java石器时代_【Java Saves!】Session 4:计算机器之二--石器时代

2023-12-09 10:50

本文主要是介绍java石器时代_【Java Saves!】Session 4:计算机器之二--石器时代,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

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2月30日,考古学家在对我国西北边陲大荒山无稽崖青梗峰下的一处石器时代的遗址发掘工作中取得重大发现!一台外观完好的计算机,在地下沉睡10000多年、历经沧海桑田后终于重见天日。有关部门迅速抽调精干力量,成立了包括程序员在内的跨学科专项组,初步研究表明,该计算机能够顺利启动并正常运行。而在本报记者拍摄的高清照片上可以看到,该计算机正在执行一个计算圆面积的程序:

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我们向项目组成员、退休程序员LowG了解到了该计算机的组成结构和工作原理等更多信息。

计算机组成及工作原理

据Low师傅介绍,这台石器时代的计算机,其工作原理与现代计算机无异。Low师傅向记者详细讲解了这台计算机的部件结构和程序的执行过程,现完整转录,以飨充满好奇心的读者。

Low师傅:这个…你现在看到的这台计算机它这个…呃…是由以下几部分组成的:

CPU(Central Processing Unit,中央处理器),这是计算机的核心部件。计算机之所以叫做计算机,是因为它是用来计算的机器,而计算就是由CPU来执行的

内存(Memory,简称 Mem)。内存就像一个抽屉柜,每个抽屉里面可以放一条数据(Data)。所有抽屉按顺序编号,正如照片上的37、38、39… 这叫内存地址(Memory Address),CPU就是通过内存地址往某一个抽屉里面存数据,或者从里面取数据

外围设备,包括输入设备(例如键盘)、输出设备(例如显示屏)、磁盘(Disk)等。外围设备由I/O模块控制,嗯,你真聪明!I/O就是输入(Input)和输出(Output)的意思

总线。CPU、内存、I/O设备通过总线连接起来,互相传递信号和数据

程序本身是一个文件。通常我们也将程序叫做可执行程序,其原因是不言自明的。在Windows中,可执行程序的文件扩展名是.exe,例如,Windows自带的绘图程序,在 C:\Windows\System32 文件夹中,文件名是 mspaint.exe。

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当用户双击一个可执行程序时,操作系统就从磁盘上将程序加载到内存中,CPU开始执行程序中的第一条指令。这样,程序就开始运行了。

程序包括数据和指令2部分。其实指令本身也是数据,一种特殊的数据;还记得吗,前面说过,内存是用来存放数据的,既然程序能被放到内存中,那就说明程序指令也是数据。

我们知道,圆面积的计算公式是

A = π × R2

其中,π是常数3.14159…,R是圆的半径。由于绝大部分地球人智力退化,手工计算圆的面积不仅耗时漫长,且易出错,所以,程序员专门写了一个圆面积计算程序,用户只需要输入半径R,程序就能计算出圆面积,并输出到显示屏上。计算机就是专门用来做这种机械、繁琐的计算工作的,它第一是算得快,第二是算得准,只要程序的算法是正确的,用户的输入是正确的,它算出来的结果就一定是正确的。

圆面积程序包含下列数据:

π=3.14159

因为π是常数,所以程序员就把它写在程序里面了,否则,用户每次都要输入这个数,你知道地球人的耐心程度的,万一自己输错了反倒怪程序员…

圆面积程序包含下列指令:

Read R -- 这条指令表示,从输入设备读一个数,这个数取了个名字叫 R

R2 = R × R -- 这条指令表示,计算R的平方,得到的结果取个名字就叫 R2。CPU并不能计算一个数的平方,但是可以算乘法,所以这里只能这样子了。你看,计算机傻吧

A = π × R2 -- 这条指令表示,用π乘以 R2,得到的结果取个名字叫 A。π是包含在程序内的数据,R2 是上一个指令计算出来的

Write A -- 这条指令表示,把 A 写出到输出设备

一般情况下,CPU执行完一条指令后,会接着执行下一条指令。所以,圆面积程序在运行时,CPU就会按照上面的顺序依次执行这4条指令。

用户输入的数,以及程序运行过程中产生的数,叫做变量。花2秒钟时间想想“变量”的字面意思是什么,然后我再告诉你程序里面还有一种数叫做常量,圆面积程序里面的常数π就是一个常量。你可以把变量和常量对立起来看,也可以把常量理解成一种特殊的变量,它的特殊性在于它不能变。变量和常量都有名字,称为变量名。

聪明的你一定已经猜到了,常量位于程序的数据区,也就是照片上黄色的部分,在程序启动时装载到内存;而变量则是在程序执行过程中,由CPU存放在内存的“运行内存”区,也就是照片上蓝色的部分。

知道了这些,我们就可以理解程序的执行过程了:

用户双击可执行程序,程序启动,操作系统将程序从磁盘上装载到内存中地址38--42范围内。其中地址38--38是数据区,地址39--42是指令区

CPU读取第一条指令,即地址39处的指令 Read R

CPU执行 Read R 指令。CPU从输入设备读取用户输入的数,此数变量名为 R,将R存放到内存地址 43。如果CPU在读取用户输入时,用户并没有输入,则CPU会一直等待,直到用户输入为止

CPU读取下一条指令,即地址40处的 R2 = R × R

CPU执行指令 R2 = R × R。CPU将地址43处的R与自己相乘,得到的结果变量名为 R2,存放到地址44

CPU读取下一条指令,即地址41处的 A = π × R2

CPU执行指令A = π × R2。CPU将地址38处的π与地址44处的R2相乘,得到的结果变量名为 A,存放到地址45

CPU读取下一条指令,即地址42处的 Write A

CPU执行指令 Write A。CPU将地址45处的A写到输出设备

程序执行完毕,操作系统清空程序运行期间所占用的内存,包括运行内存

嗯,差不多就是这样子的

记者手记

听着Low师傅娓娓道来,记者不禁感叹,原来计算机的工作原理so easy啊!妈妈再也不用担心我不懂电脑啦!另外LowG师傅还告诉记者,虽然上文这个程序中只有乘法计算,其实,CPU可以执行2类运算:

算术运算,如:加、减、乘、除等

逻辑运算

由于项目研究正进入攻坚阶段,如对该计算机I/O中断机制的论证、随其一同出土的一批石刻代码和文献的清点等已提上日程,而项目组亦面临严重的人员和经费紧张,记者不便多加打扰,便与LowG师傅约定改日有空再谈谈逻辑运算。握手辞别LowG师傅时,已是晚上9:15,华灯初上,万家团圆。在驱车返回报社的途中,记者看到沿路红旗招展、花团锦簇,一派繁荣富贵的景象!而回想起Low师傅那苍老而矍铄、沉稳而亲切的面庞,以及千千万万像Low师傅这样可敬的程序员们躬身在一方键盘上辛勤耕耘、默默奉献的伟岸身影,我对伟大祖国的崛起信心满满!

据悉,该计算机现已上交国家。

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