前言

?計(jì)算機(jī)發(fā)展史

其實(shí)計(jì)算機(jī)在很早以前就處處是它的影子：

?計(jì)算機(jī)發(fā)展的主要?dú)v程

1. 機(jī)械計(jì)算時(shí)代：在19世紀(jì)和20世紀(jì)初期，人們使用機(jī)械裝置進(jìn)行計(jì)算。最早的計(jì)算機(jī)由查爾斯·巴貝奇設(shè)計(jì)，稱(chēng)為“分析機(jī)”。但是，這種機(jī)械計(jì)算機(jī)很大，準(zhǔn)確度也不高。
2. 電子管計(jì)算時(shí)代：在20世紀(jì)30年代，電子管的發(fā)明引領(lǐng)了計(jì)算機(jī)的發(fā)展。美國(guó)的阿塔納索夫-貝瑞計(jì)算機(jī)（Atanasoff-Berry Computer）被認(rèn)為是第一臺(tái)真正的電子計(jì)算機(jī)。而艾倫·圖靈設(shè)計(jì)的英國(guó)Bombe解密設(shè)備也是采用電子管技術(shù)。
3. 晶體管計(jì)算時(shí)代：20世紀(jì)50年代，晶體管取代了電子管，成為新一代計(jì)算機(jī)的核心部件。這使得計(jì)算機(jī)變得更小、更快、更可靠和更經(jīng)濟(jì)。IBM公司的System/360系列計(jì)算機(jī)，是晶體管計(jì)算機(jī)的杰出代表。
4. 集成電路計(jì)算時(shí)代：20世紀(jì)60年代，集成電路的發(fā)明帶來(lái)了計(jì)算機(jī)革命。集成電路是將多個(gè)晶體管、電阻器、電容器等元件集成在一起形成的微型電路板，可以大幅度壓縮計(jì)算機(jī)的體積和成本。DEC公司的PDP-8和IBM公司的System/370系列計(jì)算機(jī)是典型的使用集成電路技術(shù)的計(jì)算機(jī)。
5. 微處理器計(jì)算時(shí)代：20世紀(jì)70年代，Intel公司推出了第一款微處理器芯片（Intel 4004），這標(biāo)志著個(gè)人計(jì)算機(jī)的誕生。微處理器是一種由CPU、控制單元和存儲(chǔ)器組成的芯片，它使得整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以集成在一個(gè)小型設(shè)備中。Apple II和IBM PC是微處理器計(jì)算機(jī)的代表。
6. 個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代：20世紀(jì)80年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)開(kāi)始走向成熟。IBM PC及其兼容機(jī)成為最主流的個(gè)人計(jì)算機(jī)，Macintosh則成為了另一種受歡迎的操作系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)逐漸普及到家庭和辦公場(chǎng)所，從此改變了人們的工作和生活方式。
7. 互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代：20世紀(jì)90年代，互聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展徹底改變了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用方式。人們可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行電子郵件、在線(xiàn)購(gòu)物、社交媒體等活動(dòng)，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為人們生活和工作中不可或缺的一部分。
8. 移動(dòng)計(jì)算時(shí)代：21世紀(jì)以來(lái)，移動(dòng)計(jì)算開(kāi)始崛起。智能手機(jī)和平板電腦的出現(xiàn)，使得人們隨時(shí)隨地可以進(jìn)行各種計(jì)算和通訊活動(dòng)。此外，云計(jì)算技術(shù)也逐漸發(fā)展壯大，為人們提供更方便、高效、安全的計(jì)算資源。

人類(lèi)對(duì)計(jì)算的需求，驅(qū)動(dòng)我們不斷的發(fā)明、改善計(jì)算機(jī)。目前這個(gè)時(shí)代是 “ 電子計(jì)算機(jī) ” 的時(shí)代，發(fā)展的 潮流是：更快速、更穩(wěn)定、更微型。

?圖靈與馮諾依曼

說(shuō)起計(jì)算機(jī)我們首先要了解的就是這兩位祖師爺，一位是從理論上奠定了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，另一位是在發(fā)明電子計(jì)算機(jī)中所起到關(guān)鍵性作用，被西方人譽(yù)為“計(jì)算機(jī)之父”。

圖靈

?誰(shuí)年輕時(shí)不是一個(gè)帥哥呢？??

