计算机是如何计算的

计算机是怎样运算的~

从软件的层面上来讲，所有的计算机应用程序其实都是通过一系列的算法来实现的。也就是说，为了解决实际问题，都将它转化为一个数学模型，然后通过计算机硬件的计算来解决实际问题。
一句话，所有的软件都是将现实世界的事情通过转化成为数学模型然后再经过计算机的逻辑电路处理得到结果。

从硬件的层面上来讲，计算机通过控制晶体管的开关来实现0和1的表达，这样的特性让它可以处理一些数学问题。这样，软件和硬件之间就结合了。通过这样的结合，也就有了现在的计算机。在二进制中基本的单位就是0，1. 0在计算机内部就是一个低电压，而1呢就是一个高电压，所以在计算机的内部就形成了，这种的高低电压，而高低电压有代表不同的数字即二进制，二进制在转化成这种数据运算，数据运算还原成各种的 音频、视频等文件

子计算机的诞生和发展是20世纪最重大的科学技术成就之一。回顾20世纪的科技发展史，可以深刻地认识到计算机的诞生和广泛应用对人们的工作和生活所产生的深远影响。
顾名思义，计算机就是用于计算的工具。但是，今天所说的计算机（computer）实际上是指电子数字计算机（Digital Computer）。所以，一个比较确切而全面的定义是；计算机是一种以电子器件为基础的，不需人的直接干顶，能够对各种数字化信息进行算术和逻辑运算的快速工具。

和其他机器设备一样，计算机首先是一个工具。但和其他增强人的体力的机器设备不一样，计算机是增强入的脑力的工具，所以俗称“电脑”。计算机主要增强的是人的记忆、计算、逻辑判断和信息处理等能力，而人类所独有的智力，计算机还远远达不到。

计算机的基本功能是运行程序，这通过同时使用指令和数据来实施任务或任务集合来完成。CPU是设计用来执行这些任务的计算机硬件的一部分。很多人喜欢将CPU称为计算机的大脑和心脏，这倒不失为一个恰当的比喻。因为CPU控制和负责程序的执行，它当然是计算机的大脑。如果没有程序要执行的话，计算机只是一个昂贵的箱子。因为CPU必须与数以百计的其他芯片及计算机的其他部分进行通信，并控制它们以确保计算机能准确工作并完成指定的任务，在这一点上CPU的功能就像心脏。与心脏推动血液循环一样，CPU推动指令和数据循环。

那么，这些计算机是如何处理这些科学和工程中的重大挑战性课题呢？主要是通过“蚂蚁搬家”的方法，也就是说我一个处理器的处理能力有限，但是我可以通过多个处理器来协同完成一道课题：一个处理器不行，我使用2个处理器，2个处理器不能满足要求，我使用10个、100个、上千或上万个，把整个需要解决的问题通过软件的方法分解，并把分解的任务块通过一定的方式交给不同的处理器去求解，这样原来处理能力有限的单个处理器的集合就能够求解出单个处理器不能求解的问题。如果我们形象的把处理器（CPU）比作蚂蚁，那么超级计算机就是通过控制这群蚂蚁来完成共同的一项目标。

对巨型机和大型机来说，为满足高速、高性能就要不断研制并采用新的计算机结构和组成技术，否则难以在市场上推出比别的厂家更好的巨、大型机．例如，中央处理机的重叠、流水和并行处理技术，存贮器系统中包括采用超高速缓冲存储器和虚拟存储器的存贮层次，输入输出系统中的通道I／O处理机和外围处理机方式，各种从结构上提高系统可靠性的技术，多处理机技术．采用高级数据表示的向量机、阵列机等等都是首先出自巨型机或大型机上．巨、大型机一般是通过维持价格、提高性能或提高价格、提高性能两种途径来探索和采用新的结构和组成的．因此，每推出一种新的巨、大型机，一般不是只在器件、装配技术上作很大改进，还必须在系统结构和组成上有新的进展和突破．

