电子计算机怎样运算

然后将分母的四个数加起来，得到139.22公斤，最后做个除法：

173.00公斤+139.22公斤=1.24（倍）。

如果用算盘来算这个题目，需要些什么条件呢？

第一，要有一个算盘；

第二，写算式、数据及答案所用的纸；

第三，写算式、数据及答案的笔和手；

第四，指挥计算、写字的大脑。

事实上，电子计算机也具备这四个条件，它是由类似作用的四个部分构成的：

一、运算器（相当于算盘）；

二、存贮器（相当于纸）；

三、控制器（相当于人的大脑）；

四、输入和输出设备（相当于手和笔）。

电子计算机有了这四个部分，也就能够算题了。

运算器是完成具体计算任务的——四则运算和逻辑运算。它是根据控制器的命令，从存贮器取出所需要的数进行计算，算好的中间结果或答案，再送入存贮器存放起来。运算器是由双稳态电路（双稳态触发器）和各种“门”电路（与门、或门、反相门），按特定的各种逻辑构成的。

存贮器是存放数据和指令的。计算时，在控制器的控制下，接收输入设备送来的原始数据和指令，把计算所需的数及时送到运算器，等运算器算好中间结果或答案，就把它们贮存起来；另外，还要把指令逐一送到控制器，最后把答案送到输出设备印刷出来。存贮器是由记忆元件（大多采用磁芯、磁带、磁鼓、磁盘或磁棒等）和电子线路组成。随着大规模集成电路的发展，高速度、低功耗、高密度的半导体存贮器不断问世，目前大力发展的有双极型半导体存贮器和金属氧化物半导体存贮器。

输入设备是专门送原始数据和指令到存贮器的。一般都采用光电输入设备；也就是先将数及指令穿成穿孔纸带（或者穿孔卡片），再通过光电设备，把纸带上的孔变成电信号送入存贮器。穿孔纸带上的孔，按不同的组合，可以代表不同的数（0、1、2…9）或指令（加、减、乘、除），这就象电话一样，不同的电话号码，代表着各个工厂、公社、机关或学校等单位。目前，文字输入也在大力推广和不断发展中。

输出设备是将答案或所需要的中间结果，从存贮器（或直接取自运算器）取出来并显示在纸上，告诉算题的人。输出设备的种类很多，有快速打印机、电火花印刷机、静电印刷机、照相输出设备、x—y记录仪。

然而，运算器、存贮器、输入设备和输出设备，究竟是怎样相互联系来完成计算的呢？例如：数和指令该送到存贮器的什么地方？什么时候送？存贮器又该把哪里的数、指令分别送到运算器、控制器呢？又该什么时候送呢？运算器又怎样将答案送到存贮器或输出设备呢……。这一切全靠控制器来指挥了。控制器也是由双稳态电路和各种“门”电路组成的，不过，它只是组成控制逻辑，而不是运算逻辑。

控制器又如何来指挥呢？它只是根据人们事先编制好的“计算程序”来指挥的。

控制器同人又是怎样联系的呢？这就靠“计算控制台”了。它一般是由很多开关、指示设备、电传打字机、显示设备组成的；主要是完成启动计算机和观察算题过程正常与否？各部件工作正常与否？或者人为地修改某些数据、修改某些指令。

这里，我们仍以上面人造卫星的题目为例，再看看电子计算机是怎样进行具体运算的：

第一步是编制计算程序。也就是说，将x=化成依次计算的指令。所谓“指令”，就是指挥计算机进行各种动作的命令。每条指令都由操作码和地址码组成。“操作码”是以特定的数码来表示运算性质的；假若我们规定了“操作码”的对照表（如表一所示），如“13”表示取数，“11”表示做加法，“10”表示存数，……。这就象电报一样，每个字是由规定的编码表示的。“地址码”是用数码来表示本次运算的数，放在存贮器的什么地方。实际上，每台计算机都有自己特定的对照表。为了便于理解，可以把存贮器分为“指令区”（这里以1～100号来表示）和“数据区”（101～200号）两部分。假设我们将已知数83.6、38、9.4、8.22、173依次放在数据区101～105号单元中。据算式，应先求出除数（即分母中四数之和）。第一条指令就是“取数”（取被加数83.6），而83.6这个数是放在101号的，所以，第一条指令应该写成为；接着做三次加法，则第二、三、四条指令为。把这求出来的除数存贮起来（假设存在106号），然后再取被除数做除法，于是第五，六、七条指令为。这样，计算机就算出了答案，因此，第八条指令是存答案（假设存在107号），第九条指令是印刷，第十条指令是停机。这样整个程序就编好了，如表二所示。这是一个很简单的题目，复杂的题目只是用到的指令更多，所需要的存贮单元更多而已。

