计算机组成原理[0]

发布于 9 天前  17 次阅读


一个神奇的黑盒子,可以听音乐、玩游戏、看视频。计算机的用处不必多说了,但相信其中的原理还有很多非计算机专业的朋友不是很清晰,但是很好奇。本系列希望能将神秘的计算机原理简单的呈现在大家面前。希望对您有所帮助。因为讲的很通俗,所以会不够专业,希望进行专业学习的同学还是要学习教材。当然也希望本系列能让您在学习专业教材的时候轻松一些。

信息

在了解计算机组成原理之前,我们先来了解一下信息的概念,相信会对后面计算机组成原理的理解起到帮助。

什么是信息

信息有许多专业的定义,对它的研究也很深入了,为了便于大家理解,就不展开讲了,感兴趣的朋友可以看些相关的专业书籍,比如《数字与通信》之类的。对于了解计算机组成原理来说,我们只需要有一点点对于信息的认识就可以了。随着学习的深入,大家对信息的认识也会更加深入的。

香农认为:“信息是用来消除随机不确定性的东西”。

明天下雨,这句话就传递了一个信息。而这个信息消除了明天天气的随机不确定性。

信息的传递需要载体

无论是说话也好,打手势也好,信息的传递是需要载体的。而计算机中的信息一般都是通过二进制波形来传递的。为什么二进制波形能传递信息呢?为什么偏偏要用二进制传递信息呢?听我慢慢道来。

二进制能传递任何信息

二进制,就是满二进一,因此二进制中只有0和1两种数。那么为什么两种数可以表示世间万物呢?通过映射!首先,文字、图像、声音等都能用二进制来表示,后两者比较复杂,所以先用文字来举例子。

众所周知,英语只有26个字母,加上空格,也就是只有27个状态。只要有27种状态就能表达出所有的英语文章。那么最简单的方法,取5位二进制数与字母和空格一一对应,那么就能用二进制表示出所有的英文文章了。

因为5位二进制数可以表示2^5=32种状态。

例如我们取00000表示a,00001表示b,00010表示c,00011表示d,以此类推。那么computer就可以表示成 00010 01110 01100 01111 10100 10011 00100 10001这么长一串数字。当然实际运用的时候会对编码长度等做很多优化,这个咱们后面再细聊。总之,就用这样的方式就能使用二进制表示一切了。

恭喜你,你学会了你家宝贝电脑的机器语言的原理。机器语言其实就是一串很长很长的0和1。

使用二进制传递信息的原因

如果是做映射的话,用三进制也可以,或是使用人类更熟悉的十进制也很棒。那为什么使用了二进制呢?

是因为,制造计算机,让计算机内部能够表示或处理几进制的信息,也就需要在自然界中找到几种稳定的状态。而最普遍的就是两种状态了,比如电路的通断,硬币的正反等等。现在所使用的电子设备基本上都是使用高电平(也就是高电压值),和低电平(低电压值)表示0和1,高和低两种状态最便于实现,由于成本等各种限制,就选用了二进制了。

关于信息的理解到这就差不多了,下一章咱来盘一盘计算机的硬件组成。


已有涯随无涯,殆矣