第二章:计算机的构成

复习

  1. 第一章:需要一台计算机,在研究其组成的方向上进行努力

TL;DR

  • 计算机由四大核心部分组成:输入设备、输出设备、存储器和运算器
  • 计算机内部采用二进制表示所有信息,包括数字、文字和指令等等
  • 冯·诺依曼体系结构是现代计算机的基础框架

正文

  在了解了计算机的诞生历史后,我们来探索它的构成。站在设计者的角度思考:如果要设计一台计算机,需要什么?

思考题

  假设你是一名工程师,需要设计一台能自动解决数学问题的机器。这台机器需要:1)接收问题 2)进行计算 3)输出结果。你会如何设计它的基本组成部分?

基本组成

  一台计算机需要具备以下基本功能:

  1. 输入功能:接收用户的数据和指令
  2. 存储功能:保存数据和中间计算结果
  3. 运算功能:进行各种数学和逻辑运算
  4. 输出功能:展示计算结果

  今天的计算机,这些部件分别是:

  • 输入设备:键盘、鼠标、扫描仪等
  • 存储器:内存、硬盘等
  • 运算器:中央处理器(CPU)
  • 输出设备:显示器、打印机等

  当然以前设备没有这么好,输入输出设备可能只是简单的灯泡,显像管等等。以后也许我们能看到全息影像,那个时候玻璃也许就可以成为输出设备了。

计算机体系结构

  这些组成部分怎样协同工作?冯·诺依曼提出了一个基本框架:

  1. 采用二进制表示数据和指令
  2. 将程序和数据统一存储
  3. 以运算器为中心
  4. 按照程序顺序执行指令

  这个框架被称为冯·诺依曼体系结构,至今仍是计算机设计的基础。

  其中的有很多东西不知道,比如二进制、程序、数据、运算器,不过不要紧,接下来的章节都会讲。

小结

知识点

  • 计算机的基本组成部分
  • 二进制表示方法
  • 冯·诺依曼体系结构
  • 数据存储和处理方式

参考资料

  1. Wikipedia(zh):冯·诺依曼体系结构:现代计算机的基本架构

思考题答案(仅供参考)

  一个基本的设计方案:需要输入装置(接收问题),中央处理单元(进行计算),存储单元(保存中间结果),以及输出装置(显示结果)。这恰好对应了现代计算机的基本组成。

协议

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设计师 | 南国微雪
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