01.20 計算機的基本組成

計算機的發展歷史

嚴格來講計算機從誕生到現在經歷了很多階段,已經發展成為一種自動地、高速地、精確地進行信息處理的電子設備,也是20世紀的重大發明之一。

計算機的基本組成

計算機的發展包括了硬件和軟件的發展,硬件的發展為計算機提供了更快的處理速度,而軟件的發展為用戶提供了更好的體驗。兩者相輔相成,密不可分。

  • 第一階段: 60年代中期以前,是計算機系統發展的早期時代。在這個時期通用硬件已經相當普遍,軟件卻是為每個具體應用而專門編寫的,大多數人認為軟件開發是無需預先計劃的事情。這時的軟件實際上就是規模較小的程序,程序的編寫者和使用者往往是同一個(或同一組)人;
  • 第二階段:從60年代中期到70年代中期,是計算機系統發展的第二代。在這10年中計算機技術有了很大進步。多道程序、多用戶系統引入了人機交互的新概念,開創了計算機應用的新境界,使硬件和軟件的配合上了一個新的層次;
  • 第三階段:計算機系統發展的第三代從20世紀70年代中期開始,並且跨越了整整10年。在這10年中計算機技術又有了很大進步。分佈式系統極大地增加亍計算機系統的複雜性,局域網、廣域網、寬帶數字通信以及對“即時”數據訪問需求的增加,都對軟件開發者提出了更高的要求;
  • 第四階段:在計算機系統發展的第四代已經不再看重單臺計算機和程序,人們感受到的是硬件和軟件的綜合效果。由複雜操作系統控制的強大的桌面機及局域網和廣域網,與先進的應用軟件相配合,已經成為當前的主流。計算機體系結構已迅速地從集中的主機環境轉變成分佈的客戶機/服務器。


馮·諾依曼計算機模型

雖然計算機的發展迅速,但整體設計上還是符合馮·諾依曼的組織結構,那麼什麼是馮·諾依曼計算機模型。

根據馮·諾依曼體系結構構成的計算機,必須具有如下功能,先從內存中取出第一條指令,通過控制器的譯碼,按指令的要求,從存儲器中取出數據進行指定的運算和邏輯操作,然後再按地址把結果送到內存中去。接下來再取出第二條指令,在控制器的指揮下完成規定操作。我們來一張圖更直觀的解釋:

計算機的基本組成

從圖中可以看出馮·諾依曼體系結構計算機由五大部分組成:

  1. 控制器:

是整個計算機的中樞神經,其功能是對程序規定的控制信息進行解釋,根據其要求進行控制,調度程序、數據、地址、協調計算機各部分工作及內存與外設的訪問等。

  1. 運算器:

運算器是計算機中對信息進行加工、運算的部件,它的速度決定了計算機的運算速度。運算器的功能是對二進制編碼進行算術運算(加、減、乘、除)和邏輯運算(與、或、非、比較、移位)。通常情況下是把運算器和控制器合在一起,做在一塊半導體集成電路中,稱為中央處理器,簡稱CPU。

  1. 存儲器:

其功能是存儲程序、數據和各種信號、命令等信息,並在需要時提供這些信息。

  1. 輸入設備:

輸入設備和輸出設備統稱為外部設備,簡稱外設。輸入設備的作用是將程序、原始數據、文字、字符、控制命令或現場採集的數據等信息輸入到計算機。常見的輸入設備有鍵盤、鼠標、觸摸屏等。

  1. 輸出設備:

輸出設備與輸入設備同樣是計算機的重要組成部分,它把計算機的中間結果或最後結果、機內的各種數據符號及文字或各種控制信號等信息輸出出來。微機常用的輸出設備有顯示終端LCD、音響等。


哈佛計算機模型

哈佛結構就是將程序的邏輯代碼和變量分開存放的一種結構,而他們存放的位置可以是形同的也可以是不同的,總是隻要是分成兩個部分單獨訪問的結構都可以叫哈佛結構。(例如:51的程序的邏輯代碼段放在ROM中,而變量部分則放在ROM中;而ARM的邏輯代碼和變量都是存放在RAM(內存)中的,但是,它在內存中劃分了兩部分的空間,其中一部分放邏輯代碼,另一部分方變量。之間不會相互干擾)哈佛結構的優點就是邏輯代碼和變量單獨存放,使之不會相互干擾,進而當程序出BUG的時候,最多隻會修改變量的值,而不會修改程序的執行順序(邏輯關係)。因此,這種結構大量應用在嵌入式編程當中。


計算機系統的構成

計算機是一個系統的集合,由硬件和軟件兩部分構成,只有硬件的計算機只能算裸機,硬件是筋骨,軟件是靈魂。計算機的構成可以概括如下:

計算機的基本組成

硬件包括CPU,存儲器,各種外設等,我們先來解釋下CPU是什麼?

CPU是一塊超大規模的集成電路,是一臺計算機的運算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。主要包括運算器和高速緩衝存儲器及實現它們之間聯繫的數據、控制及狀態的總線。它與內部存儲器和輸入/輸出設備合稱為電子計算機三大核心部件。

計算機的基本組成

軟件包括系統軟件和應用軟件,系統軟件是指控制和協調計算機及外部設備,支持應用軟件開發和運行的系統,是無需用戶干預的各種程序的集合,主要功能是調度,監控和維護計算機系統,即操作系統,比如 Linux, Android 等。

應用軟件是和系統軟件相對應的,一般指用於實現某種用途或特定行業需求的軟件,也就是我們常說的APP。


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