計算機基本知識計算機基本知識計算機基本知識計算機的基本工作原理（初）
一種有著神奇的「魔力」和「智慧型」的人造裝置正在迅速地、徹底地、默默無聞或者令人震驚地改變和豐富我們所生活的大千世界。這個看起來很不起眼的，在一些場合被稱為「電腦」的電器裝置，是如何具有如此神奇的「魔力」和「智慧型」的？本章將帶你開始解開這個謎。
1．1節介紹理想廚房系統，1.2節通過乙個炒菜例項講解理想廚房各部件是如何密切配合工作的。1.
3是一張理想廚房系統與計算機系統的對照表1.4到1.8介紹了二進位制、計算機、機器指令和指令集、數和碼。
1.09對計算機的重要特點進行了概括性的總結、1.11是計算機與理想廚房的一些重要區別。
其中1.2、1.3、1.
4、1.9和1.11是本章重點。
學過《大學計算機基礎》或《計算機導論》的讀者，本章不是必學的內容。但瀏覽一下1.2、1.3和1.9節應該是有益的。
。電子數字計算機從發明到現在，不過大約70年的時間。然而計算機的發明、改進和普及，卻徹底地變革了人類社會。
計算機本身也變得越來越複雜、快速、小巧、種類繁多。但大多數計算機都遵循馮.諾伊曼體系結構。
這為我們理解大多數計算機的基本工作原理提供了方便。
本節是全書的重要基礎。通過本節，為你真正揭開計算機究竟如何工作的神秘面紗。（但是要直到12.
4、12.5節，才能徹底揭開計算機硬體如何在作業系統這個系統軟體的排程管理下，並行執行多道程式的內在奧秘。）糾正你對計算機的一些錯誤認識和看法。
並為第2、12、13章的學習打下牢固的知識基礎。
本節不需要任何的預備知識，只要你能把本節認真仔細地學習兩遍，你就能夠真正懂得看似極為神秘莫測、奧妙無窮，到目前為止人類有史以來最偉大、最神奇而又最為複雜的發明——計算機（又稱為「電腦」。這個偉大發明，匯集了幾代人中很多傑出人士的聰明才智和研究成果）是如何工作的基本原理。為達此目的，筆者付出了極大的努力，找到了一種比較好的比喻方法——理想廚房系統，由此開始我們的真正理解計算機工作原理的，激動人心的探索旅程。
1.1理想廚房系統：
理想廚房系統，是乙個通過順序執行菜譜中的各個加工步驟，把原材料加工成菜餚的系統。
它由硬體（理想廚房、自動冰箱和三條傳送帶）和軟體（菜譜）組成。
1) 硬體部分：理想廚房系統，主要由以下三個硬體部件（即實物部件）構成——理想廚房、自動冰箱和三條傳送帶。
●自動冰箱：由非常多的大小一樣的格仔組成。負責臨時儲存菜譜、原材料和菜餚。是不是很奇怪？菜譜竟然要和原材料一道，統一存放在冰箱中！
●三條傳送帶：負責理想廚房與自動冰箱之間的通訊及物品（菜譜中的加工步驟、原料和菜餚）傳送。
●理想廚房：負責根據從菜譜中取到的加工步驟進行炒菜以及進行相關的控制工作。
2) 軟體部分：菜譜是理想廚房系統中乙個無重量、無體積、不會損壞、可經常更換的，但又極為重要的軟體部件（即資訊流部件）。菜譜由乙個個加工步驟順序組成。
注意：術語「理想廚房系統」與「理想廚房」是有區別的，理想廚房只是理想廚房系統中的乙個組成部分。
理想廚房系統的構成簡圖如圖1.1所示：
理想廚房自動冰箱
碟名碟中物品格仔編號格仔（存放加工步驟或原料）
圖1.1理想廚房系統的構成簡圖(但圖中沒給出具體的軟體)
●理想廚房中各種碟子的作用
r0、r1、r2碟是一些通用臨時存放碟，用來臨時存放從冰箱取來的原材料或加工了的半成品或成品。
pc碟：存放下一條要執行的加工步驟位於冰箱的哪一格中（這是乙個格仔的數字編號）。
ir碟：用來存放剛從冰箱取過來的加工步驟。
● 理想廚房執行菜譜的乙個加工步驟，其流程完全是週期性的。
廚房管理員首先要根據pc碟中的值（這個值表示：將要執行的菜譜中的加工步驟，位於冰箱的哪一格中），通過三套傳送帶的協調工作，到自動冰箱的指定格中去取菜譜中的乙個加工步驟。取到理想廚房並把它放到ir碟中後（pc碟中的值將會加上1，為取下乙個加工步驟做好準備），管理員還要閱讀並分析此加工步驟；然後根據此加工步驟的指示，去做以下七類工作中的一種：
