珺工(gōng)筆記(jì)本原理(lǐ)；

盡(jìn)管(guǎn)計算機技術(shù)自(zì)20世紀40年代第一(yī)部電子通(tōng)用(yòng)計算機誕生(shēng)以(yǐ)來以來有(yǒu)了(liǎo)令人(rén)目眩(xuàn)的(dí)飛速發(fā)展
，但(dàn)是(shì)今天計算(suàn)機(jī)仍(réng)然基(jī)本(běn)上采用的是存儲(chǔ)程序(xù)結構
，即(jí)馮·諾伊曼結構
。這個(gè)結(jié)構實(shí)現了(liǎo)實(shí)用化的通用計(jì)算機(jī)
。
存(cún)儲(chǔ)程(chéng)序(xù)結(jié)構將珺(jùn)工筆記本描述成(chéng)四個(gè)主要(yào)部分(fēn)：算術邏(luó)輯(jí)單元(yuán)，控(kòng)製電路(lù)，存(cún)儲器(qì)及輸(shū)入(rù)輸出設(shè)備
。這些(xiē)部(bù)件通過(guò)一(yī)組(zǔ)一組的排綫(xiàn)連接(jiē)（特(tè)別(bié)地
，當(dāng)一組(zǔ)綫被(bèi)用於(yú)多種(zhǒng)不同意圖(tú)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)又被(bèi)稱為(wéi)總綫）
，並且(qiě)由一個(gè)時(shí)鐘來(lái)驅動(dòng)（當(dāng)然某些其(qí)他事件也可(kě)能驅動控製(zhì)電(diàn)路(lù)）
。
概(gài)念上講
，一(yī)部計算機的(dí)存(cún)儲器(qì)可以(yǐ)被(bèi)視為(wéi)一(yī)組“細胞”單(dān)元(yuán)
。每(měi)一個(gè)“細(xì)胞”都(dū)有(yǒu)一(yī)個編(biān)號(hào)
，稱為(wéi)地址；又都可以存儲(chǔ)一個(gè)較(jiào)小的(dí)定(dìng)長信息
。這個信息既(jì)可(kě)以(yǐ)是指(zhǐ)令（告(gào)訴(sù)計算機去(qù)做(zuò)什麼）
，也(yě)可(kě)以是數據（指(zhǐ)令的(dí)處理對(duì)象(xiàng)）
。原則上
，每(měi)一(yī)個(gè)“細(xì)胞(bāo)”都(dū)是(shì)可以存儲(chǔ)二(èr)者(zhě)之任一的(dí)
。
算術(shù)邏輯單元(yuán)（ALU）可以(yǐ)被稱(chēng)作(zuò)計算機的(dí)大(dà)腦
。它可以做兩類運算： 第(dì)一(yī)類(lèi)是(shì)算術運算
，比如對兩個(gè)數(shù)字進行加減(jiǎn)法(fǎ)
。算(suàn)術(shù)運算部(bù)件(jiàn)的(dí)功(gōng)能在ALU中是十(shí)分(fēn)有(yǒu)限(xiàn)的
，事實上
， 一(yī)些ALU根本(běn)不支(zhī)持(chí)電(diàn)路(lù)級(jí)的乘法(fǎ)和除(chú)法(fǎ)運算（由是(shì)用戶(hù)隻(zhī)能通過編程(chéng)進(jìn)行(háng)乘(chéng)除法運(yùn)算）
。第(dì)二類是比較(jiào)運(yùn)算(suàn)
，即給定(dìng)兩個數
， ALU對其進(jìn)行比(bǐ)較(jiào)以(yǐ)確定(dìng)哪個更大一(yī)些(xiē)
。
輸(shū)入輸出係(xì)統(tǒng)是(shì)計算(suàn)機(jī)從外部(bù)世(shì)界接(jiē)收信息和(hé)向外部(bù)世(shì)界反饋運算結果的手段
。對於一部(bù)標準的個(gè)人(rén)計算機(jī)
，輸入(rù)設(shè)備主(zhǔ)要有鍵盤和鼠(shǔ)標
，輸出設備(bèi)則(zé)是顯示(shì)器，打印(yìn)機以(yǐ)及其他許多後文將要討(tǎo)論的(dí)可連(lián)接(jiē)到計(jì)算機(jī)上的I/O設備(bèi)
。
控製係統將(jiāng)以上計(jì)算機(jī)各部分連(lián)接起來
。它的功(gōng)能(néng)是從(cóng)存儲器(qì)和輸入輸出設(shè)備(bèi)中(zhōng)讀取(qǔ)指令(líng)和(hé)數據
，對(duì)指(zhǐ)令(líng)進行解(jiě)碼
， 並向ALU交(jiāo)付匹配指令要求的(dí)正確(què)輸入
，告知ALU對這些數據做哪些運算(suàn)並將結果數據返回到何(hé)處
