计算机组成原理知识总结（一）计算机概论

计算机概论

• 1.1 计算机的分类
• 1.2 计算机发展史
• 1.3 计算机硬件
• • 1.3.1 硬件组成要素
  • 1.3.2 运算器
  • 1.3.3 存储器
  • 1.3.4 控制器
  • 1.3.5 适配器与输入/输出设备
• 1.4 计算机的软件
• • 1.4.1 软件的组成与分类
  • 1.4.2 软件的发展演变
• 1.5 计算机系统的层次结构
• • 1.5.1 多级组成的计算机系统
  • 1.5.2 软件与硬件的逻辑等价性
• 总结

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1.1 计算机的分类

计算机可分为两大类：电子模拟计算机和电子数字计算机。

电子模拟计算机比不上电子数字计算机，所以现在的计算机一般指电子数字计算机，而在电子数字计算机中又进行了详细的划分。电子数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，专用的普世性差，但是效率高。通用计算机又分为下图6类，多核机、单片机、PC机、服务器、大型机和超级计算机。

1.2 计算机发展史

略

1.3 计算机硬件

1.3.1 硬件组成要素

存储器、运算器、控制器和适配器

1.3.2 运算器

主要功能为进行加减乘除等算术运算，也可以进行逻辑运算。通常被称为ALU（算术逻辑运算部件）。

1.3.3 存储器

主要功能为保存或者记忆运算数据和步骤，存储器由许多存储单元组成。

1.3.4 控制器

是计算机中用来发号施令的设备，它将放在存储器的指令拿出来加以分析执行。

1. 计算程序
   运算器只能进行一些加减乘除的运算，对于稍微复杂的运算，需要一步步进行拆解，拆解为基础的运算，这个基础的操作就叫做指令，一串指令序列就是计算程序了

2. 指令的形式
   指令由操作码和地址码组成，这样就可以告诉控制器，从存储器中的哪个地址中取出数字，再进行什么样的操作。
   

也可以将一些操作进行数码化，这样就可以将指令一起放进存储器中，将解题的程序存放到存储器中成为存储程序，控制器依据存储程序来控制全机协调完成的计算任务叫做程序控制。

指令和数据放在同一个存储器，称为冯.诺伊曼结构；分开放叫做哈佛结构，基本指令又构成了指令系统。

3. 控制器的基本任务

就是按照计算程序所排的指令序列，先从存储器取出一条指令放到控制器中，对该指令的操作码由译码器进行分析判别，然后根据指令性质，执行这条指令，进行相应的操作。接着取出第二条，再执行，依此类推。

取出指令的一段时间叫做取指周期，执行指令的一段时间叫做执行周期。在计算中系统中，运算器和控制器通常组合在一个集成电路芯片中，合称为中央处理器（中央处理机），简称处理器，英文缩写CPU。

4. 指令流和数据流
   “位”（bit）是数字计算机的最小信息单位。当CPU从存储器送去或者取出信息的时候，会用B（字节）和W（字）等较大的信息单位来工作。一个“字节”由8位二进制信息组成，而一个“字”至少有一个以上的字节组成。组成一个字的二进制位数叫做字长。就是32位或者64位。
   如果某字代表数据，那就是数据字，如果是一条指令，那就是指令字。在取指周期中从内存独处的信息流是指令流，会流向控制器，是数据流就从内存流向运算器。

1.3.5 适配器与输入/输出设备

能让人们用文字或语言表达的问题直接送入计算机内部，作用就是将人们所熟悉的信息转换为计算机可以识别的二进制信息。比如键鼠套装，外围设备。

除了上述的各个部件，计算机系统中还需要有总线。系统总线是构成计算机系统的骨架，它可以将各系统部件之间实现传递地址、数据和控制信息的操作。

1.4 计算机的软件

1.4.1 软件的组成与分类

上述所说都是硬件，想让计算机运行还需要有软件，软件分为两大类：系统程序和应用程序

• 系统程序用来简化程序设计，包含四类：1、各种服务性程序；2、语言程序；3操作系统；4、数据库管理系统。
• 应用程序就是用户利用计算机解决某些问题而编制的程序。

1.4.2 软件的发展演变

手边程序（目的程序）直接用机器指令代码
汇编语言，将指令用一些约定的数字、符号和文本代替。给机器翻译汇编语言的程序叫做汇编器。
算法语言，更加直观的程序规则言语。

后来又发展出操作系统、数据库管理系统等等，都是方便人们使用。

1.5 计算机系统的层次结构

1.5.1 多级组成的计算机系统

第1级是微程序设计级或逻辑电路级。
第2级是一般机器级，也称为机器语言级。
第3级是操作系统级，由操作系统程序实现。
第4级汇编语言级，程序人员可以进行操作了。
第5级高级语言级，面向用户。

1.5.2 软件与硬件的逻辑等价性

现在的一些硬件自带软件，成为固件，软硬件的界限模糊。

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总结

电子计算机的构成