淺析計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用

【摘 要】隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)專業(yè)的人才就業(yè)路子更加寬廣，適應(yīng)性也越來(lái)越強(qiáng)。而事實(shí)證明，隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的越來(lái)越發(fā)達(dá)，社會(huì)的進(jìn)步，數(shù)字化對(duì)于各行各業(yè)都是大勢(shì)所趨。計(jì)算機(jī)行業(yè)包括軟件和硬件兩大部分，硬件部分屬于支撐部分，而軟件屬于運(yùn)行部分，二者協(xié)調(diào)處理，組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本文從計(jì)算機(jī)原理入手，分析計(jì)算機(jī)未來(lái)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 原理 應(yīng)用

計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，運(yùn)算速度的不斷提升，使得計(jì)算機(jī)逐步進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域。早期計(jì)算機(jī)由于運(yùn)算速度不足導(dǎo)致處理能力較差，使得其不能完全進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域。但是個(gè)人計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展讓計(jì)算機(jī)成為辦公設(shè)備必不可少的一部分。這就使得計(jì)算機(jī)的日常維護(hù)以及可靠性成為人們?cè)絹?lái)越關(guān)注的話題。目前為止，計(jì)算機(jī)的整體系統(tǒng)沒有什么變化，依然是當(dāng)初馮諾依曼提出來(lái)的五個(gè)基礎(chǔ)部分加上其他拓展部分組成的，其中五個(gè)基礎(chǔ)部分為：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)設(shè)備、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。類比個(gè)人電腦，運(yùn)算器和控制器被整合為中央處理器，存儲(chǔ)設(shè)備就是硬盤，輸入設(shè)備為鍵盤和鼠標(biāo)，而輸出設(shè)備目前一般是顯示器，當(dāng)然有一部分特殊的計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備是打印機(jī)或者投影儀。運(yùn)算器和控制器是處理數(shù)據(jù)信息的設(shè)備，存儲(chǔ)裝置是儲(chǔ)存信息的設(shè)備，輸入設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入，輸出設(shè)備則是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理結(jié)果的輸出[1]。

一、計(jì)算機(jī)的工作原理

目前為止，通常的輸入設(shè)備包括但不僅限于以下幾種：鍵盤、鼠標(biāo)和掃描儀（包括個(gè)人計(jì)算機(jī)的攝像頭）等等，另外在一些時(shí)候光盤處理器也算是輸入設(shè)備的一種。由于計(jì)算機(jī)只能處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)，所以我們通過輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)是不能被直接處理的，需要轉(zhuǎn)化為“1”和“0”組成的二進(jìn)制信息，這樣才能通過控制器調(diào)用，然后由處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。和人比較，輸入設(shè)備相當(dāng)于人的眼睛、耳朵和皮膚，負(fù)責(zé)對(duì)外部信息進(jìn)行感知和采集，而處理器和控制器相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng)和大腦，負(fù)責(zé)信息的傳遞和處理。而存儲(chǔ)設(shè)備負(fù)責(zé)對(duì)所有信息（包括已經(jīng)處理和未經(jīng)處理的信息）的存儲(chǔ)，目前常用的存儲(chǔ)設(shè)備包括但不僅限于以下幾種：硬盤、光盤和U盤，早期的存儲(chǔ)設(shè)備則有紙帶、磁帶、以及軟盤等等。這相當(dāng)于我們大腦的一部分功能，人類的記憶就是對(duì)過去所獲得的信息的存儲(chǔ)。而輸出設(shè)備則是將處理后的信息輸出，輸出設(shè)備一般有以下幾種：顯示器、投影儀、打印機(jī)等等。人體上信息的輸出則表現(xiàn)在人對(duì)事物做出的反應(yīng)。根據(jù)以上表述，我們可以把計(jì)算機(jī)看做一個(gè)人，那么對(duì)應(yīng)的就是以下這種情況：控制器、處理器和存儲(chǔ)設(shè)備共同組成計(jì)算機(jī)的大腦，輸入設(shè)備相當(dāng)于收集信息的各種器官，輸出設(shè)備則相當(dāng)于對(duì)事物的一個(gè)反應(yīng)。這就是計(jì)算機(jī)工作的大致原理[2]。

舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，我們通過鍵盤輸入“1+1”，輸入之后，信息會(huì)被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，然后通過控制器把二進(jìn)制代碼傳遞給處理器，加入處理器的等待處理隊(duì)列，當(dāng)輪到處理器處理的時(shí)候，處理器把二進(jìn)制代碼運(yùn)算之后得到一個(gè)數(shù)據(jù)的二進(jìn)制代碼，對(duì)于本次運(yùn)算得到的就是2的二進(jìn)制代碼，然后再通過控制器把二進(jìn)制代碼傳遞給存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)或者輸出設(shè)備進(jìn)行輸出[3]。事實(shí)上，我們很少用計(jì)算機(jī)去處理如此簡(jiǎn)單的信息，這只是給大家一個(gè)最直觀的例子來(lái)描述計(jì)算機(jī)的工作過程，計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)通常都非常的復(fù)雜，但是任何一次處理最終都是通過對(duì)二進(jìn)制信息的加法和減法實(shí)現(xiàn)的。

二、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

目前計(jì)算機(jī)技術(shù)主要應(yīng)用有：圖形處理技術(shù)、音視頻技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及軟件開發(fā)技術(shù)。

（一）圖形圖像處理技術(shù)

在圖形圖像處理技術(shù)上，目前主要是通過Photoshop軟件、3DMax軟件、CAD軟件進(jìn)行的各種處理。在這些方面主要是通過軟件，對(duì)已有的圖形圖像信息進(jìn)行編輯，從而達(dá)到人們的目的。對(duì)于圖形圖像處理過程中的輸入設(shè)備一般是掃描儀，或者從各種存儲(chǔ)設(shè)備直接把圖形數(shù)據(jù)調(diào)入計(jì)算機(jī)，在處理過程中，非專業(yè)級(jí)別數(shù)據(jù)處理采用CPU計(jì)算即可，但是專業(yè)級(jí)別運(yùn)算一般使用專業(yè)的圖形處理設(shè)備進(jìn)行運(yùn)算，是CPU的另一種形式，叫做GPU。輸出設(shè)備是顯示器、投影儀或者打印機(jī)，但是在現(xiàn)實(shí)中通常處理過的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)起來(lái)而不需要直接輸出。

（二）音視頻技術(shù)

音視頻技術(shù)與圖形圖像技術(shù)類似，在處理過程中對(duì)于圖像的計(jì)算同樣通過GPU處理，而聲音的處理則是CPU進(jìn)行計(jì)算。

（三）數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

現(xiàn)在大規(guī)模使用的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可以為人們存儲(chǔ)更多的信息，更加方便人們對(duì)于信息的調(diào)用。另外數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)并不是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，還包括數(shù)據(jù)的對(duì)比、運(yùn)算等等。

（四）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用讓人們生活的更加便利，信息的傳遞也更加快捷。最簡(jiǎn)單的例子就是我們現(xiàn)在普遍使用的互聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)，手機(jī)技術(shù)使得人們?cè)僖膊挥靡蕾噦鹘y(tǒng)的笨重的方式傳遞信息，而互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用更加多樣化，在更多方面方便人們的工作以及娛樂。

（五）程序設(shè)計(jì)技術(shù)

程序設(shè)計(jì)是信息技術(shù)的關(guān)鍵，因?yàn)閷?duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，人類的語(yǔ)言和動(dòng)作都是處理器所不能理解的，這就需要程序作為一個(gè)媒介，在中間傳遞、轉(zhuǎn)化人類對(duì)計(jì)算機(jī)輸入的信息，比如說(shuō)上面我們提到的輸入“1+1”的例子，在整個(gè)過程中雖然是控制器和運(yùn)算器進(jìn)行處理，但是對(duì)于控制器和運(yùn)算器的調(diào)用卻是軟件實(shí)現(xiàn)的。也正是由于軟件的發(fā)展，才帶動(dòng)著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

三、總結(jié)

未來(lái)的世界是信息技術(shù)的世界，作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)技術(shù)展現(xiàn)的是高速度與高質(zhì)量并存的發(fā)展形勢(shì)。未來(lái)計(jì)算機(jī)更是朝著小型化和專業(yè)化發(fā)展，在軟件技術(shù)方面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將為人類做出更多貢獻(xiàn)。而硬件方面，小型化集成化的超微型計(jì)算機(jī)在醫(yī)學(xué)以及通信領(lǐng)域?qū)⒂懈蟮陌l(fā)展?？梢灶A(yù)見，未來(lái)在人腦內(nèi)集成電腦進(jìn)行輔助處理信息一定會(huì)實(shí)現(xiàn)，到那個(gè)時(shí)候，你可能很難判斷自己做出的行為究竟是大腦決定的還是電腦決定的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張春芳，王現(xiàn)更.談《微型計(jì)算機(jī)原理及其接口》的學(xué)習(xí)[J].河北自學(xué)考試，2011（09）.

[2]朱定華.深化微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011（11）.

[3]王立新.淺析計(jì)算機(jī)原理中C語(yǔ)言的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2012（08）.