十三、计算机的语言——二进制
日常生活中我们最熟悉十进制数据,但在与计算机打交道时,会接触到二进制、八进制、十六进制系统,但无论哪种数制,其共同之处都是进位记数制。
认识进位记数制:如果采用的数制有R个基本符号,则称为基R数制,R称为数制的 “ 基数 ”,而数制中每一固定的位置对应的单位值称为“ 权 ”。进位记数制的编码符合“ 逢R进位 ”的规则,各位的权是以R为底的幂,一个数可按权展开成为多项式。
不论指令还是数据,若想存入计算机中,都必须采用二进制编码形式,在二进制系统中只有两个数0和1,即便是多媒体信息(声音、图形等)也必须转换成二进制的形式,才能存入计算机,为什么计算机不使用我们都非常熟悉的十进制来存储数据呢?因为二进制具有以下优势:
① 易于物理实现: 因为具有二种稳定状态的物理器件是很多的, 如门电路的导通与截止,电压的高与低, 而它们恰好对应表示1和0两个符号。假如采用十进制, 要制造具有十种稳定状态的物理电路, 那是非常困难的。
② 二进制数运算简单:数学推导证明, 对R进制的算术求和、求积规则各有 R(R+1)/2 种。如采用十进制, 就有55种求和与求积的运算规则; 而二进制仅各有三种, 因而简化了运算器等物理器件的设计。
③ 机器可靠性高:由于电压的高低, 电流的有无等都是一种质的变化,两种状态分明,所以基2码的传递抗干扰能力强, 鉴别信息的可靠性高。
④ 通用性强:基2码不仅成功地运用于数值信息编码(二进制), 而且适用于各种非数值信息的数字化编码。特别是仅有的二个符号0和1正好与逻辑命题的两个值“ 真 ”与“ 假 ”相对应, 从而为计算机实现逻辑运算和逻辑判断提供了方便。
十四、程序和指令
计算机的“本能”就是能够识别并执行属于它自己的一组机器指令。
因此,我们可以说,程序就是完成既定任务的一组指令序列,计算机按照程序规定的流程依次执行一条条的指令,最终完成程序所要实现的目标。
计算机硬件系统最终只能执行由机器指令组成的程序。程序在执行前必须首先装入内存, 程序执行时CPU负责从内存中逐条取出指令,分析识别指令,最后执行指令,从而完成了一条指令的执行周期。CPU就是这样周而复始地工作,直至程序的完成。
启动一个程序的执行只需将程序的第一条指令地址置入程序计数器(PC)中即可。
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