【Java Saves!】Session 4：計算機器之二--石器時代

轉載一則冤家圈舊事：

2月30日，考古學家在對我國東南邊境大荒山無稽崖青梗峰下的一處石器時代的遺址開掘任務中獲得嚴重發現！一台外觀殘缺的計算機，在地下覺醒10000多年、歷經滄海滄海後終於重見天日。有關部門迅速抽調精干力氣，成立了包括順序員在內的跨學科專項組，初步研討標明，該計算機可以順利啟動並正常運轉。而在本報記者拍攝的高清照片上可以看到，該計算機正在執行一個計算圓面積的順序：

我們向項目組成員、退休順序員LowG理解到了該計算機的組成構造和任務原理等更多信息。

計算機組成及任務原理

據Low徒弟引見，這台石器時代的計算機，其任務原理與古代計算機無異。Low徒弟向記者詳細解說了這台計算機的部件構造和順序的執行進程，現完好轉錄，以飨充溢獵奇心的讀者。

Low徒弟：這個…你如今看到的這台計算機它這個…呃…是由以下幾局部組成的：

• CPU（Central Processing Unit，地方處置器），這是計算機的中心部件。計算機之所以叫做計算機，是由於它是用來計算的機器，而計算就是由CPU來執行的
• 內存（Memory，簡稱 Mem）。內存好像一個抽屜櫃，每個抽屜外面可以放一條數據（Data）。一切抽屜按順序編號，正如照片上的37、38、39… 這叫內存地址（Memory Address），CPU就是經過內存地址往某一個抽屜外面存數據，或許從外面取數據
• 核心設備，包括輸出設備（例如鍵盤）、輸入設備（例如顯示屏）、磁盤（Disk）等。核心設備由I/O模塊控制，嗯，你真聰明！I/O就是輸出（Input）和輸入（Output）的意思
• 總線。CPU、內存、I/O設備經過總線銜接起來，相互傳遞信號和數據

順序自身是一個文件。通常我們也將順序叫做可執行順序，其緣由是不言自明的。在Windows中，可執行順序的文件擴展名是.exe，例如，Windows自帶的繪圖順序，在 C:\Windows\System32 文件夾中，文件名是 mspaint.exe。

當用戶雙擊一個可執行順序時，操作零碎就從磁盤上將順序加載到內存中，CPU開端執行順序中的第一條指令。這樣，順序就開端運轉了。

順序包括數據和指令2局部。其實指令自身也是數據，一種特殊的數據；還記得嗎，後面說過，內存是用來寄存數據的，既然順序能被放到內存中，那就闡明順序指令也是數據。

我們知道，圓面積的計算公式是

A = π × R²

其中，π是常數3.14159…，R是圓的半徑。由於絕大局部地球人智力退步，手工計算圓的面積不只耗時漫長，且易出錯，所以，順序員專門寫了一個圓面積計算順序，用戶只需求輸出半徑R，順序就能計算出圓面積，並輸入到顯示屏上。計算機就是專門用來做這種機械、繁瑣的計算任務的，它第一是算得快，第二是算得准，只需順序的算法是正確的，用戶的輸出是正確的，它算出來的後果就一定是正確的。

圓面積順序包括下列數據：

• π=3.14159

由於π是常數，所以順序員就把它寫在順序外面了，否則，用戶每次都要輸出這個數，你知道地球人的耐煩水平的，萬一自己輸錯了反倒怪順序員…

圓面積順序包括下列指令：

1. Read R -- 這條指令表示，從輸出設備讀一個數，這個數取了個名字叫 R
2. R² = R × R -- 這條指令表示，計算R的平方，失掉的後果取個名字就叫 R²。CPU並不能計算一個數的平方，但是可以算乘法，所以這裡只能這樣子了。你看，計算機傻吧
3. A = π × R² -- 這條指令表示，用π乘以 R²，失掉的後果取個名字叫 A。π是包括在順序內的數據，R² 是上一個指令計算出來的
4. Write A -- 這條指令表示，把 A 寫出到輸入設備

普通狀況下，CPU執行完一條指令後，會接著執行下一條指令。所以，圓面積順序在運轉時，CPU就會依照下面的順序順次執行這4條指令。

用戶輸出的數，以及順序運轉進程中發生的數，叫做變量。花2秒鐘時間想想“變量”的字面意思是什麼，然後我再通知你順序外面還有一種數叫做常量，圓面積順序外面的常數π就是一個常量。你可以把變量和常量統一起來看，也可以把常量了解成一種特殊的變量，它的特殊性在於它不能變。變量和常量都有名字，稱為變量名。

聰明的你一定曾經猜到了，常量位於順序的數據區，也就是照片上黃色的局部，在順序啟動古裝載到內存；而變量則是在順序執行進程中，由CPU寄存在內存的“運轉內存”區，也就是照片上藍色的局部。

知道了這些，我們就可以了解順序的執行進程了：

1. 用戶雙擊可執行順序，順序啟動，操作零碎將順序從磁盤上裝載到內存中地址38--42范圍內。其中地址38--38是數據區，地址39--42是指令區
2. CPU讀取第一條指令，即地址39處的指令 Read R
3. CPU執行 Read R 指令。CPU從輸出設備讀取用戶輸出的數，此數變量名為 R，將R寄存到內存地址 43。假如CPU在讀取用戶輸出時，用戶並沒有輸出，則CPU會不斷等候，直到用戶輸出為止
4. CPU讀取下一條指令，即地址40處的 R² = R × R
5. CPU執行指令 R² = R × R。CPU將地址43處的R與自己相乘，失掉的後果變量名為 R²，寄存到地址44
6. CPU讀取下一條指令，即地址41處的 A = π × R²
7. CPU執行指令A = π × R²。CPU將地址38處的π與地址44處的R²相乘，失掉的後果變量名為 A，寄存到地址45
8. CPU讀取下一條指令，即地址42處的 Write A
9. CPU執行指令 Write A。CPU將地址45處的A寫到輸入設備
10. 順序執行終了，操作零碎清空順序運轉時期所占用的內存，包括運轉內存

嗯，差不多就是這樣子的

記者手記

聽著Low徒弟娓娓道來，記者不由感慨，原來計算機的任務原理so easy啊！媽媽再也不必擔憂我不懂電腦啦！另外LowG徒弟還通知記者，雖然上文這個順序中只要乘法計算，其實，CPU可以執行2類運算：

1. 算術運算，如：加、減、乘、除等
2. 邏輯運算

由於項目研討正進入攻堅階段，如對該計算機I/O中綴機制的論證、隨其一同出土的一批石刻代碼和文獻的清點等已提上日程，而項目組亦面臨嚴重的人員和經費緊張，記者方便多加打攪，便與LowG徒弟商定改日有空再談談邏輯運算。握手告別LowG徒弟時，已是早晨9：15，華燈初上，萬家團聚。在驅車前往報社的途中，記者看到沿路紅旗招展、花團錦簇，一派昌盛貧賤的現象！而回想起Low徒弟那衰老而矍铄、沉穩而親切的面龐，以及千千萬萬像Low徒弟這樣可敬的順序員們躬身在一方鍵盤上辛勤耕耘、默默貢獻的偉岸身影，我對偉大祖國的崛起決心滿滿！

據悉，該計算機現已上交國度。