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一、计算机的发展历程
计算机系统 = 硬件 + 软件
1.1 硬件的发展
1.2 软件的发展
计算机语言的发展经历了面向机器的机器语言和汇编语言、面向问题的高级语言。其中高级语言的发展真正促进了软件的发展,它经历了从科学计算和工程计算的 FORTRAN、结构化程序设计的 PASCAL到面向对象的C++和适应网络环境的Java。
同时,直接影响计算机系统性能提升的各种系统软件也有了长足的发展,特别是操作系统,如 Windows、UNIX、 Linux等。
计算机软件,一般分为系统软件和应用软件
- 系统软件包括:操作系统,数据库管理系统,语言处理系统(比如编译器),分布式软件系统,网络软件系统,标准库系统,服务性系统(比如连接程序)。
- 应用软件包括:各种科学计算类程序,工程设计类程序,数据统计与处理程序。
注意:数据库管理系统和数据库系统是有区别的。数据库管理系统是系统软件。而数据库系统一般是由数据库,数据库管理系统,数据库管理员和应用系统构成。所以只能说它里面有系统软件,但并不能说它为系统软件。
二、计算机系统的层次结构
2.1 计算机硬件的组成结构
2.1.1 早期的冯●诺依曼结构
美籍匈牙利科学家冯·诺依曼最先提出“存储程序”的思想,并成功将其运用在计算机的设计之中,根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机。由于他对现代计算机技术的突出贡献,因此冯·诺依曼又被称为“现代计算机之父”。
“存储程序”的概念是指将指令以二进制代码的形式事先输入计算机的主存储器,然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令,以后就按该程序的规定顺序执行其他指令,直至程序执行结束。即,按地址访问并顺序执行指令
冯●诺依曼体系结构具有以下特点:
- 计算机硬件系统由五大部件组成(存储器、运算器、控制器、输出设备、输入设备)
- 指令和数据以同等地位存于存储器,可按地址寻访
- 指令和数据用二进制表示
- 指令由操作码和地址码组成
- 存储程序
- 以运算器为中心
在计算机系统中,软件和硬件在逻辑上是等效的。(即,对于同一个功能,我们既可以用软件来实现,也可以用硬件来实现,只不过用软件实现的成本较低,效率也较低,硬件与之相反。比如:对于乘法运算,可以设计一个专门的硬件电路来实现,也可以用软件的方式,执行多次加法运算来实现。)
2.1.2 现代的计算机结构
在早期的以运算器为中心的冯●诺依曼体系结构中,当输入、输出设备进行输入输出数据时都需要经过运算器的中转,而运算器本身还要进行运算的操作,这会降低计算机的效率,于是,现代计算机针对此做了改进。
现代计算机以存储器为中心。
2.2 认识硬件结构中的各个部件
2.2.1 主存储器
存储器可分为:
- 主存储器:又称内存储器,CPU能直接访问
- 辅存储器:又称外存储器,协助主存储器记忆更多的信息,辅助存储器的信息需要导入到主存储器中,才可以被CPU访问
主存储器又可分为以下三个部分:
- 地址寄存器(MAR):访存地址,经过地址译码后找到所选的存储单元
- 数据寄存器(MDR):存储器与其他部件的中介,用于暂存要从存储器读或写的信息
- 存储体:存储数据
2.2.2 运算器
2.2.3 控制器
除了以上三个重要的部件外,还有以下两个设备:
输入设备,是指将外部信息以计算机能读懂的方式输入进来,如键盘,鼠标等
输出设备,就是将计算机处理的信息以人所能接受的方式输出出来,比如显示屏,打印机。
一般将运算器和控制器集成到同一个芯片上,称为中央处理器(CPU)。CPU和主存储器共同构成主机,而除主机外的其他硬件装置(外存、I/O设备等)统称为外部设备,简称外设。
注意:虽然 MAR 和 MDR 属于主存中的内容,但现在绝大多数计算机都将 MAR 和 MDR 集成到了 CPU 中。
2.3 计算机的工作过程
① PC -> 0
② PC -> 1
③ PC -> 2
④ PC -> 3
⑤ PC -> 4
总结:
2.4 计算机系统的多级层次结构
小结(梳理一下本小节的知识点叭!!!):
三、计算机的性能指标
小结(梳理一下本小节的知识点叭!!!):