從小到大，我們被告知的都是，計(jì)算機(jī)只能讀懂1和0，但我們好奇的是：為什么計(jì)算機(jī)它就能夠讀懂1和0呢？它是怎么讀懂的？白熾燈也能讀懂1和0，讀1代表亮，讀0代表滅，計(jì)算機(jī)比白熾燈的更高級(jí)之處又在哪呢？小編我當(dāng)年報(bào)考計(jì)算機(jī)專業(yè)，有很大的原因是奔著搞明白這個(gè)問(wèn)題來(lái)的?？墒菍W(xué)的越多，我好像越來(lái)越搞不明白，直到最近，終于有點(diǎn)摸著邊了。計(jì)算機(jī)讀懂后，又是怎樣進(jìn)行工作的呢？嗯...小編想問(wèn)的就是，最最基本的那個(gè)工作原理又是什么呢？我們知道，計(jì)算器是計(jì)算機(jī)的前身，本節(jié)內(nèi)容我們將帶大家了解一下計(jì)算器的工作原理。大學(xué)里好多課程，數(shù)字邏輯，計(jì)算機(jī)組成原理，只是從不同層次上解釋了計(jì)算機(jī)的工作原理，很可惜的是，我們并沒(méi)有把知識(shí)串起來(lái)?？戳撕芏嗳说幕卮?，大家也只是解釋了一部分問(wèn)題，沒(méi)有完整的把計(jì)算機(jī)整個(gè)的抽象層次說(shuō)清楚。最近小編看到了CharlesPetzold的《編碼

隱匿在計(jì)算機(jī)軟硬件背后的語(yǔ)言》，這部永不退色的計(jì)算機(jī)經(jīng)典著作，為了講明白了這件事兒，今天小編用一些較為簡(jiǎn)略的話，回顧一下作者寫(xiě)作的思路，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)上科普貼，用我的理解為大家介紹計(jì)算機(jī)的工作原理。今天的計(jì)算機(jī)已經(jīng)變得相當(dāng)復(fù)雜，是有史以來(lái)人類創(chuàng)造的最復(fù)雜最精密的儀器，沒(méi)有之一，是二十世紀(jì)技術(shù)領(lǐng)域的“登峰造極之作”，計(jì)算機(jī)與生俱來(lái)的層次化體系結(jié)構(gòu)，掩蓋了技術(shù)背后最本質(zhì)的東西，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人去關(guān)心計(jì)算機(jī)最本質(zhì)的工作原理，我希望能剖析計(jì)算機(jī)一層層“抽象”面紗，展現(xiàn)最本質(zhì)的“計(jì)算”過(guò)程?；镜闹R(shí)基礎(chǔ)是高中物理，高中數(shù)學(xué)。大家是否依稀記得在電磁學(xué)那一部分里，老師似乎講到了電磁繼電器。當(dāng)時(shí)老師說(shuō)，繼電器是很重要的發(fā)明，當(dāng)我們打開(kāi)物理課本時(shí)，“什么破東西嘛”，太簡(jiǎn)單了，那時(shí)候覺(jué)得像繼電器這樣的發(fā)明沒(méi)什么用。高中數(shù)學(xué)中也講到，布爾代數(shù)，簡(jiǎn)單老說(shuō)就是：與、或、非。而且教科書(shū)上說(shuō)，布爾代數(shù)意義重大云云。下面問(wèn)題來(lái)了，我只用繼電器能不是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的計(jì)算器？注意是“計(jì)算器”，而不是計(jì)算機(jī)。那么，如何用繼電器打造出一個(gè)”計(jì)算器“，進(jìn)而打造出一臺(tái)”計(jì)算機(jī)“呢？?jī)蓚€(gè)繼電器串聯(lián)，點(diǎn)亮一盞燈，這算不算實(shí)現(xiàn)了“與”的操作呢？?jī)伞罢妗睘椤闭妗?。兩個(gè)繼電器并聯(lián)，點(diǎn)亮一盞燈，是不是實(shí)現(xiàn)了”或“的操作？一真為真。一個(gè)繼電器本身就可以實(shí)現(xiàn)”非“的操作。這樣一來(lái)，物理上的繼電器，和布爾代數(shù)，完美的融合起來(lái)，我把與或非門(mén)繼電器實(shí)現(xiàn)稱作”物理層“，每張圖右邊的符號(hào)表示，稱作”布爾邏輯層“，從”物理層“到”布爾邏輯層“是我們的第一層抽象，很簡(jiǎn)單吧？