?人物經(jīng)歷

艾倫·麥席森·圖靈（Alan Mathison Turing）是一位英國(guó)數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家和密碼學(xué)家，被譽(yù)為計(jì)算機(jī)科學(xué)之父。他的一生經(jīng)歷充滿(mǎn)了傳奇色彩。

1912年6月23日，圖靈出生在英國(guó)的倫敦，是一個(gè)富有的家庭的兒子。在小時(shí)候，他就表現(xiàn)出了超群的智力和對(duì)數(shù)學(xué)的天賦。他自幼勤奮好學(xué)，閱讀了大量的數(shù)學(xué)書(shū)籍和論文，十分喜歡研究數(shù)學(xué)問(wèn)題。

1929年，圖靈考入劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，并在1931年獲得了數(shù)學(xué)榮譽(yù)學(xué)士學(xué)位。隨后，他繼續(xù)在劍橋大學(xué)攻讀博士學(xué)位，并在1936年發(fā)表了《可計(jì)算數(shù)及其在問(wèn)題上的應(yīng)用》一文，提出了“圖靈機(jī)”的概念，這是計(jì)算機(jī)科學(xué)中一個(gè)非常重要的理論基礎(chǔ)。

到了二戰(zhàn)期間，圖靈加入了英國(guó)情報(bào)局，負(fù)責(zé)破解德國(guó)的密碼系統(tǒng)。他主導(dǎo)開(kāi)發(fā)了一種名為“圖靈機(jī)器”的機(jī)械設(shè)備，可以自動(dòng)破解德國(guó)軍方的密電。這項(xiàng)工作對(duì)于英國(guó)在二戰(zhàn)期間的勝利起到了重要的作用。

戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，圖靈繼續(xù)在劍橋大學(xué)從事計(jì)算機(jī)和人工智能的研究。他是第一個(gè)提出“人工智能”一詞的人，也是計(jì)算機(jī)科學(xué)中最有影響力、最具創(chuàng)造性的人物之一。不幸的是，他的生命經(jīng)歷被彩虹情色事件打破。1952年，他因?yàn)樯嫦油詰俣欢ㄗ铮黄冉邮芎蔂柮芍委?，并失去了?guó)家安全機(jī)構(gòu)的任職資格。在此背景下，1954年6月7日，圖靈在自己家中去世，死因是氰化鉀中毒，享年42歲。

直到20世紀(jì)70年代，才有越來(lái)越多的人們開(kāi)始重視圖靈的成就和貢獻(xiàn)。1983年，英國(guó)政府正式宣布向圖靈道歉，稱(chēng)他是一位“偉大的數(shù)學(xué)家”，并對(duì)他所受到的不公當(dāng)場(chǎng)表示遺憾。1999年，在《時(shí)代周刊》評(píng)選的“20世紀(jì)最杰出100人”名單上，圖靈名列第46位。

總的來(lái)說(shuō)，圖靈是一位偉大的數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家和密碼學(xué)家，他的成就和貢獻(xiàn)影響了整個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，并為人工智能的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。他的一生經(jīng)歷雖然注定有些不幸和戲劇性，但是他所留下來(lái)的精神和思想，將永存于計(jì)算機(jī)科學(xué)史上。

?圖靈機(jī)

圖靈機(jī)，又稱(chēng)圖靈計(jì)算機(jī)指一個(gè)抽象的機(jī)器，于1936年提出的一種抽象的計(jì)算模型，即將人們使用紙筆進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過(guò)程進(jìn)行抽象，由一個(gè)虛擬的機(jī)器替代人類(lèi)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。它有一條無(wú)限長(zhǎng)的紙帶，紙帶分成了一個(gè)一個(gè)的小方格，每個(gè)方格有不同的顏色。有一個(gè)機(jī)器頭在紙帶上移來(lái)移去。機(jī)器頭有一組內(nèi)部狀態(tài)，還有一些固定的程序。在每個(gè)時(shí)刻，機(jī)器頭都要從當(dāng)前紙帶上讀入一個(gè)方格信息，然后結(jié)合自己的內(nèi)部狀態(tài)查找程序表，根據(jù)程序輸出信息到紙帶方格上，并轉(zhuǎn)換自己的內(nèi)部狀態(tài)，然后進(jìn)行移動(dòng)?。

