YP.1.4 A Computer System and 1.5 Two Very Important Ideas(双语)

from:

[1] Introduction to Computing System, from Bits and Gates to C and Beyond. Yale N. Patt and Sanjay J. Patel. McGraw-Hill Higher Education.(英)

[2] 计算系统基础_陈道蓄_第一章引言http://resource.jingpinke.com/details?uuid=ff808081-22c93527-0122-c936e141-1a96&objectId=oid:ff808081-22c93527-0122-c936e141-1a97 (中)

1.4 A Computer System

We have used the word computer many times in the preceding paragraphs, and although we did not say so explicitly, we used it to mean a mechanism that does two things: It directs the processing of information and it performs the actual processing of information. It does both of these things in response to a computer program. When we say "directing the processing of information," we mean figuring out which task should get carried out next. When we say "performing the actual processing," we mean doing the actual additions, multiplications, and so forth that are necessary to get the job done. A more precise term for this mechanism is a central processing unit (CPU), or simply a processor. This textbook is primarily about the processor and the programs that are executed by the processor.

Twenty years ago, the processor was constructed out of ten or more 18-inch electronic boards, each containing 50 or more electronic parts known as integrated circuit packages (see Figure 1.1). 

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Figure 1.1 Processor

Today, a processor usually consists of a single microprocessor chip, built on a piece of  ilicon material, measuring less than an inch square, and containing many millions of transistors (see Figure 1.2).

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Figure 1.2 microprocessor chip 微处理器

However, when most people use the word computer, they usually mean more than the processor. They usually mean the collection of parts that in combination form their computer system (see Figure 1.3). 

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Figure 1.3 个人计算机系统

A computer system usually includes, in addition to the processor, a keyboard for typing commands, a mouse for clicking on menu entries, a monitor for displaying information that the computer system has produced, a printer for obtaining paper copies of that information, memory for temporarily storing information, disks and CD-ROMs of one sort or another for storing information for a very long time, even after the computer has been turned off, and the collection of programs (the software) that the user wishes to execute.  

These additional items are useful in helping the computer user do his or her job. Without a printer, for example, the user would have to copy by hand what is displayed on the monitor. Without a mouse, the user would have to type each command, rather than simply clicking on the mouse button. 

So, as we begin our journey, which focuses on how we get less than 1 square inch of silicon to do our bidding, we note that the computer systems we use contain a lot of other components to make our life more comfortable.

1.5 Two Very Important Ideas

Before we leave this first chapter, there are two very important ideas that we would like you to understand, ideas that are at the core of what computing is all about.

Idea 1: All computers (the biggest and the smallest, the fastest and the slowest, the most expensive and the cheapest) are capable of computing exactly the same things if they are given enough time and enough memory. That is, anything a fast computer can do, a slow computer can do also. The slow computer just does it more slowly. A more expensive computer cannot figure out something that a cheaper computer is unable to figure out as long as the cheap computer can access enough memory. (You may have to go to the store to buy disks whenever it runs out of memory in order to keep increasing memory.) All computers can do exactly the same things. Some computers can do things faster, but none can do more than any other.

Idea 2: We describe our problems in English or some other language spoken by people. Yet the problems are solved by electrons running around inside the computer. It is necessary to transform our problem from the language of humans to the voltages that influence the flow of electrons. This transformation is really a sequence of systematic transformations, developed and improved over the last 50 years, which combine to give the computer the ability to carry out what appears to be some very complicated tasks. In reality, these tasks are simple and straightforward.

The rest of this chapter is devoted to discussing these two ideas.

1.4 计算机系统

    我们在前面的章节中多次提到“计算机”这个词,虽然在此我们还没有做明确的定义,但我们用它来指一种能做两件事的机器:指挥信息的处理执行信息的实际处理。它通过响应计算机的程序做这两件事。我们说它“指挥信息的处理”,意思是说找出下一步要做的工作;说它“执行信息的实际处理”,意思是说它做实际的加法,乘法等工作。一个更精确的描述以上机制的术语是中央处理器(CPU),或者简单说是处理器。这本书主要介绍处理器和由处理器执行的程序。

    二十年前,处理器是由十多个18英寸的电子线路板组成,每一个都有50多个集成电路。今天,处理器仅仅由一个构建在硅半导体上的微处理器芯片构成,只有不到1英寸见方,却集成了数以亿计的晶体管。

    但是,当很多人使用“计算机”这个词时,他们往往不是单指处理器,通常是指一些设备的集合,即组成的计算机系统。一个计算机系统除了处理器之外,通常还包括:输入命令的键盘,点击菜单的鼠标,显示计算机系统生成的信息的显示器,把信息输出为纸质品的打印机,临时存储信息的存储器,长期保存信息的磁盘CD-ROM等等。此外还有即使关闭计算机后,用户希望仍能执行的程序(即软件)。

    这些其他附加的项目通常对一个计算机用户的工作很有用,离开了打印机,用户可能不得不手工从显示器上把文本抄下来,离开了鼠标,用户不得不键入一条条命令而不是简单的用鼠标单击菜单。

    因此,当我们开始注意怎样让一块不足一平方英寸的硅片去做我们的工作时,我们要注意到计算机系统包括了许多其他的组成部分。

1.5两种非常重要的思想

    在我们学完第一章之前,我们有必要让读者了解两种非常重要的思想,即关于计算的核心是什么的思想。

思想一所有的计算机(无论是最大的还是最小的,不管是最快的还是最慢的,或是最昂贵的和最便宜的),在被给予足够的时间和足够的存储器的前提下,都能够做相同的计算。也就是说,只要能够得到足够的存储器(一旦计算机用完了它的存储器,就再购买一些,以保证它不断增加存储器),一个高速计算机能做的工作,一个低速计算机也能够做到,只是低速的用的时间多罢了;一个便宜的计算机不能做的事情,一个比它昂贵的计算机同样不能做到。所有的计算机都能做几乎完全相同的事情,只是一些计算机能够快一些完成,但是没有一个能做比其他任何计算机多的事情。

思想二:我们使用人类的语言来描述问题,然而,这些问题在计算机里是被流动的电子解决的。我们就有必要把这些人类的语言转换成那些能影响电子流动的电压。这种转换实际上是一种有序的系统的转换,它在近50年以来不断的被改进和发展着,给计算机赋予了解决一些非常复杂的任务的能力。

    本章的余下部分就致力于讨论这两个问题。