第1章 1.0数字系统与信息

本书的内容涉及逻辑电路与数字计算机。早期计算机的计算对象为离散的数值，称为数字（digit，拉丁语原意为手指），这就是数字计算机（digital computer）的由来。数字这一词广泛用在计算机、逻辑电路以及其他使用离散信息值的系统中，从而产生了数字电路（digital circuit）和数字系统（digital system）这样的专业术语。逻辑电路是指电路的操作对象只有两种逻辑量True（1）和False（0）。既然计算机是由逻辑电路构成的，它们的操作对象就一定也是由这两种逻辑量所构成的某种数值形式，这些数值形式可以用来表示十进制数字。如今，“数字电路”可看作是“逻辑电路”的同义词。

通用数字计算机（general-purpose digital computer）是指一种数字系统，它可以顺序处理已存储的指令序列，也叫程序，指令的操作对象为数据。用户可以根据特定的需要对程序或数据进行设定和修改，这样的操作非常方便，所以通用数字计算机可以执行各种各样的信息处理任务，涵盖了应用的各个方面，这使得数字计算机成为一种通用性很强、非常灵活的数字系统。同样，由于它的通用性、复杂性以及广泛的应用，计算机也成为一种学习数字系统设计概念、方法和工具的理想载体。为此，我们采用上图所示的个人计算机（PC）的分解示意图，用这种通用的计算机来强调所涉及知识的重要性及其与整个系统的关系。在本章稍后，我们将讨论通用计算机的各种主要部件以及它们是如何组织形成一台计算机的。然后，我们介绍数字系统设计中抽象层次的概念，这使得我们可以管控由数亿个晶体管构成的计算机的设计与编程复杂度。另外，本章的其他内容着眼于我们日常生活中的数字系统以及在数字电路与数字系统中表示信息的各种方法。