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【论文】漫谈现代计算机系统底层原理

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薇儿想了很久,发现物理方面的东西已经没什么好说的了。说起来,既然《魔禁》里面有计算力这个设定,不如薇儿就来谈一下计算机系统的底层原理吧。初步的撰写计划是从初等数论的一些知识开始,包括简单的物理实现方式,过渡至汇编编程的简要介绍,最后以汇编语言和高级编程语言的关系结束。
不过,薇儿毕竟只是一个升上大一的学生,学艺不深,所以也只能简单地写一些东西,希望各位轻拍……
最后,非常不巧,这个十一是薇儿最忙的时候,所以更新会很慢,请千万不要介意。


1楼2013-10-02 01:18回复
    薇儿很忙。。。系列


    来自Android客户端15楼2013-10-10 12:25
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      坑了?


      来自iPhone客户端16楼2013-10-13 11:16
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        薇儿很忙的,而且这东西,嗯,我觉得比较复杂……嗯,是这样


        IP属地:湖北来自Android客户端17楼2013-10-13 12:17
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          薇儿的论文啊,不过看起来薇儿你真的很忙呢


          IP属地:浙江来自Android客户端18楼2013-10-14 09:07
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            本体?


            IP属地:澳大利亚来自Android客户端19楼2013-10-15 19:23
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              催论文…催论文…


              IP属地:美国来自Android客户端20楼2013-10-16 19:40
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                引言:
                现代计算机以其强大的计算能力以及梦幻的通用性在当代社会中扮演着或举足轻重或轻若鸿毛的各种角色。我们在身边的几乎每一件电子设备里都能找到他们,而从微分计算到虚拟现实的构建计算机均能一一实现。尽管计算机如此强大,但是从物理上,计算机用于执行运算的电路只有加法电路一种。事实上,计算机的高级计算功能是通过控制电路与精妙的数学转换以加法重现的;可以说,控制论和离散数学赋予了现代计算机灵魂。因此,只有适当地了解过这两门学科,才能从底层认识计算机。


                21楼2013-10-17 15:12
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                  第一部分:整数与数论
                  正整数(旧定义)或非零整数(新定义)被称作自然数。顾名思义,这两种整数是对我们而言最为自然的数,也是最早在我们思维中诞生的数。无疑,整数是我们接触最为频繁的数;它平凡,因此毫不起眼,又因其并不起眼,我们往往理所当然地使用着它。然而,整数系统并不是真如我们下意识认为的那么理所当然:有这么一群数学家,他们尝试深入探究这种数的性质,这种计数系统的结构,仔细推敲其每个部分的唯一性。然后他们发现,简单的整数亦可以精彩纷呈。这群数学家的成果日渐丰富,直至自成一派;而数学的这个分支最终也有了一个名字——数论(Number theory),整数的理论。
                  薇儿希望从一个相当哲学性的话题开始:数字“1”是 什么。我们可以从很多个角度来看“是”这个词:我们完全能把“是”理解为“等同于”,“属于”,以及其他众多的含义。于是,这个问题也就有了相当多的解答。对于好争乐辩的哲学探索者而言,这是优良的谈资,也是展示学识的不二选。所以,围绕着这个问题,喋喋不休的争论,一直在持续。
                  但是,上述内容和薇儿的主题一毛线关系都没有。其实薇儿提到以上这点,只是为了带出下面的陈述:我们可以把1视作一个完全抽象的符号,一个没有被赋予任何意义的概念。为了避免争论,薇儿很谨慎地选择了“可以视作”这一陈述;但是,薇儿还是衷心希望大家在阅读本文的过程中暂时接受这一视角,同时也请把一切的整数运算视作一种符号之间的对应规则,而不是一种具象的计算。
                  上述思考方式被称作形式主义。薇儿可以很负责任地说,这是一种筛子级的方法论,它的逻辑漏洞早已被发现而且几乎不可补救。但薇儿依然希望大家暂时接受这一思考方式,因为这种思维模式对于薇儿的话题“计算机”依旧相当适用。在计算机中,数字“1”时而是一股脉冲电流,时而是一个微弱的电场,时而是一束定向的光,对它来说,“1”的意义是没有意义的。让我们尝试以计算机或计算机硬件工程师的视角看待这一切。
                  那么,上述内容跟薇儿的正题依然一毛线关系都没有。下面,言归正传。
                  薇儿本章的内容将开始于整数的运算。
                  首先,我们来看看基础中的基础,加法。薇儿之前提到我们在这里把整数运算视为符号的对应,这是什么意思呢?下面薇儿就用加法作为例子进行解释。请尝试一下进行一个简单的加法计算。有发现自己的思维是如何完成这个过程的吗?没有也不要紧。现在请留意自己的思维过程:请计算:6+2。显然,等于8。那么你有分辨出自己的思考过程吗?对于大部分人来说,整个过是这样的:首先,两个数是什么,是6和2。然后,6与2的和是几来着,回忆…回忆…哦,是8。具体的思维细节因人而异,但基本一般都是如此。尽管整个过程一闪而过,但是我们的脑中的确经历了这么一个过程。
                  说道这里,大家没有发现什么奇怪的地方吗?薇儿倒是认为一个地方挺别扭的:为什么计算过程里会出现“回忆”二字?这似乎说不通呢……如果您也觉得这里别扭的话,那么恭喜,因为这里就是薇儿这一段的中心问题。
                  很多人意识不到(当然也有少部分人思维不同),在进行加法的时候,我们也使用了一个与乘法表类似的“加法表”。当然,它并不一定以表格的形式储存在某个人的记忆中,但它记录着这么一串信息:从1到9分别与1到9相加的和分别是什么。而当我们处理加法的时候,我们首先读取加数与被加数,然后查阅记忆中的“表”以寻找对应的和。上述步骤就是薇儿之前提到的“符号对应”(学术性称呼:符号操作)。用更清晰的语言表达就是:我们声明了1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0九个数码,然后声明了一种叫做“加”的关系,当我们使用“加”的时候,我们输入两个数码,被称为“加数”和“被加数”,然后返回一个数码,被称为“和”,而“和”与“加数”、“被加数”之间的对应关系由一个表格声明。
                  听着这些会不会有些别扭呢?明明是简单的加法非要弄得复杂无比什么的。这可能会让人索然无味,但薇儿要说,在后面,大家将会看到,计算机正是这么实现加法的。同时,细心的人可能留意到了,上文没有考虑进位的问题。这并不是薇儿的疏忽,事实上,薇儿会留着这个问题,以待讲述“模”的时候才会细说。


                  22楼2013-10-17 15:12
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                    下期:乘法和计数法


                    23楼2013-10-17 15:13
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                      有趣


                      来自iPhone客户端24楼2013-10-17 20:28
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                        好好玩的说~


                        IP属地:湖北来自Android客户端25楼2013-10-17 22:46
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                          新人小心翼翼地……催更~


                          IP属地:北京来自Android客户端27楼2014-05-07 08:51
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                            薇儿乃这个月不更咱下个月就接过乃的坑


                            IP属地:美国来自手机贴吧28楼2014-05-07 09:28
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                              已经不想填了啦……


                              29楼2014-05-07 12:17
                              收起回复