计算机科学导论：跨学科方法

7.2　基本电路模型

要了解计算机是怎么设计的，我们先来了解一下构造电路的三个基本元素：

·导线

·电源

·控制开关

导线负责连接电源、传输数据，并连接电路元件；控制开关用于控制电路的闭合或是断开。一些导线被指定为输入；其他一些被指定为输出。我们的电路抽象定义如下：

电路是导线、电源和控制开关组成的互连网络，能够将输入线上的值转换为输出线上的值。

该模型足以描述任何计算设备。例如，我们可以使用它来描述第6章的TOY计算机的构造：TOY机的CPU也是一个电路，其输入端连接着前面板上的机械开关以及按钮，输出端连接着前面板上的指示灯。我们的目标是设计一个电路，它能够根据开关设置和按钮在正确的时候点亮指示灯。

计算机的理想模型

模型中各个元素都有不同的物理状态，我们分别以二进制值来表示。这些状态包括指示灯和开关的开与关、导线是否连接到电源等。状态的变化对应于不同的信息，可以在电路中传递。

为了展示如何与物理世界相连接，在模型中我们采用了二维的几何表示。导线对应于在平面中绘制的线段；控制开关对应以特殊方式交叉的电线；电路就是绘制在矩形框内的若干导线。我们用一个矩形框来表示电路的边界，其中输入端的导线画到边界即终止，输出端的导线需要超出边界。当我们对电路的实现细节不感兴趣时，我们只画出其接口（即矩形框、输入线、输出线和描述标签），如下图所示。

电路其实是一种抽象的表示，不局限于任何一种简单的绘图方法。我们使用这种规定的几何表示法失去了一些灵活性，但是这个方案确实提供了一些方便。这样我们得到的最直接结果就是可以将电路绘制成一个由内部连接线路构成的图纸，以此来表示每个电路的具体实现。如今电路可以依据图纸进行制造，所以设计师和制造商之间对电路表示的一致性就显得非常重要。 ...