计算机二进制的故事

Alexander-li 2023-01-12 15:02:32

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本文通过灯泡开关的比喻，深入浅出地解释了二进制、逻辑门与CPU运算的基本原理。从简单的灯泡状态到复杂的逻辑门电路，再到现代CPU的ALU和流水线设计，揭示了计算机如何通过二进制和逻辑门实现高效运算。文章还探讨了存储层次和I/O系统，帮助读者理解计算机的核心工作机制。

引子首先，计算机一共就能做两件事：计算和通信那在讲计算机之前，我们先来讲一个故事，大家知道古时候的中国是如何通信的么？假如，战国时期两个国家要打仗了，我们垒了城墙，每隔一段就有兵镇守，现在有人来攻打我们了，然后我们是不是得通知其他人有人来打我们来了？怎么通知？ 1.派个人跑着去？等人回来，仗打完了 2.点狼烟信号好了，现在有5000精兵来打你了，你点了根狼烟搬救兵，从东边来了1...

计算机补码的由来

在讲二进制之前，我们先讲个小故事，大家知道古时候的中国是如何通信的么？假如，战国时期两个国家要打仗了，我们垒了城墙，每隔一段就有兵镇守，现在有人来攻打我们了，然后我们是不是得通知其他人有人来打我们来了？怎么通知？派个人跑着去？等人回来，仗打完了飞鸽传书？不靠谱，鸽子会被敌人射下来做烧烤点狼烟信号，可行好了，现在有5000精兵来打你了，你点了根狼烟搬救兵，从东边来了10个人，西边来了10个人，20个...

不管数据的性质如何，输入那么长的位序列既乏味又容易出错。所以，在八进制中，我们只需要输入 35056431132，这显然工作量更少，而且更容易验证我们输入了正确的值（假设它被写在某处）。唐纳德吉尔斯是冯诺依曼在普林斯顿的学生之一，后来成为伊利诺伊大学的教员，他在 70 年代中期回忆说，研究生们被“习惯”为他们的早期机器（可能是IAS 机）。事实上，当他的一名研究生正在构建汇编程序以帮助凡人更好地编程时，他根本不喜欢这个想法：在 1950 年代，冯诺依曼被聘为顾问，审查提议的和正在进行的先进技术项目。

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