月度归档： 2024 年 3 月

《编码：隐匿在计算机软硬件背后的语言》

非常好读的关于计算机如何实现的书，还有物理、布尔代数等学科的知识。

第17章自动操作是计算机从硬件到软件组成的关键一章

在这本书里，编码这个词的意思是指一种用来在机器和人之间传递信息的方式。换句话说，编码就是交流。

莫尔斯码也被称作二进制码(Binary Code)，因为这种编码的组成元素只有两个——“点”和“划”。

尤其值得注意的是数字标识符和取消“数字标识状态”的字母标识符。它们改变了后面编码的意义——从表示字母到表示数字，又从表示数字回到表示字母。像这样的编码通常被称作“优先码”(precedence codes)或者“换档码”(shift codes)。它们改变着作用域内编码的含义，直到作用域结束。
大写字母标识符表示紧随它的字母（而且仅仅是紧随它的字母）应该被译为大写。类似这样的编码被称为“逃逸码”(escape codes)。

大约在1948年，美国数学家约翰·威尔德·特克（JohnWilder Turkey，生于1915年）就意识到随着计算机的普及，二进制数很可能会在未来发挥更重要的作用。他决定创造一个新的、更短的词语来代替使用起来很不方便的五音节词——binary digit。他曾经考虑使用bigit和binit，但是最终他还是选用了这个短小、简单、精巧而且非常可爱的词——bit。

回顾一下莫尔斯码的编码规则：划的长度等于点长度的三倍；单个字母内，点或划之间以长度与点相等的空格来分开；单词内的各个字母之间用长度等于划的空格分隔；各单词之间由长度等于两倍的划的空格分开。

每个与门、或门和与非门都需要两个继电器，因此一个异或门中就包含6个继电器。一个半加器是由一个异或门和一个与门组成的，因此一个半加器就需要8个继电器。每个全加器由两个半加器和一个或门组成，所以它要18个继电器。我们需要8个全加器来制作8位二进制加法器。因而总共需要144个继电器。

加法器的总体速度等于数字的位数乘以全加器器件的速度，这被称做行波进位（ripple carry，或脉冲进位）。更快的加法器运用了一个被称为“前置进位”的电路来提高运算的速度。

字节这个词最早起源于1956年前后，由IBM公司提出。最早的拼写方式是bite，但为了避免与bit混淆用y代替了i。曾几何时，字节仅表示某一数据路径上的位数，直到20世纪60年代中叶，在IBM的360系统的发展下（一种大规模复杂的商用计算机），字节这个词逐渐开始用来表示一组8比特数据。

字节的一半——即4比特——我们称之为半字节（nibble，也可拼写成nybble），在计算机这个领域，它并不像字节那样经常使用。

条件跳转指令将它与我们以往设计的加法器区别开来，能否控制重复操作或者循环(looping)是计算机(computer)和计算器(calculator)的区别。

约翰·冯·诺依曼协助设计的ENIAC的后续产品EDVAC(Electronic Discrete Variable AutomaticComputer)。特别是在1946年与亚瑟·W·伯克斯(ArthurW.Burks)和荷曼·哥斯廷(Herman H.Goldstine)共同执笔的题为“电子计算器件逻辑设计的初步分析及讨论(PreliminaryDiscussion of the Logical Design of an ElectronicComputing Instrument)”的论文中，他描述了几个EDVAC比ENIAC更加先进的特点。EDVAC的设计者们感觉到计算机内部中应当使用二进制数，而ENIAC使用的是十进制数。同时他们认为计算机中应当拥有尽可能大容量的存储器，这些存储器应该用来存储程序代码和程序执行中产生的数据（再说明一下，这些在ENIAC中都是不能实现的，对于ENIAC来说，编程不过是扳动开关和插拔电线的事情）。这些指令在存储器中是顺序存放的，而且可以由程序计数器进行寻址，但允许条件跳转。这就是著名的“存储程序概念”(stored-program concept)。

堆栈的功能是怎样实现的呢？首先，堆栈其实就是一段普通的RAM存储空间，只是这段空间相对独立不另作他用。8080微处理器设置了一个专门的16位寄存器对这段存储空间寻址，这个特殊的寄存器称为堆栈指针(SP, StackPointer)。