?想詳細(xì)了解可看：?什么是圖靈機(jī) - 知乎 (zhihu.com)

?馮諾依曼

?網(wǎng)上流傳甚廣的一張圖：年輕人，你渴望力量嗎???（可見(jiàn)大家對(duì)祖師爺?shù)某绨荩?/p>

人物經(jīng)歷

約翰·馮·諾依曼（John von Neumann）是一位匈牙利出生的美國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家，也是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)的重要先驅(qū)之一。

1903年12月28日，馮諾依曼出生在匈牙利的布達(dá)佩斯市，是一個(gè)富裕的猶太人家庭的孩子。他自幼表現(xiàn)出了卓越的智力和對(duì)數(shù)學(xué)的天賦。在成長(zhǎng)過(guò)程中，他接觸了許多不同領(lǐng)域的知識(shí)，并表現(xiàn)出了對(duì)物理學(xué)、化學(xué)和哲學(xué)等方面的濃厚興趣。

1921年，馮諾依曼進(jìn)入柏林大學(xué)學(xué)習(xí)化學(xué)，并于1925年獲得了博士學(xué)位。隨后，他轉(zhuǎn)向了數(shù)學(xué)領(lǐng)域，并成為了德國(guó)著名數(shù)學(xué)家希爾伯特的學(xué)生之一。在此期間，他發(fā)表了一系列關(guān)于量子力學(xué)、矩陣論和函數(shù)分析等方面的論文，展現(xiàn)了卓越的數(shù)學(xué)才華。

1930年，馮諾依曼來(lái)到美國(guó)，并開(kāi)始在普林斯頓大學(xué)擔(dān)任數(shù)學(xué)系教授。在普林斯頓工作的期間，他與愛(ài)因斯坦等人合作，成為了美國(guó)原子彈計(jì)劃的顧問(wèn)之一，并對(duì)核武器的研制做出了重要貢獻(xiàn)。

二戰(zhàn)結(jié)束后，馮諾依曼繼續(xù)從事計(jì)算機(jī)和物理學(xué)的研究，并提出了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的重要概念（馮諾依曼體系）。他是第一個(gè)將計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)程序的思想化為實(shí)際方案的人，并提出了“存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)”和“指令集架構(gòu)”的概念。這些概念對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，也為馮諾依曼贏得了“計(jì)算機(jī)科學(xué)之父”的美譽(yù)。

1955年，馮諾依曼被診斷出罕見(jiàn)的骨髓增生性疾病，并于當(dāng)年2月8日去世，享年51歲。他留下來(lái)的貢獻(xiàn)和成就不僅影響了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，也影響了物理學(xué)、數(shù)學(xué)和其他許多領(lǐng)域的發(fā)展。

總的來(lái)說(shuō)，馮諾依曼的一生經(jīng)歷充滿(mǎn)了傳奇色彩。他是一位極具才華的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家，為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。他對(duì)于人類(lèi)思維方式的影響和貢獻(xiàn)將永存于歷史長(zhǎng)河中。

上面說(shuō)到馮諾依曼體系，直到現(xiàn)在大部分計(jì)算機(jī)仍然遵守 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)。下面我就來(lái)講講馮諾依曼體系

?馮諾依曼體系

馮諾依曼體系是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，也稱(chēng)為馮諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)由匈牙利數(shù)學(xué)家約翰·馮諾伊曼于1945年提出，被譽(yù)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的奠基之作。

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)主要分為四個(gè)部分：存儲(chǔ)器、算術(shù)邏輯單元（ALU）、控制器和輸入/輸出（I/O）設(shè)備。其中，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)，ALU負(fù)責(zé)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算等操作，控制器則負(fù)責(zé)控制指令的執(zhí)行過(guò)程，而I/O設(shè)備則用于與外部世界交互。

在馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)中，所有指令和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，CPU通過(guò)總線(xiàn)來(lái)讀取和寫(xiě)入內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。CPU可以根據(jù)指令集中的指令來(lái)執(zhí)行不同的操作，如加法、減法、乘法、除法等算術(shù)運(yùn)算，以及邏輯運(yùn)算、比較運(yùn)算、移位等操作。同時(shí)，CPU還可以通過(guò)控制器來(lái)控制程序的執(zhí)行流程，實(shí)現(xiàn)分支、循環(huán)、函數(shù)調(diào)用等功能。所有這些操作都是由指令集中的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

馮·諾依曼體系的一大優(yōu)勢(shì)是其具有較高的通用性，即可以運(yùn)行各種不同的程序。同時(shí)，由于其存儲(chǔ)程序的特性，使得修改程序變得更加方便，這是其他類(lèi)型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所不具備的優(yōu)勢(shì)之一。

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得計(jì)算機(jī)能夠以通用的方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并且能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)內(nèi)部的運(yùn)算和存儲(chǔ)空間分離開(kāi)來(lái)。這對(duì)于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展具有歷史性的意義。同時(shí)，馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)也標(biāo)志著計(jì)算機(jī)科學(xué)從硬件設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了程序可重用的革命。

我只是簡(jiǎn)單介紹了一下馮諾依曼體系，想詳細(xì)了解的小伙伴可看三分鐘帶你了解馮.諾依曼結(jié)構(gòu) - 知乎 (zhihu.com)

• CPU 中央處理器: 進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯判斷.
• 存儲(chǔ)器: 分為外存和內(nèi)存, 用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(使用二進(jìn)制方式存儲(chǔ))
• 輸入設(shè)備: 用戶(hù)給計(jì)算機(jī)發(fā)號(hào)施令的設(shè)備.
• 輸出設(shè)備: 計(jì)算機(jī)用戶(hù)匯報(bào)結(jié)果的設(shè)備.

?計(jì)算機(jī)小常識(shí)：

計(jì)算機(jī)的工作原理

計(jì)算機(jī)的工作原理可以簡(jiǎn)單地概括為：輸入、處理和輸出。

1. 輸入(Input)：計(jì)算機(jī)需要從外界獲取數(shù)據(jù)和指令，例如通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀等設(shè)備輸入數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或存儲(chǔ)設(shè)備讀取程序。

2. 處理(Processing)：計(jì)算機(jī)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)和指令進(jìn)行處理，并產(chǎn)生結(jié)果。處理過(guò)程包括數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯判斷、控制流程等操作。這是計(jì)算機(jī)最核心的功能，主要由 CPU（中央處理器）和內(nèi)存組成，并通過(guò)各種輸入/輸出設(shè)備與用戶(hù)交互。

3. 輸出(Output)：計(jì)算機(jī)將處理結(jié)果輸出給用戶(hù)，如顯示器、音頻設(shè)備、打印機(jī)等。用戶(hù)可以看到或聽(tīng)到計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果。

在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，數(shù)據(jù)和指令通常以二進(jìn)制形式表示和處理。二進(jìn)制是一種只包含0和1的數(shù)字系統(tǒng)，與十進(jìn)制相比，它可以更直接地映射到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的電子信號(hào)。數(shù)據(jù)和指令都可以被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存（RAM）中，由CPU通過(guò)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)。

計(jì)算機(jī)的工作原理基于通用圖靈機(jī)模型。這個(gè)模型定義了一個(gè)機(jī)器狀態(tài)、指令集、數(shù)據(jù)格式和輸入輸出方式的規(guī)范，可應(yīng)用于任何計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)包括 CPU、內(nèi)存、I/O 控制器等組件，并使用操作系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)它們的工作。操作系統(tǒng)提供了許多高級(jí)函數(shù)和服務(wù)，隱藏了底層硬件細(xì)節(jié)，使得程序員可以更容易地編寫(xiě)程序。

可以看出cpu是計(jì)算機(jī)的靈魂所在，那下面我們來(lái)認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)cpu，看看cpu是如何工作的。

cpu的基本工作流程

CPU（中央處理器）是計(jì)算機(jī)的核心部件，它的工作流程可以分為以下三個(gè)步驟。

????????1、取指令階段（Instruction Fetch）??

