C语言设计问题与求解方法第零章理想厨房的工作原理技巧.doc

第零章 理想厨房的工作原理 一种有着神奇“魔力”和“智能”的人造设备，正在不断地、彻底地、改变和丰富我们所生活的大千世界。这个看起来很不起眼的，通常被称为“计算机”的电子设备，是如何具有如此神奇的“魔力”和“智能”的？本章和下一章将带你开始解开这个与我们的生活和工作息息相关的当代社会最大的谜。 0．1节介绍理想厨房系统，0.2节通过一个炒菜实例，讲解理想厨房各部件是如何密切配合工作的。0.3是一张理想厨房系统与计算机系统的对照表。 计算机从发明到现在不过约八十年的时间，然而计算机的发明、改进和普及，把人类带进了智能时代,计算机本身也变得越来越复杂、快速、小巧、种类繁多。不过，大多数计算机都遵循冯.诺伊曼体系结构，这为我们理解计算机的基本工作原理提供了方便。 从某种角度来看，计算机就是一种人造智能生命。想要真正学会编程，通过编写的程序命令计算机工作，就必须懂得计算机的基本工作原理。就像人们要与某种具有智能的其他物种个体进行交流通信，就必须对那个物种的习性有一个基本了解一样。 本章和下一章是全书的重要基础。通过这两章，读者可以了解通常计算机的结构和工作过程。这些知识对学习程序设计非常有帮助。直接学习计算机工作原理是极其枯燥乏味、很困难的，因为有大量的新名词会蹦出来困扰和干扰你。为此，笔者付出了极大的努力，找到了一种比较好的类比方法——理想厨房系统，通过这个例子就可以初步了解计算机的基本工作原理。 0.1理想厨房系统： 理想厨房系统，是一个通过顺序执行菜谱中的各个加工步骤，把原材料加工成菜肴的系统。它由有重量、有体积的实物构成的硬件和由无重量、无体积的符号组成的软件（菜谱）组成。 软件部分：菜谱是理想厨房系统中的一个无重量、无体积、不会损坏、但可以经常更换的极为重要的“软件”部件。菜谱是用符号（文字、数值都是符号）来表示的。菜谱是由一个个的加工步骤顺序组成。 每个加工步骤命令理想厨房系统完成一个基本操作（比如炒、蒸、煮、输入一种原材料、输出一份菜肴等）。 注意：为了解说简洁起见，在以下叙述中，我们经常把菜谱中的一个“加工步骤”称为一条“指令”。因为一个加工步骤就是一条指导理想厨房如何工作的命令。 硬件部分：理想厨房系统，主要由以下五个“硬件”（即实物）部件构成——理想厨房、自动冰箱、输入设备(即配菜员)、输出设备（传菜生)和三条传送带。 需要注意的是，理想厨房仅仅只是理想厨房系统中的一个重要组成部分。 理想厨房系统的构成简图如图0.1所示： 0.1 理想厨房系统结构示意图： （此图中没包括传菜生和配菜员） ●自动冰箱：自动冰箱负责临时保存菜谱、原材料和菜肴。它由非常多的（比如几百个）大小一样的格子组成，每个格子都有一个唯一固定的编号，这个编号称为地址。地址通常是从0开始逐一递增的。是不是感到很奇怪：菜谱竟然也要像原材料一样保存在冰箱中？！为何要这样做的道理请看本章后面。 每份原材料和菜谱中的每一个加工步骤，都占据冰箱中的一个格子。 ●理想厨房： 功能：负责根据从冰箱的菜谱中取到的加工步骤，进行炒菜以及进行相关的控制工作。 构成：理想厨房主要由厨房管理员、厨师、炊具和一些碟子组成，参见图0.1。 理想厨房中的各种碟子 理想厨房中有一些在炒菜过程中起重要作用的碟子： 一个PC碟（又称为指令地址存放碟）：此碟中存放一个非负整数值，这个值是一个地址；此地址指明了将要执行的指令位于自动冰箱的哪一格中。 一个IR碟（又称为指令存放碟）：用来存放刚刚从冰箱中取过来的一条立即要执行的指令。 理想厨房中还有若干个通用碟（图0.1中标有名称R0、R1、R2的碟）：用来临时存放从冰箱中取出来的原材料或经过加工了的半成品或成品。这是由于到通用碟中存取物品，要比到冰箱格子中存取物品快得多的缘故（为了加快炒菜速度）。 指令执行的全过程 理想厨房每次只能按顺序执行菜谱中的一条指令。 理想厨房执行指令的流程完全是周期性的，即任意一条指令都是按照“取指令——阅读分析指令——执行指令”这三个阶段进行的。 厨房管理员首先根据他看到的PC碟中的值，通过三条传送带的协调工作（三条传送带如何协调工作的细节，请参见下一节），到自动冰箱的指定格中去取菜谱中的一条指令。取到理想厨房并把它存放到IR碟中之后，PC碟中的值将会自动加1——这是为取下一条指令预先做好准备。 然后，厨房管理员阅读并分析IR碟中刚取到的这一条指令，根据该指令的指示，去做以下六类工作中的一种： 1．取物品：通过三套传送带，命令自动冰箱把指定地址格子中的（本次加工步骤马上要用到的）原材料（通过材料传送带）传送到理想厨房中来； 2．加工：命令厨师按照指令的要求，对原材料作一个基本加工操作