電子計算機的工作原理(參考版)
2024-08-14 06:03本頁面
【正文】 全球有三個較大規(guī)模的致力于計算機科學(xué)的組織：英國計算機協(xié)會 （BCS）；美國計算機協(xié)會（ACM）；美國電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）。 許多學(xué)科都與其他學(xué)科相互交織。 軟件工程學(xué) 著重于研究開發(fā)高質(zhì)量軟件系統(tǒng)的方法學(xué)和實踐方式，并試圖壓縮并預(yù)測開發(fā)成本及開發(fā)周期。該門學(xué)科為我們解決確定一個問題在計算機領(lǐng)域內(nèi)是否可解，如可解其效率如何，以及如何作成更加高效率的程序。 計算機科學(xué) 是對計算機進行學(xué)術(shù)研究的傳統(tǒng)稱謂。用來詮釋計算機學(xué)科內(nèi)不同研究領(lǐng)域的各個學(xué)術(shù)名詞的涵義不斷發(fā)生變化，同時新學(xué)科也層出不窮。計算機學(xué)科在當今世界，幾乎所有專業(yè)都與計算機息息相關(guān)。當然，這種涉及密碼學(xué)和量子物理模擬的下一代計算機還只是停留在構(gòu)想階段。量子計算機，顧名思義，利用了量子物理世界的超常特性。由于細胞分裂的指數(shù)級增長方式，DNA計算系統(tǒng)很有可能具備解決同等規(guī)模問題的能力。因此，科學(xué)家開始將目光轉(zhuǎn)向生物計算技術(shù)和量子理論來解決這一類問題。下一代計算機盡管自問世以來數(shù)字計算機在速度和能力上有了可觀的提升，迄今仍有不少課題顯得超出了當前計算機的能力所及。今日入網(wǎng)的計算機總數(shù)，何以千萬計；無線互聯(lián)技術(shù)的普及，使得互聯(lián)網(wǎng)在移動計算環(huán)境中亦如影隨形。計算機操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序紛紛向能訪問諸如網(wǎng)內(nèi)其它計算機等網(wǎng)絡(luò)資源的方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)導(dǎo)致了對計算機屬性和邊界的再定義。由于這方面的工作得到了ARPA的贊助，其計算機網(wǎng)絡(luò)也就被稱為ARPANET。之后“軍刀”等一系列特殊用途的商業(yè)系統(tǒng)也不斷涌現(xiàn)出來。然而，到目前為止，在研制具有人類的一般“整體性”智能的計算機方面，進展仍十分緩慢。數(shù)年以來，不斷有許多新方法被開發(fā)出來以允許計算機做那些之前被認為只有人才能做的事情。機器人技術(shù)實質(zhì)上是人工智能領(lǐng)域中的物理表達環(huán)節(jié)。在批量生產(chǎn)中，工業(yè)機器人已是尋常之物。今天想要找一臺不被計算機控制的有源機械設(shè)備要比找一臺哪怕是部分計算機控制的設(shè)備要難得多。計算機小型化以來，機械設(shè)備的控制也開始仰仗計算機的支持。人們利用合成器，計算機圖形和動畫來創(chuàng)作和修改聲音，圖像，視頻。80年代，個人計算機全面流行，電子文檔寫作與印刷，計算預(yù)算和其他重復(fù)性的報表作業(yè)越來越多地開始依賴計算機。由于持續(xù)的體積與成本控制，計算機開始向更小型的組織內(nèi)普及。從一開始，存儲程序計算機就與商業(yè)問題的解決息息相關(guān)。還有一些被用于解密，比如英國的“巨像”可編程計算機。如ENIAC最早就是被用作火炮彈道計算和設(shè)計氫彈時計算斷面中子密度的（如今許多超級計算機仍然在模擬核試驗方面發(fā)揮著巨大作用）。早期的微型計算機由于內(nèi)存和處理能力有限而不會提供額外功能，而嵌入式計算機則使用特定化了的操作系統(tǒng)或者干脆沒有，它們往往通過應(yīng)用程序直接代理操作系統(tǒng)的某些功能。比如，蘋果公司的Mac OS X就包含視頻剪輯應(yīng)用程序。除了以上這些核心功能，操作系統(tǒng)還封裝了一系列其他常用工具。當然，到目前為止操作系統(tǒng)發(fā)展歷程中最后一個重要步驟就是為程序提供標準圖形用戶界面（GUI）。因之，操作系統(tǒng)又引入了文件管理和目錄管理（文件夾），大大簡化了這類永久儲存性設(shè)備的應(yīng)用。為此，操作系統(tǒng)需要像每個用戶提供一臺“虛擬機”來分離各個不同的程序。在不斷地完善中，操作系統(tǒng)又引入了時間共享機制——并發(fā)。這些既控制硬件又負責(zé)作業(yè)時序安排的軟件被稱為“操作系統(tǒng)”。20世紀60年代，隨著計算機工業(yè)化普及，計算機越來越多地被用作一個組織內(nèi)不同作業(yè)的處理。出于效率考量，這些程序的標準版本就被收集到一個“庫”中以供各程序調(diào)用。應(yīng)運而生的軟件工程學(xué)就重點面向如何加快作業(yè)進度和提高效率與質(zhì)量。實際編程時，程序會被細分到每一個程序員都可以在一個可接受的時長內(nèi)完成的規(guī)模。當然這還不是最大的。利用那些極其簡單的機器語言指令來實現(xiàn)無數(shù)功能強大的應(yīng)用軟件意味著其編程規(guī)模注定不小。在零售市場，在一臺計算機上的某個應(yīng)用程序只是一個面向大量用戶的軟件的一個副本。計算機軟件一個較為包容性較強的技術(shù)術(shù)語，它包含了用于完成任務(wù)的各種程序以及所有相關(guān)材料。對于一項特定任務(wù)，應(yīng)該根據(jù)其事務(wù)特點，程序員技能，可用工具和客戶需求來選擇相應(yīng)的語言，其中又以客戶需求最為重要（美國和中國軍隊的工程項目通常被要求使用Ada語言）。一些編程語言看起來很接近機器語言，如匯編程序，被認為是低級語言。那么做的結(jié)果只能是費時費力、效率低下而且漏洞百出。計算機通常并不會執(zhí)行一些很復(fù)雜的指令來獲得額外的機能，更多地它們是在按照程序員的排列來運行那些較簡單但為數(shù)眾多的短指令。許多計算機程序包含有百萬計的指令，而其中很多指令
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