CPU從內(nèi)存中讀取下一條要執(zhí)行的指令，并將其存儲(chǔ)在指令寄存器中。這些指令按照地址順序存放在內(nèi)存中，由程序計(jì)數(shù)器（Program Counter，PC）來(lái)記錄下一條指令的地址。取指令階段通常需要多次執(zhí)行，以讀取多個(gè)指令。

????????2、解碼階段（Instruction Decode）??

CPU從指令寄存器中讀取指令，并對(duì)其進(jìn)行解碼。在這個(gè)階段，CPU會(huì)確定該指令需要對(duì)哪些數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，以及操作的方式和結(jié)果存放的位置等信息。這些信息被存儲(chǔ)在控制單元的控制信號(hào)中，用于指導(dǎo)CPU后續(xù)的執(zhí)行過(guò)程。

????????3、執(zhí)行階段（Execution）??

CPU根據(jù)指令解碼階段提供的控制信號(hào)，執(zhí)行相應(yīng)的操作，并將結(jié)果存儲(chǔ)到寄存器或內(nèi)存中。執(zhí)行階段包括算術(shù)邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸和控制轉(zhuǎn)移等操作。其中，算術(shù)邏輯運(yùn)算包括加法、減法、乘法、除法、位運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等；數(shù)據(jù)傳輸包括從寄存器或內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，以及將數(shù)據(jù)寫(xiě)入寄存器或內(nèi)存中；控制轉(zhuǎn)移包括跳轉(zhuǎn)、分支和函數(shù)調(diào)用等操作。

以上三個(gè)階段構(gòu)成了CPU的主要工作流程。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高CPU的性能和效率，通常會(huì)采用流水線(xiàn)（Pipeline）技術(shù)，使多條指令可以同時(shí)執(zhí)行不同的階段。這樣可以大大縮短執(zhí)行時(shí)間，提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。

時(shí)鐘頻率（又譯：時(shí)鐘頻率速度，英語(yǔ)： clock rate），是指同步電路中時(shí)鐘的基礎(chǔ)頻率，它以“若干次周期每秒”來(lái)度量，量度單位采用 SI單位 赫茲（Hz）。它是評(píng)定 CPU 性能的重要指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)主頻數(shù)字值越大越好。

?

cpu要完成上面工作，需要邏輯門(mén)、算術(shù)邏輯單元 ALU、寄存器(Register) 和內(nèi)存(RAM)、控制單元 CU、指令多種組件相互配合，可能有人不認(rèn)識(shí)這些組件，下面我就來(lái)介紹介紹它們。

?邏輯門(mén)

電子開(kāi)關(guān) —— 機(jī)械繼電器(Mechanical Relay)

機(jī)械繼電器，也稱(chēng)為電磁繼電器，是一種基于電磁原理工作的電氣開(kāi)關(guān)。它由線(xiàn)圈、鐵芯、觸點(diǎn)和彈簧等組成。當(dāng)線(xiàn)圈通電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，使得鐵芯被吸引，同時(shí)觸點(diǎn)也會(huì)跟隨移動(dòng)。當(dāng)線(xiàn)圈斷電時(shí)，鐵芯會(huì)失去磁性，觸點(diǎn)則會(huì)回到原位。通過(guò)這樣的方式，機(jī)械繼電器可以實(shí)現(xiàn)電路的開(kāi)關(guān)控制。機(jī)械繼電器可以用于各種電氣設(shè)備中，如燈泡、家用電器、電機(jī)和汽車(chē)電氣系統(tǒng)等。

門(mén)電路(Gate Circuit)

門(mén)電路指的是一種基本邏輯電路，用于實(shí)現(xiàn)不同的邏輯函數(shù)。門(mén)電路通常由晶體管、二極管和其他電子元件組成。它們分為以下幾種類(lèi)型：

1. 與門(mén)（AND Gate）：當(dāng)所有輸入均為高電平時(shí)，輸出為高電平。

2. 或門(mén)（OR Gate）：當(dāng)任一輸入為高電平時(shí)，輸出為高電平。

3. 非門(mén)（NOT Gate）：輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平；輸入為低電平時(shí)，輸出為高電平。