人类对计算机性能的要求是无止境的，在诸如预测模型的构造和模拟、工程设计和自动化、能源勘探、医学、军事以及基础理论研究等领域中都对计算提出了及高的具有挑战性的要求，还有其它的应用领域包括核武器数值模拟，航空航天高速飞行器的设计，原子物理过程微观世界的模拟，材料科学中计算，环境资源以及生物计算等。这些重大的计算问题，涉及到非规则的复杂结构、非均匀的复合材料、非线性的动力学系统以及奇性区域、活动边界、带约束条件等各种复杂的数学物理问题。要对这些复杂的非线性数学物理方程进行大规模和高精度的计算，在一般的计算机上用传统的计算方法往往是无能为力的。因此，正是这些重大的应用需求推动了当代计算技术的迅速发展。从20世纪70年代的百万次浮点运算计算机开始，到现在的主流机型每秒万亿次机，而每秒千万亿次计算机的预研工作正在进行。这种计算机速度的惊人改变，其背后的驱动力就是那些挑战性的应用需求。

低向上的学习计算机是一条比较漫长的道路。但是，得来的知识却是体系化的。而且越到上边，学习的理解的效率是越高的（暂且自我欺骗，毕竟还没达到那高度）
下面就最近研究和学习做一个复盘。以问题出发为脉络。
1、计算机是怎么做运算的？
关键字：二进制、逻辑门
2、在问题1的基础上又问：为什么是二进制？
3、CPU是如何工作？

1、计算机是怎么做运算的？
回答这个问题，要先弄懂人类在使用10进制做计算时的方法，不赘述。
10进制方法迁移到二进制。基本的加法、乘法（可转成进位的加法），减法转成加法实现，除法转成乘法实现（这个我还没深究）。
进制之间可以平滑的换算。

数和进制的抽象
（这是我独立思考得出的，未见有人说过，或者有但我不了解）。
位和进制大小、进位。是三个基本元素。
位是进位中的位，是进制数的承载单元。位只能承载（0到进制-1）的数。比如：10进制中，一个位可以放0-9的数字，到10的时候就需要进位。二进制，最大放1，到2就要进位。
进制大小：就是所谓的2、10、16。
进位：位中承载的数等于进制大小时，发生的高位+1行为。

所以，可以有5进制。甚至可以有100进制，当然如果能够找到这么多数字的象征，恐怕人类的大脑处理起来也是费尽的。
问题又来了，为什么人类有进制这种抽象，我觉得主要还是来源于认知的范围是有限的，而认知的对象是无限的。之所以说认知范围是有限的，主要是人的身体机能决定的，不能同时（并行）思考和处理多个问题。以有限的认知认识无限，只能将无限的进行分而治之。数字是对现实世界和数量有关的一种抽象。位，就是数字抽象的基本单元。对于人类来说，现实世界的物质是无限的，小到分子原子、大到宇宙万物。所以用进制数可以表示一个特定的数量的概念。

如果存在一个主体（比如上帝），ta使用的是无限进制，宇宙万物都囊括在其中，它不用进位。每个事物都有是唯一的，那么人类的进制就已经没有了意义，ta能使用无限进制的前提是掌握了无限事物的信息，超人类思维的存在。这就是无限这个抽象的力量。

什么是运算
传送门
人类为什么要做运算呢？因为人类的认知是有限的啊，为了得到暂时无法获得的信息，基于已有的信息进行信息的变化和组合，就生成了运算。所以，如果人类可以直接获得任何信息，比如看到一个平面物体，便知道它的面积和体积，那基于几何学的长宽高、积分之类的运算就不再具有它的价值，但这目前还只是

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芮城县18550866943： 知识点,计算机是如何做算术的 - ？
镡珍乳酸： 计算机通过机器语言表达信息并进来逻辑运算进行计算的.电压变化引起,把高低电压转换当成二进制,即0和1.第一,二进制的运算算术运算二进制的加法: 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10(向高位进位) 第二,二进制的减法: 0-0=0 0-1=1(向高位借位) 1-0=1 1-1=0 (模二加运算或异或运算) 第三,二进制的乘法: 0 * 0 = 0 0 * 1 = 0 1 * 0 = 0 1 * 1 = 1 第四,二进制的除法: 0÷0 = 0 0÷1 = 0 1÷0 = 0 (无意义) 1÷1 = 1 第五,逻辑运算二进制的或运算:遇1得1 二进制的与运算:遇0得0 二进制的非运算:各位取反

芮城县18550866943： 计算机的内部是怎样进行计算的 - ？
镡珍乳酸： 我们的每一步操作,由程序把它变成高级语言,再变成汇编语言,再编译成机器认识的机器语言,就是由0和1组成的代码,然后由CPU里的加法器减法器相与相或非器等等复杂的运算器进行计算,得出结果再经过一系列过程,最后显示给我们.望采纳

