计算机是如何工作的（最简单透彻的解释）

        问题：计算机是如何工作的，电流如何转换成可执行的逻辑(软件)，以及为什么？

        这是一个很棒的问题！我11岁时在PC上玩FIFA 99曾经问了自己这个问题，于是我踏上了六年的大学之旅为了能够找到这个问题的答案。

        它真的很复杂，让我思考了一下（其实很多）。我们先从底部开始吧：

 

•  物质是由原子组成的(我们能够找到更小的单元，但是对于这个问题够了)
•  原子中有电子，这些流动的电子被定义为电流。
•  为了能够使用这些电子，我们制造晶体管可以按需随时存储/释放他们。他们被存储为1 (5伏) 和0 (0伏)。
•  8个晶体管就能够表示一个8位二进制数。所以要将8 bit表示数字3则为：0000 0011. 这是怎样在硬件上实现的呢？把8个晶体管并列排列(称为寄存器和存储器单元)。前六个晶体管保持0V，后两个保持为5V。
•  现在，将这些寄存器和存储单元组合起来就成了CPU + RAM。
•  为了让CPU变得容易计算，我们发明了机器码。这些语言能够在CPU上运行。我说的“运行”是什么意思呢？它意味着，不停地改变电压。如果我想要计算 2 + 3, 计算机就会在一个寄存器中存储2个1，另一个存储3个1.然后把这些值输入到加法器(能够运算数学加的单元，不是简单的电压相加)，然后在另一个寄存器中给我答案。以下是一个简单机器码的实例：

80 02 F3

80 03 F4

88 F3 F4 F5

        显然，没有人会明白这些代码。所以我们得想出一个非天才的系统以让人们可读。这就是汇编语言(assembly language)。以下就是上面提到数字对应的代码：

 

MOVI 2, REG A

MOVI 3, REG B

ADD REG A, REG B, REG C (将A加B并存储到C中)

        有，       

       MOVI = 80

       REG A = F3

       REG B = F4

       REG C = F5

       ADD = 88

        瞧，我们的第一个编程语言:)

 

•  现在，汇编语言对我们来说，要记住它和正确编码太难了。 所以人们又发明了编译器——能够将像C这样的高级语言转换成汇编语言（记住，这些汇编才真正控制比特的改变）。

 

        所以，上述代码C语言的表述就是：

{

int a = 2; 

int b = 3;

c = a + b;

}//（代码稍有问题哦~注意到了吗^.^）

 

•  就像人们可以用文字而不是手势来写诗，我们认为，具有一定涵义的程序语言能够让人写出更好的程序。然后将程序转换成汇编，寄存器中的电压就会变化。这反过来会影响晶体管，从而影响电子的流动。
•  有了上述的基础，我们写了操作系统以最大限度地提高硬件使用率。因为当计算机从磁盘上获取数据时，CPU是闲置的。
•  所有从键盘输入、鼠标移动、桌面窗口、声音都是一个个的用高级语言写的程序，在操作系统上运行。
•  在操作系统上，我们开发了一个称为TCP/IP的网络协议栈。该协议栈提供了一个标准化的方法用来进行计算机通信。
•  上述一旦工作，我们设法用电缆将计算机相互连通，然后创建WWW和http。这让人们可以从不同的网络相互进行交流。需要注意的是http是一种协议。服务器和客户端程序除了遵循http外还要遵循内部协议。

 

        让我们从另外的角度看看，现在从软件到电子...

 

•  当你在浏览器中键入Google，按回车键时，你的浏览器(客户端)就会向Google(服务器)发送一个http请求。
•  在你的电脑上，浏览器的程序时用C/C++(假设)写的。
•  将它编译成汇编语言(实际上浏览器已经编译好了，你只需要向浏览器中输入字符就行)
•  操作系统(Windows / Linux等)和设备驱动程序也已经编译好，并且在你的计算机上运行。
•  当CPU流水线轮到浏览器时，就会运行它的汇编代码。
•  这些汇编代码就会改变寄存器和存储器中的比特位。
•  寄存器和存储器由晶体管组成。
•  晶体管控制电子的流动，于是形成了电流。

 

        我已经过度地简化了问题的过程，但在本质上没什么区别。当然我只提到了不到1%的细节，另外的99%（或许更多）需要大家慢慢根据自己的专业去理解。

        原文链接：https://www.quora.com/Computer-Science/How-do-computers-work-the-way-they-do%E2%80%A6-when-does-electricity-become-executable-logic-turn-into-software-And-how