1.2 計算機系統層次之硬件篇(上)

上節課,我們以計算機硬件和軟件爲基礎講解了計算機的發展歷程,本節課我們仍舊以這兩個方面入手,講解計算機系統的具體組成。

一個完整的計算機系統是由硬件系統和軟件系統組成。硬件系統是指有形的物理設備,是計算機系統中物理裝置的總稱,像我們經常使用的顯示器、鍵盤、鼠標都屬於硬件設備。而軟件是指在硬件上運行的程序和相關的數據及文檔,電腦中常用的優酷、QQ、搜狗輸入法都屬於軟件的範疇。

軟件和硬件相輔相成,計算機系統性能的優劣,其主導因素是軟件的運行效率,但是軟件的質量又依賴於硬件的支撐。因此,在計算機的構成上,要根據實際情況的需要,充分考慮硬件效率高和軟件靈活性好的特性,從而提升計算機系統整體的性價比。

考慮到篇幅限制,這節課的重點講解計算機硬件組成。

1.2.1現代計算機的雛形——馮諾依曼機

1945年6月,馮·諾依曼在研究“EDVAC”機時提出了“存儲程序”,這一概念奠定了現代計算機的結構,人們爲了紀念他,把這類計算機統稱爲“馮·諾依曼機”。作爲“馮·諾依曼機”有幾個典型的特點:

(1)計算機硬件系統由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備5大部件組成。

(2)計算機的指令和數據使用二進制代碼表達。

(3)指令由操作碼和地址碼組成,操作碼用來表示操作的性質,地址碼用來表示操作數在存儲器中的位置。

(4)早期的馮·諾依曼機以運算器爲中心,輸入/輸出設備通過運算器與存儲器傳送數據。

存儲程序:將指令以代碼的形式實現輸入到計算機主存儲器中,然後按其在存儲器中的首地址執行程序的第一條指令,以後就按照該程序的規定順序執行其它指令,直至程序執行結束。

1.2.2現代計算機的演變

上節課我們也提到了,在發展歷程中,集成電路技術的進步,使得計算機運行速度大大提升,同時也擴展了計算機的應用範圍。但隨着計算機的發展,其需要處理和加工的信息也與日俱增。那麼,早起的馮·諾依曼機自然不能滿足計算機發展的要求。故而現代計算機發展爲以存儲器爲中心,以提高系統的整體運行效率。但是現代計算機仍以“存儲程序”設計思想爲基準。

1.2.3計算機功能部件(本節課的重點來了!)

(1)輸入設備/輸出設備

     這個部件還是比較好理解的,生活中鼠標、鍵盤屬於輸入設備;而打印機和顯示器就是典型的輸出設備。它們可以把人類的意識轉化爲計算機可執行的語言,同時又能把計算機的數據輸出爲我們所需要的文檔。

(2)存儲器

     存儲器是電腦的核心,專門用來存儲程序和數據。

(3)運算器

     運算器是計算機的執行總裁,在這之中,存在着累加器、乘商寄存器等計算寄存器。

(4)控制器

      控制器則是指揮中心,由他指揮調度程序各部件進行工作。

對於功能部件,要對分享的概念非常明確,爲了方便大家理解,可以按照下圖來進行記憶。


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