（當(dāng)然現(xiàn)代計(jì)算器從物理實(shí)現(xiàn)到邏輯實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)不再使用繼電器，而是在硅芯片上雕刻一個(gè)個(gè)的晶體管，但晶體管的數(shù)量絕對(duì)不會(huì)減少）。接下來(lái)可能有人問(wèn)，你整這些小兒科的東西，有什么用呢？別急，看我慢慢展開(kāi)！我們知道，布爾代數(shù)是一種數(shù)學(xué)，既然是在一種數(shù)學(xué)，那么存在數(shù)學(xué)運(yùn)算啊，數(shù)學(xué)運(yùn)算能用繼電器實(shí)現(xiàn)嗎?ofcourse！一個(gè)或門(mén)，一個(gè)與非門(mén)，一個(gè)與門(mén)，按照?qǐng)D示連在一起形成了一個(gè)最常見(jiàn)的運(yùn)算，異或運(yùn)算，”相同為假，不同為真“，那物理實(shí)現(xiàn)上怎么做呢？請(qǐng)?jiān)诖竽X中想想怎么連線，一共七個(gè)繼電器就可以實(shí)現(xiàn)，有了異或運(yùn)算，我們就可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的運(yùn)算，下面就和我們實(shí)現(xiàn)一臺(tái)”計(jì)算器“直接相關(guān)了。一個(gè)異或門(mén)和一個(gè)與門(mén)，形成一個(gè)”半加器“，圖示下邊的符號(hào)表示一個(gè)半加器，這里是新一層的抽象，從布爾邏輯運(yùn)算到”計(jì)算器件“的抽象。一個(gè)異或門(mén)和一個(gè)與門(mén)，形成一個(gè)”半加器“，圖示下邊的符號(hào)表示一個(gè)半加器，這里是新一層的抽象，從布爾邏輯運(yùn)算到”計(jì)算器件“的抽象。有了一位”全加器“，我們實(shí)現(xiàn)8位加法的計(jì)算還遠(yuǎn)嗎？當(dāng)然不遠(yuǎn)，8個(gè)全加器，按圖示相連，就可以實(shí)現(xiàn)8位加法計(jì)算（和我們?cè)诩埳线M(jìn)行加法運(yùn)算很像，進(jìn)位的操作很顯然。當(dāng)然，這里都是進(jìn)行二進(jìn)制加法），右下方是8位加法器的表示方式。計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中，最重要的思想是“抽象”，一層層的抽象封裝了實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，使的計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)人員更關(guān)注與邏輯的實(shí)現(xiàn)，相信有了小編上面的表述，讀者應(yīng)該能看懂下邊的抽象思想：這個(gè)電路實(shí)現(xiàn)了把輸入的數(shù)據(jù)取反（0->1,1->0）這是求補(bǔ)器的“抽象”我還清楚的記得，在計(jì)算機(jī)組成這門(mén)課上，老師講述，原碼和補(bǔ)碼概念，“在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，正數(shù)的補(bǔ)碼是它本身，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼，記得取反加1“，為什么取反加1呢？看看上邊的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)減法？有個(gè)取反操作，還有個(gè)進(jìn)位操作，這不正是”取反加1“嗎？下面從邏輯實(shí)現(xiàn)層，回到物理層，思考下，需要多少繼電器才能實(shí)現(xiàn)這樣的”小發(fā)明“，算了，嚇一跳吧？然而我們的計(jì)算機(jī)先驅(qū)康拉德·楚澤花費(fèi)了十年心學(xué)，3000多個(gè)繼電器才早出一個(gè)計(jì)算