机器语言、操作系统与硬件执行：深入解析计算机的底层逻辑

引言

无论是运行在PC上的Windows，还是嵌入式设备中的FreeRTOS，所有计算机系统的核心都依赖于机器语言——由0和1组成的二进制指令。那么，为什么计算机必须使用二进制？能否用其他进制（如三进制）设计计算机？微软操作系统能否被完全替换？本文将深入探讨这些问题，解析计算机底层的执行逻辑和操作系统的可替代性。

---

1. 机器语言：计算机的“母语”

(1) 为什么计算机最终执行的是机器语言？

所有计算机程序，无论是用C、Python还是汇编语言编写，最终都必须转换成**机器语言（二进制代码）**才能被CPU执行。这是因为CPU的指令集架构（ISA）直接定义了一组特定的二进制操作码（opcode），硬件电路只能识别这些指令。

• 高级语言（如C、Python） → 编译器/解释器 → 汇编语言 → 汇编器 → 机器语言（二进制） → 硬件执行
• 汇编语言 是机器语言的“人类可读版”，但仍然需要转换成二进制才能运行。

(2) 是否存在非二进制的计算机？

现代计算机几乎全部基于二进制（0/1），因为电子开关（晶体管）天然适合表示两种状态（开/关）。但历史上曾有过其他尝试：

• 三进制计算机（-1/0/+1）
  • 苏联在1958年研制过 Сетунь（Setun） 计算机，理论上某些计算比二进制更高效。