芮城县18550866943： 电脑是如何进行运算的 - ？
镡珍乳酸： 依靠CPU,CPU是机器的大脑. CPU的基本组成 CPU的基本部分由运算器,cache和控制器三大部分组成.所有的运算都依靠运算器来进行,cache用来缓存运算时的临时数据的和其他一些临时数据.运算器最根本的就是加法器.只有加法器,减法,除法和乘法都是通过 加法器完成的.计算内数据是二进制的,数是用反码表示的.用反码可以很方便的利用加法器实现减法. 详细的还有很多,我就说这么多了,更清楚的查权威资料吧,呵呵

芮城县18550866943： 计算机是怎样计算的.可以理解的是计算机是通过内部的逻辑电路以二进制的形式进行计算的,但是现在就有一个问题,他是如何计算出1+1=10的,难道需要把1+1=10、1+10=11、、、等每个运算都告诉计算机?？
镡珍乳酸： 楼猪这个问题若要解析清楚估计3天3夜都未必能解析清楚.这样简单的说吧:每一种运算都按相应的结果来设计逻辑电路,比如执行BIN加运算,就有相应的加法运算电路(详情请自行参考数字电路/累加器篇),这个累加器的运行规则是按加运...

芮城县18550866943： 计算机内部是怎样进行计算的 - ？
镡珍乳酸： 从软件的层面上来讲,所有的计算机应用程序其实都是通过一系列的算法来实现的.也就是说,为了解决实际问题,都将它转化为一个数学模型,然后通过计算机硬件的计算来解决实际问题. 一句话,所有的软件都是将现实世界的事情通过转化成为数学模型然后再经过计算机的逻辑电路处理得到结果.从硬件的层面上来讲,计算机通过控制晶体管的开关来实现0和1的表达,这样的特性让它可以处理一些数学问题.这样,软件和硬件之间就结合了.通过这样的结合,也就有了现在的计算机. 其实,光从字面上我们也可以看出“计算机”本身就是对数学的扩展,这门看似和其他学科无关的学科确实是和其他学科有着千丝万缕的联系.

芮城县18550866943： 计算机最基本的工作原理是什么?我想知道知道计算机怎么做计算的了,我知道所有的运作可以换算成四则运算,而四则运算又可以换算成加法运算,但是加... - ？
镡珍乳酸：[答案] 不能用最浅显的道理说出来.,我用下面的描述看你能不能明白(注:不是专业的描述,但已很贴近) 1),计算机最最基本结构:有键盘+CPU+)+ 2),CPU是外理中心,是个复杂的电子线路,这个电路有它自定的逻辑功能(例如加,减,乘,除运...

芮城县18550866943： 计算机是怎样做运算的? - ？
镡珍乳酸： 哈哈,你这个问题问的太大了,计算机是怎样运算的这样一年也不会讲完的,就是初步的我说一下吧,计算机只识别二进制这个你已经清楚了,所以任何的数据运算都是最后转换成二进制的运算,所以这就涉及到在学计算机的时候需要学各种进制与二进制的转化,而在二进制中基本的单位就是0,1. 0在计算机内部就是一个低电压,而1呢就是一个高电压,所以在计算机的内部就形成了,这种的高低电压,而高低电压有代表不同的数字即二进制,二进制在转化成这种数据运算,数据运算还原成各种的 音频、视频等文件,这就是最基本的回答了.这与深处的这个只有专家知道了啊

芮城县18550866943： 计算机是怎样进行算术和逻辑运算的 - ？
镡珍乳酸： 当运算结果没有产生溢出时,运算结果等于逻辑结果(即应该得到的正确的结果),此时SF表示的是逻辑结果的正负,当运算结果产生溢出时,运算结果不等于逻辑结果,此时的SF值所表示的正负情况与逻辑结果相反,即:SF0时,逻辑结果为负,SF1时,逻辑结果为非负

芮城县18550866943： 计算机是怎么来计算东西的啊? - ？
镡珍乳酸： 通过一条条的程序 一句句的代码

芮城县18550866943： 讲解一下计算机是如何计算1+1的 - ？
镡珍乳酸：[答案] 输入设备1+1=>存储器1+1=>控制器=>存储器=》控制器==》存储器=》运算器1+1=2=>存储器2=>输出设备2