4. 異或門(mén)（XOR Gate）：當(dāng)輸入相同時(shí)，輸出為低電平；當(dāng)輸入不同時(shí)，輸出為高電平。

5. 與非門(mén)（NAND Gate）：當(dāng)所有輸入均為高電平時(shí)，輸出為低電平。

6. 或非門(mén)（NOR Gate）：當(dāng)任一輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平。

除了以上提到的基本門(mén)電路之外，還有許多其他的門(mén)電路，如三態(tài)門(mén)（Tri-state Gate）、模擬開(kāi)關(guān)（Analog Switch）、觸發(fā)器（Flip-flop）等。在數(shù)字電子學(xué)中，門(mén)電路是構(gòu)建其他數(shù)字電路的基礎(chǔ)。

算術(shù)邏輯單元 ALU（Arithmetic & Logic Unit）

?算術(shù)單元(Arithmetic Unit)

算數(shù)單元，通常也稱(chēng)為算術(shù)部件或運(yùn)算器，是算術(shù)邏輯單元一個(gè)核心組成部分。

算術(shù)單元通常由一組加法器、乘法器、除法器和移位器等門(mén)電路組成，以實(shí)現(xiàn)各種不同的算術(shù)操作，如加法、減法、乘法、除法位移、取反等其他運(yùn)算。

在計(jì)算機(jī)中，CPU 通常包含一個(gè)或多個(gè)算術(shù)單元，用于處理各種算術(shù)運(yùn)算。當(dāng) CPU 需要進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算時(shí)，它會(huì)將數(shù)據(jù)送入算術(shù)單元，并根據(jù)指令選擇需要進(jìn)行的運(yùn)算類(lèi)型。算術(shù)單元計(jì)算出結(jié)果后，將其返回給 CPU 進(jìn)行下一步操作。

總的來(lái)說(shuō)，算術(shù)單元是計(jì)算機(jī)中非常重要的組件之一，它通過(guò)實(shí)現(xiàn)各種算術(shù)運(yùn)算來(lái)支持計(jì)算機(jī)的各種應(yīng)用，如數(shù)據(jù)處理、圖像處理、音頻處理等。

?邏輯單元(Logic Unit)

邏輯單元（Logic Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)LU）是計(jì)算機(jī)中的一個(gè)核心組件，用于執(zhí)行邏輯運(yùn)算。它通常由一組邏輯門(mén)電路（如與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)、異或門(mén)等）組成，以實(shí)現(xiàn)各種不同的邏輯操作。

邏輯單元主要負(fù)責(zé)執(zhí)行以下幾種基本邏輯運(yùn)算：

1. 與運(yùn)算：將兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)位進(jìn)行“與”操作，并輸出結(jié)果。

2. 或運(yùn)算：將兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)位進(jìn)行“或”操作，并輸出結(jié)果。

3. 非運(yùn)算：對(duì)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的每一位進(jìn)行取反操作，并輸出結(jié)果。

4. 異或運(yùn)算：將兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)位進(jìn)行“異或”操作，并輸出結(jié)果。

在計(jì)算機(jī)中，邏輯單元通常與算術(shù)單元（ALU）結(jié)合使用，形成更加完整的算數(shù)邏輯單元（ALU）。當(dāng) CPU 需要執(zhí)行邏輯運(yùn)算時(shí)，它會(huì)將數(shù)據(jù)送入邏輯單元，并根據(jù)指令選擇需要進(jìn)行的運(yùn)算類(lèi)型。邏輯單元會(huì)計(jì)算出結(jié)果，并將其返回給 CPU 進(jìn)行下一步操作。

總的來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，邏輯單元也是非常重要的組件之一，它通過(guò)實(shí)現(xiàn)各種邏輯運(yùn)算來(lái)支持計(jì)算機(jī)的各種應(yīng)用，如控制決策、布爾邏輯運(yùn)算、比較判斷等。

?寄存器（Register）和內(nèi)存（RAM）都是計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的組件，但它們?cè)诖鎯?chǔ)、使用、速度等方面有很大區(qū)別。