1．通過三套傳送帶，命令自動冰箱把指定位址格仔中的（炒菜加工步驟馬上要用到的）原材料（通過材料傳送帶）傳送到理想廚房中來——即取物品；
2．命令廚師按照指令（即加工步驟）的要求，對原材料作乙個基本加工操作（做「炒」，「蒸」，「煮」等基本操作步驟中的乙個炒菜動作）——即加工原材料。
3．通過向三套傳送帶向自動冰箱發命令，把某個碟子中的成品（或半成品）送回到冰箱指定的格仔中存放——即存物品；
4．在廚房的各個碟子或炊具之間傳送原料或半成品——在廚房內部進行物品傳送 ；
5．根據某個狀態碟中的具體條件（比如預定時間到了、溫度夠了），不按正常順序取出並且執行下一條指令，而是根據此指令中給出的（冰箱格仔的相對或絕對）位址，跳轉到那一格中去取下一條指令——即進行跳轉。
6．命令傳菜生端菜給顧客；——即輸出。
7．命令配菜員為某菜配原材料；——即輸入。
乙個加工步驟執行完後，理想廚房立即自動進行下乙個完全類似的、新的取加工步驟——執行加工步驟的週期。
下面我們通過乙個例項來講述理想廚房系統的工作機制。這是本章的重點內容。
1.2理想廚房系統的乙個炒菜例項：
現在，我們通過炒製一道香菇炒菜心的例子來說明理想廚房系統的工作過程。
首先，把香菇放在冰箱位址為5的格仔中，把菜心放在冰箱位址為6的格仔中，冰箱位址為7號的格仔，預留給炒好的菜使用。首先，把香菇放在冰箱位址為5的格仔中，把菜心放在冰箱位址為6的格仔中，冰箱位址為7號的格仔，預留給炒好的菜使用。
菜譜的所有加工步驟（又稱為指令）從冰箱位址0號格開始依次按照順序存放，編寫香菇炒菜心的菜譜如下：
位址0的格仔中： 取位址5（中的物品）到r0碟；
位址1的格仔中： 取位址6（中的物品）到r1碟；
位址2的格仔中： 將r0碟和r1碟倒入炒鍋中炒好倒回r0碟；
位址3的格仔中： 送r0碟（中的物品）到位址7中；
可見，一共有4個加工步驟。
開始時理想廚房系統狀態如下圖1.3
（注意：冰箱格仔以及理想廚房碟子中存放的物品都用了斜體字）
理想廚房自動冰箱
碟名碟中物品位址冰箱格仔中物品
圖1.3
菜譜設定完畢後，理想廚房系統開始自動化的工作。
1），廚房管理員根據pc碟子中的數字「0」，知道要到冰箱位址為0的格仔中取第一條指令（即加工步驟）。於是，廚房管理員向控制傳送帶上送出乙個「取」訊號，然後馬上將pc碟中的數字「0」複製後放到位址傳送帶上。這兩個訊號都會到達自動冰箱。
自動冰箱收到這兩個訊號後，將0號格的內容影印件「取位址5到r0碟」放到材料傳送帶上，送往理想廚房。理想廚房收到後，將這條指令放到ir碟中。然後，廚房管理員將pc碟中的原來值增加1，以便為取下一條指令做好準備。
取指令週期完成後，理想廚房系統處於如下圖1.4狀態：
理想廚房自動冰箱
碟名碟中物品位址冰箱格仔中物品
圖1.4
廚房管理員讀到指令存放碟（即ir碟）中的加工步驟後，知道要到冰箱位址號為5的格仔中去取原材料，並且取來後要放到r0碟中。因此，管理員向控制傳送帶上送出乙個「取」訊號，然後馬上將5這個數放到位址傳送帶上。
冰箱收到「取」訊號後，知道理想廚房要取物品。然後，冰箱從位址傳送帶得到了5，於是冰箱將位址為5的格仔中的物品「香菇」取出來，放到材料傳送帶上。
材料傳送帶上的物品「香菇」，傳到理想廚房後，按照指令的要求（通過廚房內部的傳送帶）送到了r0碟中。第一條指令執行完後，理想廚房系統處於如下圖1.5所示的狀態：
理想廚房自動冰箱
碟名碟中物品位址冰箱格仔中物品
圖1.5
2）接下來，開始執行下一條指令的取指週期，類似於前一條指令，在取指週期完成後，理想廚房系統處於如下圖1.6狀態：
理想廚房自動冰箱
碟名碟中物品位址冰箱格仔中物品
圖1.6
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