。控(kòng)製係統中(zhōng)一個(gè)重要組(zǔ)件就是(shì)一個(gè)用來保持(chí)跟蹤(zōng)當前(qián)指令所在地址的計(jì)數器
。 通(tōng)常這(zhè)個計(jì)數(shù)器(qì)隨著指令的執行(háng)而累加
，但有時如(rú)果(guǒ)指(zhǐ)令指(zhǐ)示進行跳轉則(zé)不(bù)依(yī)此(cǐ)規(guī)則
。
20世紀(jì)80年代以(yǐ)來ALU和(hé)控(kòng)製單(dān)元（二(èr)者(zhě)合稱(chēng)中(zhōng)央(yāng)處(chǔ)理器(qì)）逐漸被集(jí)成到(dào)一(yī)塊(kuài)集成電(diàn)路(lù)上(shàng)
，稱作(zuò)微(wēi)處(chǔ)理(lǐ)器
。 這類(lèi)計算機的工(gōng)作(zuò)模式十分直觀(guān)：在(zài)一(yī)個時鐘(zhōng)周(zhōu)期內
，計算機(jī)先從存儲(chǔ)器中獲取指令和數據(jù)
，然後(hòu)執行指令(líng)
，存儲數(shù)據(jù)
，再獲(huò)取下(xià)一條指令(líng)
。這(zhè)個過(guò)程被反(fǎn)復執行(háng)
，直至(zhì)得(dé)到(dào)一(yī)個終(zhōng)止(zhǐ)指(zhǐ)令
。
由控製器解(jiě)釋
，運(yùn)算器執(zhí)行的指令(líng)集是一(yī)個精(jīng)心(xīn)定義的數目十(shí)分(fēn)有限(xiàn)的簡單指(zhǐ)令集(jí)合(hé)
。一(yī)般可以(yǐ)分為四(sì)類：1），數據(jù)移動 （如：將一(yī)個數值從(cóng)存儲(chǔ)單元A拷(kǎo)貝到存(cún)儲單元B）2），數邏運(yùn)算(suàn)（如：計算(suàn)存儲單(dān)元(yuán)A與(yǔ)存儲單元B之(zhī)和
，結果返回存(cún)儲(chǔ)單(dān)元(yuán)C）3）， 條(tiáo)件(jiàn)驗證（如：如(rú)果存儲單元A內(nèi)數值(zhí)為100
，則下(xià)一(yī)條指令地(dì)址為(wéi)存儲單元F）4），指令串行(háng)改(gǎi)易(yì)（如：下(xià)一條指令(líng)地(dì)址(zhǐ)為存儲單元F）
指令如(rú)同數(shù)據一樣(yàng)在(zài)計(jì)算(suàn)機內部是(shì)以二(èr)進製來表(biǎo)示(shì)的
。比如說(shuō)
，10110000就(jiù)是(shì)一條(tiáo)Intelx86係(xì)列微(wēi)處(chǔ)理(lǐ)器的拷貝指令代碼
。 某一(yī)個計(jì)算機(jī)所支(zhī)持的(dí)指令集(jí)就是該計算機的(dí)機(jī)器語言
。因(yīn)此
，使用(yòng)流行的機器語言(yán)將(jiāng)會(huì)使(shǐ)既(jì)成(chéng)軟(ruǎn)件(jiàn)在一(yī)部新(xīn)計算(suàn)機(jī)上運(yùn)行得更(gēng)加容易(yì)
。所以(yǐ)對(duì)於(yú)那(nà)些(xiē)機型(xíng)商業(yè)化(huà)軟件開發的人來(lái)說
，它們通常隻(zhī)會(huì)關注一種或幾(jī)種不(bù)同(tóng)的機器語(yǔ)言(yán)
。
更(gēng)加(jiā)*的小(xiǎo)型計(jì)算(suàn)機
，大型(xíng)計算(suàn)機(jī)和服務器(qì)可(kě)能會(huì)與(yǔ)上述(shù)計(jì)算機有所(suǒ)不同
。它(tā)們通常將(jiāng)任務分(fēn)擔(dān)給(gěi)不(bù)同(tóng)的CPU來執(zhí)行
。今(jīn)天
， 微處理(lǐ)器和(hé)多(duō)核個人計算機也在(zài)朝這(zhè)個方向(xiàng)發(fā)展
。
超級計算機(jī)通常(cháng)有(yǒu)著與基(jī)本的(dí)存儲程序(xù)計算(suàn)機顯著區別的(dí)體(tǐ)係結(jié)構(gòu)
。它們通(tōng)常有著(zhuó)數以千計的(dí)CPU
， 不(bù)過這(zhè)些(xiē)設(shè)計似(sì)乎隻(zhī)對特定(dìng)任(rèn)務有(yǒu)用(yòng)
。在各(gè)種計算機中
，還(huán)有一(yī)些(xiē)微控(kòng)製器采用令(líng)程序和數據分(fēn)離的哈佛架構(gòu)
。