第二步是穿孔。根据计算程序将纸带穿成“穿孔纸带”。

第三步是具体运算。计算员通过“计算控制台”告诉控制器，将纸带上所记载的信号依次分别送入存贮器1～10号，101～105号。启动后，控制器命令“输入设备”开动，又命令“存贮器”将纸带中的内容依次存入1～10号、101～105号。输入设备送完纸带就自动关掉，并发“输入完毕”信号给控制器。存贮器存完数后，也发个“存数完毕”信号给控制器。控制器得到这两个信号，就知道指令、数据已放在规定的地方了。于是，它就正式照程序表的第一条指令进行运算（无特殊规定，总是自动地从第一条做起）：这时，控制器命令存贮器将第1号单元的指令送给它，控制器中的操作码分析器马上得到"13”，一见“13”就知道是取数，又据地址码寄存器中为101，就知道是取101号的数。于是，命令存贮器将101号的数（83.6）送到运算器，同时又命令运算器收数。当存贮器、运算器各发出“送数完毕”、“收数完毕”信号时，第一条指令就做好了。这时，控制器再命存贮器将第2号指令送给它（），分析后知道是加102号的数，于是命令运算器做加法，命令存贮器将加数（38）送到运算器送完、加好后各发出回答信号，第二条指令也就做完了。依此类推，当做完第五条指令后，139.22（除数）就存入106号单元了。做完第八条，107号中就存入了答案（1.24）。第九条指令是，控制器就命令印刷机开动，命令存贮器将107号的数送到印刷机印出答案。第十条指令是“停机”，控制器命令全机（包括控制器本身）停止工作。这时，所要的答案就在印刷纸上了。

上面介绍的电子计算机是最简单的。目前，由于对大型电子计算机的运算速度要求越来越快，往往采用并行操作、先行流水作业、堆栈等先进技术。为了解决存贮器速度跟不上运算器速度的矛盾，就采取超前（先行）取指令、超前取数。也就是本条指令尚未执行完，下面的指令已预先从存贮器取出来放在“指令控制器”中，当本条指令执行完，马上能从“指令控制器”中取得下条指令，这比到时候再从存贮器去取要快得多。同样道理，也可实现超前取数。这些都由专门的“运算控制器”（简称“运控”）来进行控制。

那么，存贮器如何与“运控”打交道呢？怎样才能提前提供指令、提供数呢？又如何做到忙而不乱呢？这就靠“存贮访问控制器”（简称“存访”）来控制。

这样一来，存贮与运算的矛盾解决了，但这时，外部设备不是更显得老牛拖车了吗？要解决这一矛盾，一方面是提高外部设备本身的速度，另一方面，也可用“以多胜少”的办法，也即用很多设备同时对信息进行输入、输出。这好比—只万吨轮运来一船货物，为了快点卸完，就用很多卡车、吊车一起去卸运一样。那么多的外部设备又怎样和主机打交道呢？这将由“通道控制器”（简称“通道”）或者“信息交换控制器”（简称“交换器”）来控制。

为了提高效率、及时处理一些问题（例如发现明显的程序错误、数据超出允许范围、临时需要“人-机对话”等等），还增设了“中断控制器”（简称“中断”）。

采用这些技术后，电子计算机的确实现了一面计算、一面存取、一面输入、一面输出等并行操作。这与简单计算机相比，速度当然大大加快了，但结构也变得更复杂、更庞大，特别使“控制”变得更复杂、更广泛、更繁忙。于是将本来的单一控制器分成很多独立控制器——“运控”、“存访”、“通道”、“交换器”、“中断”等等。

尽管目前的大型电子计算机的速度已高达每秒几百万次、几千万次，但对有些题目还显得太慢，于是又出现了“双机系统”、“多机系统”，多台计算机一起来算。

但是，无论什么计算机，也不管它多么复杂、庞大，从物理上讲，它只不过是光、电、磁、机械之间互相转换而已，而这些东西是人们日常生活和工作中天天见面的，只要对它们有一定的了解，就可以从事计算机方面的工作。并没有什么神秘，更不是高不可攀。只要认认真真学习、踏踏实实工作、仔仔细细研究，一定能掌握计算机科学。