大学计算机基础--2

来源:互联网 发布:手机淘宝哪儿有一元抢 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 00:23

1 计算机硬件系统

网上找到一张计算机工作原理的示意图,基于冯·诺依曼基本设计思想:

这里写图片描述

计算机硬件系统指构成计算机系统的物理设备,又称机器系统。

按照冯·诺依曼提出的体系结构,硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。

(1) 一部计算机的存储器可以被视为一组“细胞”单元。每一个“细胞”都有一个编号,称为地址;又都可以存储一个较小的定长信息。这个信息既可以是指令(告诉计算机去做什么),也可以是数据(指令的处理对象)。原则上,每一个“细胞”都是可以存储两者之一的。

(2) 控制系统将以上计算机各部分联系起来。它的功能是从存储器和输入输出设备中读取指令和数据,对指令进行解码,并向ALU 交付符合指令要求的正确输入,告知ALU 对这些数据做哪些运算并将结果数据返回到何处。控制系统中一个重要组件就是一个用来保持跟踪当前指令所在地址的计数器。通常这个计数器随着指令的执行而累加,但有时如果指令指示进行跳转则不依此规则。

(3) 运算器,有时候也叫算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit, ALU)。可以被称作计算机的大脑,它可以做两类运算。第一类是算术运算,比如对两个数字进行加减法。算术运算部件的功能在ALU中是十分有限的,事实上,一些ALU 根本不支持电路级的乘法和除法运算,用户只能通过编程进行乘除法运算。第二类是比较运算,即给定两个数,ALU 对其进行比较以确定哪个更大一些。

(4) 输入输出设备是计算机从外部世界接收信息和向外部世界反馈运算结果的手段。对于一台标准的个人电脑,输入设备主要有键盘和鼠标,输出设备则是显示器、打印机以及其他可连接到计算机上的I/O 设备。

要完成某项工作,必须事先编好相应的程序,通过输入设备把程序和数据导入存储器中,计算机先从存储器中获取指令和数据,然后执行指令,存储数据,将结果通过输出设备输出,再获取下一条指令。这个过程被反复执行,直至得到一个终止指令。

注:
①计算机内部采用二进制表示指令和数据。

②指令是能够被计算机识别并执行的二进制代码,他规定看计算机能完成的某一种操作,比如加减乘除。指令一般由两部分组成:一部分是操作码,指出要完成的具体操作;另一部分是地址码,指出操作对象在存储单元的地址或下一条指令的地址。

③冯·诺依曼计算机采用的是串行处理,即任何时候只能进行一个操作。现代计算机多采用并行处理技术。

④冯·诺依曼被誉为“现代计算机之父”。

2 计算机软件系统

没有安装任何软件的计算机(纯硬件)称为裸机,裸机不能进行任何工作。

如果把硬件看成各种操作的物质基础,软件就是发挥其强大功能的灵魂。

2.1 系统软件

一般来说,系统软件包括操作系统、数据库管理系统、语言处理程序、服务型程序等。

2.1 操作系统

操作系统是计算机系统指挥调度中心,是一切软件最基本、最重要的软件。
典型的操作系统有DOS、Windows、Mac OS、Linux、Unix、Android、iOS等。

2.2 数据库管理系统

在数据处理系统中,需要处理大量的数据。
将相关的数据以一定组织方式储存起来就成了数据库(DataBase,DB)。
用户通过数据库管理系统来管理、操作数据库,包括建立数据库,编辑、修改、增删数据库以及对数据库中数据的检索、统计、排序、维护等。

常用的数据库管理系统有Access、FoxPro、SQL、Sybase、Oracle等。

2.3 语言处理程序

计算机能直接识别和执行的是机器语言,机器语言难记忆、难书写、难编程、可读性差还容易出错,已经很少使用了。

然后出现了汇编语言,汇编语言将机器语言符号化,汇编语言用形象、直观、便于记忆的字母、符号来代替数字编码的机器指令,汇编语言的语句与机器指令一一对应。
用汇编语言写好的程序称为汇编语言源程序,使用汇编程序汇编(翻译)后成了计算机能够识别的目标程序,就能够被计算机执行了。
同样,汇编语言存在着通用性差、可读性差的缺点,后来被高级语言代替了。

高级语言更接近与自然语言(英语)和数学语言,比自然语言单调,但是更严谨和富有逻辑性。
高级语言有很多,如流行的FORTRA,BASIC, C,C++,C#,Pascal,Python,lisp,Delphi,JAVA等

语言处理程序是将用程序设计语言编写的源程序转换成机器能识别的目标程序(机器语言),以便计算机能够运行。

2.4 服务型程序

服务型程序是为系统提供各种服务手段而设置的一组程序,其主要功能是完成对用户程序的装入、连接、编辑、差错和纠正已经硬件故障诊断工作等。

2.2 应用软件

应用软件是利为了解决各种实际问题或者为专门应用需求而设计开发的软件。
比如Office办公软件、财务管理软件、图像处理软件、游戏软件等。

下面有软件系统层次示意图:

裸机→操作系统→诊断、编译、汇编程序,数据库及数据管理程序→应用程序

(各层次的关系是:上层是下层的支撑,下层不必了解内层细节,只需按照约定使用内层提供的服务。)

3 微型计算机

按照CPU、内存、I/O接口和系统总线组成部分所在位置对计算机进行分类,将微型计算机分为以下几类:
单片机(各组成部件集成在一个超大规模集成电路芯片上);
单板机(各组成部件装配在一块印制电路板上);
多板机(各组成部件装配在多块印制电路板上)。

个人计算机是典型的多板机的示例。

微型计算机的硬件组成

一台典型的微型计算机由主机、显示器、键盘、鼠标组成。
在主机箱前面有电源开关、复位按钮、硬盘指示灯、光驱插口等。
主机箱背面有电源插座、并行口、串行口、PS-2接口、接口卡插口等
主机箱内有主板、CPU、内存、硬盘、光驱、各种接口卡(显卡、网卡、声卡等)、电源等。

计算机硬件系统组成中介绍过控制器、运算器、存储器、输入输出设备。

这里对应的,CPU是由运算器、控制器、高速缓存组成的,并集成在一个半导体芯片上;
存储器分为内存储器和外存储器和高速缓存存储器(内存又分为RAM和ROM,常用的外存储器有硬盘、光盘、U盘等);
鼠标、键盘、显示器属于输入输出设备(显卡是连接主机和显示器的接口电路)。

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