1024专题 | 小学生：电流是怎么把指令和数字告诉CPU的呢？
“hello world”
作为世界上第一个出现的程序，
“hello world”一直被程序员们津津乐道，
编程语言千万种，hello world终不变。
（以上都是哪些编程语言？有奖竞猜开始）
不过话说回来，world辣么大，
为什么程序员们不去看看？
还不是因为这个：
为此，程序猿中的文艺细菌们还赋诗一首：
十年编程两茫茫，工期短，需求长。
千行代码，Bug 何处藏。
纵使上线又如何，新版本，继续忙。
黑白颠倒没商量，睡地铺，吃食堂。
夜半梦醒，无人在身旁。
最怕灯火阑珊时，手机响，心里慌。
也是非常贴切了。
“1024”节
说了那么多差点忘记主题，
今天是想跟广大小伙伴们说一句：
Hi，节日快乐啊！
啥？什么节？
当然是“我们永远不寂寞”的1024节了！
好吧世上本来并没有这个节，
过的人多了也就成了节。
不过这个日子该庆祝啥，
相信在座诸位都懂的：
当然是庆祝二进制了！
1024是一个整数嘛，
1023与1025之间的自然数。
1024=2^{{10}}（2的10次方）。
它同时是32的平方：32^{{2}}。
其二进制表示为：10000000000。
本来1024这种东西应该是数学家的玩具。
但是不幸我们有了电脑，
而电脑是基于二进制运行的。
所以这个“奇怪”的数字就变得人尽皆知了。
10月24日，
也就变成了中国“程序员”的共同节日。
二进制对于程序猿们的意义是什么？
嗯，在程序员们的眼中，世界上有10种人：
奇怪的二进制
然鹅，为什么计算机处理的信息
要用二进制数来表示呢？
这就要从计算机的内部构造说起了。
想必大家都知道，
计算机内部是由IC这种电子部件构成的。
IC，Integrated Circuit，集成电路。
IC有几种不同的形状。
有的像一条黑色蜈蚣，
在其两侧有数个乃至数百个引脚；
有的则像插花用的针盘，
引脚在IC内部并排排列着。
IC的所有引脚，
只有直流电压0V或5V两个状态。
也就是说：
IC的一个引脚只能表示两个状态。
IC的这个特性，
决定了计算机的信息数据只能用二进制数来处理。
由于1位（一个引脚）只能表示两个状态，
所以二进制的计数方式就变成了：
0、1、10、11、100…这种形式。
虽然二进制数并不是专门为IC而设计的，
但是和IC的特性非常吻合。
于是：
物理世界的1个引脚=1位（1bit）。
bit，是二进制数位（binary digit）的缩写。
位=计算机处理信息的最小单位。
二进制数的位数一般是8位、16位、32位……
也就是8的倍数，
8位二进制数=1个字节。
内存和磁盘都使用字节单位来存储和读写数据，
使用位单位则无法读写数据。
因此，字节是最基本的信息计量单位。
bit（位）是最小单位，
byte（字节）是基本单位。
于是：
8bit=1Byte，
1024Byte=1KB，
1024KB=1MB，
1024MB=1GB，
1024GB=1TB。
强行科普版
1024叔叔：大家见过电脑吗？
小学生：当然了！
1024叔叔：在哪里见过呢？
小学生：学校里就有。
1024叔叔：大家通常用电脑做什么呢？
小学生：画图或者上网。
1024叔叔：不错！
看来大家经常用电脑呀。
那么，大家知道电脑内部是怎么构成的吗？
小学生：不知道……
1024叔叔：那就让叔叔来告诉你们吧。
来，大家看这里！
小学生：这是什么呀？
1024叔叔：这个叫作CPU，是电脑的零部件。
正因为有了它，大家才能在电脑上画图和上网。
算术计算的时候也会用到哦。
电脑中有很多部件，
最重要的就是这个CPU。
小学生：咦，上面有好多昆虫一样的小脚（引脚）呢。
1024叔叔：不错，挺善于观察的嘛！
这个引脚会有电流通过。
小学生：通电后会怎么样啊？会发光吗？
1024叔叔：CPU不会发光。
但是，通过电流信号，
我们就可以给CPU发送指令或者传递数字信息等。
比如说，让电脑计算1+2的时候，
就要把进行加法计算的命令和1和2这两个数字传递给CPU。
小学生：电流是怎么把指令和数字告诉CPU的呢？
1024叔叔：不错不错，又注意到一个有意思的地方。
CPU的引脚有电流通过时，数值为1；
没有电流通过的时候，数值为0。
这是CPU里的规定。
咱们平时使用的是0～9这10个数字，
而电脑只用0和1这两个数字符号。
怎么样，是不是很有意思呀？
小学生：就用0和1，不会不够用吗？
1024叔叔：不会啊！咱们来数数看。
0、1、10、11、100、…、1010。
你看，还是够用的。
小学生：1的下一个是10（一零），
这好奇怪呀！
1024叔叔：（呵呵呵，马上就要讲到重点了）
不奇怪啊！这就是二进制数的计数方式。
咱们用0、1、2、3、…、9、10这样的顺序来计数，
数到9以后下一个就是10，这就是十进制数的计数方式。
电脑使用的是二进制数，用0和1来计数，
所以0和1的下一个数就是10了。
小学生：啊，不太明白呀……
1024叔叔：（啊啊，不妙啊……）
咱们换一种方式来考虑。
咱们还是用0～9的数字来计数。
但在遥远的宇宙边缘，
生活着只用数字0和1的外星人。
电脑就跟这个外星人差不多。
这样讲大家明白了吧？
小学生：？？？
1024叔叔：明白了吗？
小学生：嗯……
1024叔叔：回答得这么不干脆啊？
小学生：差不多……明白了吧。
正经版
程序员是什么？
从事程序开发、程序维护的专业人员。
程序是什么？
指示计算机每一步动作的一组指令。
程序由什么组成？
指令和数据。
例如，C语言“printf ("hello world"); ”
这个简单的程序中，
printf是指令，
" hello world"是数据。
程序是什么跑起来的？
通过机器语言与CPU“对话”。
机器语言是什么？
CPU能够直接识别和执行的语言。
使用C、Java等语言编写的程序，
最后都会转化成机器语言。
CPU是什么？
计算机的构成元件中，
根据程序的指令来进行数据运算，
并控制整个计算机的设备。
CPU由什么组成？
寄存器、控制器、运算器和时钟。
寄存器：可用来暂存指令、数据等处理对象，
可以将其看作是内存的一种。
控制器：负责把内存上的指令、数据等读入寄存器，
并根据指令的执行结果来控制整个计算机。
运算器：负责运算从内存读入寄存器的数据。
时钟：负责发出CPU开始计时的时钟信号。
CPU负责实现什么功能？
解释和运行最终转换成机器语言的程序内容。
整个过程怎么运作？
寄存器、控制器、运算器和时钟之间由电流信号相互连通。
程序启动后：
根据时钟信号，
控制器会从内存中读取指令和数据。
通过对这些指令加以解释和运行，
运算器对数据进行运算。
控制器根据运算结果来控制计算机。
所谓的控制，
就是指数据运算以外的处理，
主要是数据输入输出的时机控制。
比如内存和磁盘等媒介的输入输出，
键盘和鼠标的输入，
显示器和打印机的输出等，
这些都是控制的内容。
明白了吗？
嗯……
回答得这么不干脆啊？
差不多……明白了吧。
好的。
谨以此文，致敬“编程全世界”的程序员们。
去年今日2017.10.24：
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