外围设备有时候需要获得处理器的注意。例如，当你按下键盘的某个键时，处理器应该马上注意到这个事件。这个过程由一个称为中断(interrupt)的机制实现，这是一个由外围设备产生的信号，连接至8080的INT输入端。

NOP代表（即声明）no op（no operation，无操作）。NOP指令使处理器什么操作也不执行。这样做有什么好处呢？填空，即保持处理器的运行状态而不做任何事情。8080可以执行一批NOP指令而不会引起任何错误事件的发生。

Intel和Motorola的微处理器在保存多字节数据问题上的根本区别从未得到解决。直到今天，英特尔的微处理器在保存多字节数据时，仍然把最低有效字节放在最前面（也就是说，在最低地址处），而Motorola的微处理器在保存多字节数据时，仍然把最高有效字节放在最前面。
这两种不同的方式分别称为little-endian（Intel方式）和big-endian（Motorola方式）。争论两者之间哪一种方式更好是件有趣的事，但在这么做之前，先要知道big-endian这个术语出自乔纳森·斯威夫特(Jonathan Swift)的Gulliver'sTravels，指的是刘普特(Lilliput)和布鲁夫思科(Belfuscu)之间关于在吃鸡蛋之前应该把鸡蛋的哪一头敲碎的争论。因此，这种争论可能是没有意义的（另一方面，坦白地说，在本书第17章设计的计算机所采用的方式我个人并不喜欢）。尽管不能确定那一种方式本质上是“对的”，这种差别确实造成了附加的兼容性问题，这种问题通常会在采用little-endian和big-endian系统的机器共享信息时出现。

通常对于每1位存储空间，SRAM需要用4个晶体管（在第16章中讲过将触发器作为存储器用，其用到的晶体管更多），而DRAM只需要1个晶体管，但DRAM需要较复杂的外围支持电路，这正是它的缺点。

字符生成器(character generator)也是视频适配器板上的一部分，包含了所有ASCII码字符的像素图，这点前面已经讲过。通常，它是只读存储器(read-only memory)，即ROM。它是一种集成电路，在生产时里面已经填入了数据，固定的地址输出的数据是不变的。ROM中并没有数据输入信号，这点与RAM不同。

640×480的分辨率具有很重要的意义。也许你可能无法相信，它之所以那么重要，是因为它和托马斯·爱迪生(ThomasEdison, 1847—1931)有关。大概在1889年，爱迪生及他的工程师威廉·肯尼迪·劳里·迪克生(William Kennedy LaurieDickson)正在进行活动电影摄影机和活动电影放映机的研究，他们决定：让电影图像的宽比高多出1/3。图像的宽和高之比，称为屏幕长宽比(aspect ratio)。通常，我们把爱迪生和迪克生所确定的这个比表示成1.33:1，或者不想使用小数点的话，就表示成4:3。60多年了，大多数电影一直采用这个比例，电视机也是如此。但在20世纪50年代早期，好莱坞引入宽屏(widescreen)技术，与电视展开竞争，并最终打破了这个比例。

不出我们所料，掉电的时候，半导体存储器中的内容就会被全部清零；而首次给它上电的时候，它将处于随机且不可预测的状态。同样，我们用来构建微处理器的所有RAM都包含随机的字节。

人们习惯形象地称这种文件命名方式为8.3，就是说在点号隔开的前半部分最多有8个字母，后半部分最多有3个字母。

很多BASIC的后续版本都是解释型(interpreter)而不是编译型(compiler)。如前所述，编译器读取源文件并生成一个可执行文件；而解释器却采取边读边执行的方式，不会产生新的文件。解释器比编译器的原理简单一些，因此更容易编写，但其运行程序的速度要比后者要慢。

键盘和CRT一起对远程计算机传输来的ASCII码（可能还包括Escape字符序列）做出响应，这种设备我们称之为哑终端(dumb terminal)。

如果程序在图形操作系统下运行，那么它们在显示器或打印机上画图这一过程中，使用的是一套完全相同的API。正因为如此，字处理程序在屏幕上显示出的文档，与打印出来而得到的纸质文档，看上去非常相似。这种特点称为“所见即所得”（简写为WYSIWYG）。这是喜剧演员弗雷普·威尔森(Flip Wilson)在扮演杰拉尔丁(Geraldine)角色中的一句话，这句话也成了计算机领域的一个经典口号。