计算机科学导论：跨学科方法

6.2　TOY计算机

为了帮助你更好地理解计算机上计算的本质，我们在本节中介绍TOY，这是一个为本书设计的假想计算机，与20世纪70年代首次广泛使用的计算机非常相似。我们今天研究它，因为它也具有现代微处理器所具有的基本特征，如移动设备的处理器、计算机中的处理器以及其他任何地方出现的处理器，甚至包括在这些年间开发的无数其他计算设备。下图展示了PDP-8——一台20世纪70年代的真实计算机，以及我们的假想计算机TOY。

真实的计算机与假想机

TOY演示了简单计算模型如何执行那些关键的计算任务，也可以帮助你了解计算机的基本特征。在过去的几十年中，计算演变的一个显著事实是，所有的计算机都具有相同的基本结构，这种方法在约翰·冯·诺依曼1945年首次阐述之后几乎立即被广泛采用。

我们首先介绍TOY计算机的基本组成部分。TOY其实仅有几个部分，且每部分的目的都很容易理解。所有的计算机都由相似的部分构成。

接下来我们描述TOY计算机的使用和编程方法。我们从上一节中介绍的信息表示的基本方法开始，先来看对这类信息的操作。换句话说，我们正在使用TOY计算机硬件实现对数据类型（即值的集合以及对这些值的操作）的支持。在这个层面上的工作被称为机器语言编程。学习在机器语言层面上编程会帮助你更好地理解Java程序与计算机之间的关系，以及计算本身的性质。机器语言编程实际上在诸如视频处理、音频处理和科学计算等性能关键类的应用中仍然使用。你将会看到，学习如何用机器语言编程并不困难。

第7章将介绍如何用硬件构建这样的机器。这是揭开计算机神秘面纱的最后一步，能够帮助你更好地理解Java程序与物理世界之间的联系。 ...