寄存器是位于CPU內(nèi)部的高速存儲(chǔ)器，用于暫時(shí)存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)，是CPU執(zhí)行指令過(guò)程中必不可少的組件。寄存器的容量比內(nèi)存小得多，通常只有幾十個(gè)字節(jié)到幾百個(gè)字節(jié)，但由于其位于CPU內(nèi)部，訪(fǎng)問(wèn)速度非?？?，可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成讀寫(xiě)操作。寄存器一般被用來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前正在執(zhí)行的程序或數(shù)據(jù)，以及存儲(chǔ)各種狀態(tài)信息，例如程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、標(biāo)志寄存器、通用寄存器等。

關(guān)于寄存器還想了解更多的：一口氣看完45個(gè)寄存器，CPU核心技術(shù)大揭秘 - 知乎 (zhihu.com)

相比之下，內(nèi)存（RAM）是一種外部存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，它的容量比寄存器大得多，可以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。內(nèi)存的數(shù)據(jù)可以隨時(shí)讀取和修改，但訪(fǎng)問(wèn)速度比寄存器慢得多，需要幾十甚至幾百個(gè)時(shí)鐘周期才能完成讀寫(xiě)操作。內(nèi)存一般分為靜態(tài)內(nèi)存和動(dòng)態(tài)內(nèi)存兩種類(lèi)型，其中靜態(tài)內(nèi)存速度較快，而且不需要刷新操作，但成本較高；動(dòng)態(tài)內(nèi)存成本較低，但需要定時(shí)進(jìn)行刷新操作以保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確性。

總的來(lái)說(shuō)，寄存器和內(nèi)存在計(jì)算機(jī)中都具有非常重要的作用。寄存器通過(guò)提供快速且方便的存儲(chǔ)空間來(lái)支持CPU的指令執(zhí)行和數(shù)據(jù)處理；而內(nèi)存則提供了更大容量的存儲(chǔ)空間，支持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的日常運(yùn)行和各種應(yīng)用程序的執(zhí)行。通常情況下，計(jì)算機(jī)會(huì)將一部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在寄存器中，以便快速訪(fǎng)問(wèn)，在需要存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)時(shí)則將其存儲(chǔ)在內(nèi)存中。

?控制單元 CU(Control Unit)

控制單元（Control Unit，CU）它負(fù)責(zé)指揮和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各個(gè)部件進(jìn)行工作。CU通常位于CPU內(nèi)部，主要功能包括從主存中讀取指令、解析指令并生成相應(yīng)的控制信號(hào)、以及協(xié)調(diào)各個(gè)部件的工作等。

具體地說(shuō)，當(dāng)CPU要執(zhí)行某個(gè)程序時(shí)，CU首先從主存中讀取指令，并將其送入指令寄存器中。然后，CU會(huì)對(duì)指令進(jìn)行解碼，并根據(jù)解碼結(jié)果生成一系列控制信號(hào)，例如內(nèi)存讀寫(xiě)控制信號(hào)、ALU操作控制信號(hào)、總線(xiàn)控制信號(hào)等。這些控制信號(hào)會(huì)被發(fā)送到各個(gè)部件，使得它們按照指令要求進(jìn)行相應(yīng)的操作，最終完成指令的執(zhí)行。

除了指揮各個(gè)部件進(jìn)行工作之外，CU還負(fù)責(zé)處理異常情況和錯(cuò)誤。例如，在執(zhí)行某個(gè)指令時(shí)，如果發(fā)生了除以零或者非法指令等錯(cuò)誤，CU會(huì)立即停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，并向操作系統(tǒng)或用戶(hù)報(bào)告錯(cuò)誤信息。

總的來(lái)說(shuō)，CU可以看做是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的“大腦”，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和控制整個(gè)系統(tǒng)的工作，確保計(jì)算機(jī)的正確運(yùn)行。同時(shí)，CU也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體性能的關(guān)鍵因素之一，它的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)質(zhì)量直接影響到計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。

指令（Instruction）

首先，我們先介紹下我們需要到的指令(instruction)。

所謂指令，即指導(dǎo) CPU 進(jìn)行工作的命令，主要有操作碼 + 被操作數(shù)組成。

其中操作碼用來(lái)表示要做什么動(dòng)作，被操作數(shù)是本條指令要操作的數(shù)據(jù)，可能是內(nèi)存地址，也可能是寄存器編號(hào)等。 指令本身也是一個(gè)數(shù)字，用二進(jìn)制形式保存在內(nèi)存的某個(gè)區(qū)域中。

