进行输出,这样就可以源源不断的加工各种菜品,对于计算机来说,完成对输入设备输入指令的源源不对的处理与结果反馈。
运行简化示意图
那计算机又是如何去处理我们输入的各种指令呢,这就需要软件。
二,计算机世界中的0和1
当我们去操作一款应用程序时,计算机都会把我们的指令编译为0和1组成的二进制数据。
现代计算机处理器也就是我们常说的芯片当中,含有巨量的晶体管,我们可以简单地把二极管理解成一个开关,它有两种状态,开和关,那聪明的科学家们就在想,可以用0代表关、1代表开,用由0和1组成的数字也就是我们常说的二进制,来表达电路的状态。
开和关的状态
当我们把巨量的二极管放在一起时,开关的状态就有无数种,也就代表能够表达的信息或者指令就越多,这时候聪明的科学家又提出了指令集的概念,指令集规定了每种01组成的数字来要执行的操作,这个时候CPU收到指令就按照指令集的规范,无休止的运行,不断从存储器获取并执行0和1组成的指令。
软件运行示意图
1946年2月14日,由美国军方定制的世界上第一台电子计算机问世,它重达28吨,这其中的绝大部分都是由晶体管组成,时至今日,科学家把晶体管组成的电路封装在小小的芯片当中,这才有了我们的手机电脑等产品的越来越轻便化。
我们可以想象,芯片制造领域有多么高的技术门槛,但我们相信我们中国的芯片也会越来越好,不再被卡脖子。