《编码》读书笔记一

《编码》读书笔记

  • 关于CPU的基本知识
    • cpu的全称
    • cpu是如何成为cpu的
    • 什么是摩斯密码
    • 二进制的起源
    • 远距离传输信号
    • 十进制
    • 二进制优势
    • 二进制加法
    • 反馈和触发器

看了这本书,感觉受益匪浅,将其中我觉得比较重要的内容摘抄下来,以备不时之需。

关于CPU的基本知识

科普向

cpu的全称

  全名Central Processing Unit(中央处理器)

cpu是如何成为cpu的

  先看下人与机器的交流,以及人控制机器达到方便生活或者工作。
  用一种简单的方式和别人交流,你会选择怎么做。比如用文字可以,但是文字很复杂,而且不够通用,全世界有各自各样语言。你会想用一种方式去简化文字,看下摩斯密码的流行。

什么是摩斯密码

  最早的摩尔斯电码是一些表示数字的点和划。数字对应单词,需要查找一本代码表才能知道每个词对应的数。用一个电键可以敲击出点、划以及中间的停顿。
  虽然摩尔斯发明了电报,但他缺乏相关的专门技术。他与艾尔菲德·维尔签定了一个协议,让他帮自己制造更加实用的设备。艾尔菲德·维尔构思了一个方案,通过点、划和中间的停顿,可以让每个字符和标点符号彼此独立地发送出去。他们达成一致,同意把这种标示不同符号的方案放到摩尔斯的专利中。这就是现在我们所熟知的美式摩尔斯电码,它被用来传送了世界上第一条电报。SOS:···—··· 不是英文缩写,是因为容易发送和识别摩斯电码实际上一种人和机器之间进行信息转换的系统,认为是一种code。

二进制的起源

  摩斯密码是二元编码,只有点和划。早期的盲文也是二元编码,只有凸起的点和平滑。历史表明这种方式的编码是简单有效的。类似地,我们想到了手电筒,如下:

没有图,需要电灯泡的图

  灯泡或亮或不亮,没有中间状态,这也可作为一种二元编码。于是,我们用亮或者长亮来传递摩斯电码。

远距离传输信号

  你可以通过增加电线的长度进行远距离传输信号,但是不管电线多粗,电压多高,电报线还是不能无限延长。电报机可以做到远距离传输,看下他是怎么实现的。首先电报机是早于电灯泡的,他利用了电磁感应,电生磁,如下:

没有图,需要你的电报站和你朋友的电报站的图

  当电报机的键按下时,发生器的电磁铁将可动棒拖下发出“滴”的声音;当键放开时,棒弹回初始位置,发出“嗒”的声音。快速的“嘀嗒”为点,慢速的则为划。但是呢,距离还是问题,你可以在中途增加一个继电器,进行信号的放大和转发,如下:

没有图,需要你的电报站和继电器和你朋友的电报站的图

  继电器是一种卓越的设备。它是一个开关,但并不是由人工而是借助于电流进行开关操作的。利用这种设备可以做出令人惊奇的事情。事实上,你可以用继电器装配出一台计算机中的大部分部件。

十进制

  人类有是个手指,十进制天然具有优势。

二进制优势

  比特并不是传送信息的唯一的方式。字母、单词、摩尔斯码、布莱叶盲文,十进制数字都可以用来传递信息。但是,比特传递的信息量很小。二进制数字系统架起了算术与电之间的桥梁。前面各章中,我们所看到的开关、电线、灯泡、继电器等物体都可以表示二进制数0和1:电线可以表示二进制数字。灯泡可以表示二进制数字。如果灯泡亮着,代表二进制字1;如果没亮,代表二进制数字0。电报继电器可以表示二进制数字。继电器闭合,代表二进制数字1;继电器断开,代表二进制数字0。二进制数与计算机密切相关!

二进制加法

  先来看下继电器发明的意义在哪。
  我们用简单的开发来表示布尔表达式:当你进入宠物店时,你告诉店员:“我想要一只阄过的公猫,白的或黄褐色的均可;或者要一只没生育能力的母猫,除了白色,其他任何颜色均可;或者只要是只黑猫,我也要。”店员便得到了如下的表达式:(M×N×(W + T))+(F×N×(1-W))+ B。现在你知道两个串联开关执行的是逻辑与( A N D,由符号×来表示),两个并联开关执行的是逻辑或(O R,由符号+来表示),你可以按如下方法连接8个开关:

没有图,需要8个开关的图

  这样就可以构出一个完整的电路,灯泡被点亮并表示小猫符合你的要求。你会发现有很多开关,理论上讲,你只需要四个开关来定义你心目中的猫咪。为什么是四个呢?因为每个开关都是一个“位”。你需要一个开关来定义性别(断开表示公的,而闭合表示母的);一个开关来定义是否有生育能力(闭合表示阄过的,断开表示未阄过的)还需要两个开关表示颜色。因为只有四种可能的颜色(白、黑、和其他所有颜色),而我们知道四种选择可以用两个二进制位来定义,所以只需要两个开关来表示颜色。例如,两个开关都断开表示白色,一个闭合表示黑色,另一个闭合表示褐色,两个开关都闭合就表示其他所有颜色。
  像开关一样,继电器也可以串联或并联以执行逻辑中的简单任务。继电器的组合称为逻辑门。这里所说的“逻辑门执行简单逻辑任务”是指逻辑门只完成最基本的功能。继电器比开关好是因为继电器可以被其他继电器控制而不必用手指控制,这意味着逻辑门可以被组合起来以执行更复杂的任务,比如一些简单的算术操作。
串联的两个继电器就是一个“ AND gate(与门)”。

没有图,需要2个继电器的原理图

  当然,也有简化版,如下:

没有图,需要符号图

  同理,也有或门和反向器,不再赘述。
  上面大概介绍了与门,或门和反向器,我们就可以通过只有四个开关来自动选择理想的小猫了。其实就是2-4译码器,两个开关表示了黑白褐色和其他颜色这四种情况,如下:

没有图,需要2-4译码器的选猫输入图

  将开关的复杂电路用继电器优化如下:

没有图,需要继电器选猫图

  维基百科:继电器(Relay),也称电驿,是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

反馈和触发器

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