指令表(Instruction Table)

??對(duì)cpu感興趣的小伙伴可以看看下面這個(gè)視頻（大佬爆肝純手工自制cpu）

編程語(yǔ)言（Program Language）

程序（Program）

編程語(yǔ)言發(fā)展

編程語(yǔ)言是用來(lái)描述計(jì)算機(jī)程序的形式化語(yǔ)言。自從計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)，編程語(yǔ)言不斷地發(fā)展和演變，經(jīng)歷了許多里程碑事件：

1. 第一代編程語(yǔ)言（1940s-1950s）：第一代編程語(yǔ)言是早期計(jì)算機(jī)使用的機(jī)器語(yǔ)言，它通過(guò)二進(jìn)制代碼直接控制計(jì)算機(jī)硬件。由于它很難理解和使用，因此只有專(zhuān)家才能編寫(xiě)程序。

2. 第二代編程語(yǔ)言（1950s-1960s）：第二代編程語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言，它使用助記符號(hào)代替了二進(jìn)制代碼，使得人們更容易地編寫(xiě)程序。但它仍需要對(duì)硬件有深入的了解。

3. 第三代編程語(yǔ)言（1960s-1970s）：第三代編程語(yǔ)言是高級(jí)語(yǔ)言，例如FORTRAN、COBOL、BASIC等，它們的語(yǔ)法更加接近自然語(yǔ)言，使編程變得更加簡(jiǎn)單。同時(shí)，出現(xiàn)了編譯器和解釋器等工具，為程序員提供了更好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

4. 第四代編程語(yǔ)言（1970s-1990s）：第四代編程語(yǔ)言是面向數(shù)據(jù)庫(kù)的語(yǔ)言，例如SQL，它們不需要程序員編寫(xiě)大量的代碼來(lái)操作數(shù)據(jù)，而是提供了高度抽象的接口。

5. 現(xiàn)代編程語(yǔ)言（1990s-至今）：現(xiàn)代編程語(yǔ)言包括Java、Python、C++等，它們具有更多的特性和功能，例如面向?qū)ο缶幊獭⒑瘮?shù)式編程、動(dòng)態(tài)類(lèi)型等。同時(shí)，出現(xiàn)了許多框架和庫(kù)，幫助程序員更快地構(gòu)建應(yīng)用程序。

編程語(yǔ)言的發(fā)展經(jīng)歷了從低級(jí)到高級(jí)、從硬件到軟件、從過(guò)程化到面向?qū)ο蟮葞讉€(gè)階段，每個(gè)階段都為計(jì)算機(jī)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。未來(lái)，人工智能、量子計(jì)算和其他新技術(shù)的發(fā)展也將進(jìn)一步推動(dòng)編程語(yǔ)言的演變和創(chuàng)新。

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操作系統(tǒng)

結(jié)語(yǔ)

作為一名程序員，計(jì)算機(jī)將會(huì)一直陪伴我們今后的日子，我深知計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)的重要性。在這個(gè)五一勞動(dòng)節(jié)之際，我想向所有辛勤工作的人們致以敬意，并分享一些我認(rèn)為程序員應(yīng)該掌握的基礎(chǔ)知識(shí)。

我們今天介紹了計(jì)算機(jī)的歷史以及了解了計(jì)算機(jī)時(shí)如何工作的，但是計(jì)算機(jī)技術(shù)是一個(gè)不斷演變和發(fā)展的領(lǐng)域，身為程序員的我們需要不斷學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，才能保持競(jìng)爭(zhēng)力和應(yīng)對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)。

在這個(gè)特別的節(jié)日里，讓我們一起感恩勞動(dòng)、尊重知識(shí)、珍惜時(shí)間，為自己和社會(huì)創(chuàng)造更多價(jià)值！文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-444165.html

到了這里，關(guān)于勞動(dòng)節(jié)程序員應(yīng)該知道的知識(shí)——計(jì)算機(jī)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！