计算机基础核心概念的实现简介

8位，16位或32位这样的计算机指的是什么意义？

现代计算机最基础的理论，或者说其核心设计思想就是按5部分实现：1，可运算；2，可存储； 3，可程序控制；4，可输入；5，可输出。这5部分的具体实现对象，形象一点说，是组成计算机的5部分有机体，也都各有概念和各种名字。
1. 负责运算的可以叫运算器，有的叫逻辑运算单元，也有的叫加法器乘法器；
2. 负责存储的就叫存储器，实现存储功能的器件很多，但对于程序而言，只有两大类存储对象：1，掉电丢失存储器，2，掉电不丢失存储器，具体后面再提；
3. 负责程序控制的有叫译码器，或者叫解码器，也有的叫指令解释单元；
4. 负责输入输出的，最简单容易想到的输入器是键盘，输出器是显示器，实际上可以纳入输入输出概念范畴的器件就太多太多了，后面再讲。

计算机最基本的功能就是实现数字计算，因此计算机的第一重要指标就是指运算器的指标。运算器的位宽——能同时处理的二进制数据的最大位数，就代表了该计算机的处理能力。8位，16位或32位这样的计算机指的就是运算器的位宽。

运算器是如何实现的？
有了上述二进制数做加减乘除运算的法则的理论基础，运算器只要将二进制运算的一套真值表在物理上用逻辑器件一一实现就可以。
那么物理上如何实现呢？最早的时候用机械，用齿轮来实现，速度慢还不打紧，最重要的是对机械制造精度的要求就远超当时的水平，结果数年功夫也做不出有意义的运算器。再后来有了机电式的继电器和电子真空管，总算能做出成规模的有点实际作用的运算器，但是功耗和体积仍非常撼人。直到二战后，Shockley用半导体的PN结做成了三极管，继而有人很快发明出在硅片上成规模的集成场效应管，运算器才有了用PMOS、NMOS到CMOS逐步进步的物理实现。

解码器是如何实现的？
解码器能解析已经定义好的指令，对解码器来说，一个指令就是一个二进制数（有人把这种二进制数叫做机器码）。在解码器中，每个指令的逻辑实现都不尽相同，解码N个指令就需要N套逻辑，一个解码器就是N套逻辑电路的集合，一套指令就叫指令集。
为了简化人类记忆二进制数形式的指令，有人发明了汇编器（汇编器是软件）来做英文指令到二进制数指令的翻译，其实汇编器就可以看成是一套查表软件。不同的解码器，就有不同的一套指令，不同的汇编器，就有不同的汇编语法。

电脑的CPU是上述5部分的那部分？是运算器吗？
CPU（是Central Processing Unit的缩写，中文译作中央处理器），中文也叫微处理器，一般不仅有运算器，还集成了解码器，实际上运算器和解码器都只是微处理器中最核心的一部分之一。现代的微处理器围绕运算器和解码器这两种核心概念，衍生扩展出了一套非常复杂的结构，包括总线，一些保存操作数的寄存器，一个堆栈寄存器，以及一些状态寄存器，甚至集成了内存管理器（MMU及一套控制寄存器），中断控制器，时钟控制器等。不同的微处理器内部结构实际的各个细节都有许多不同，比如最早发明的冯·诺依曼结构在指令和数据共用一套总线传输，再后来的哈佛结构把指令和数据的总线分开，存储区域也分开。总之微处理器的结构越来越复杂，为的是应对处理速度越来越快，处理能力越来越强大的需求。可以看到的是，微处理器的结构将来也只会更加复杂。现代的以inter公司研制的CPU为代表，最新型的CPU内部设计已经是相当复杂了，最新型的CPU光是数据说明手册就比牛津词典要厚的多，内容也多的多。如果想对某型号的CPU有专业深入的了解，就得从该CPU的数据手册开始着手看。如果想对CPU做入门级的了解，推荐看万木杨写的《大话处理器》。