计算机组成原理-概述
2020-05-16
计算机起源可以参考 -- 《计算机与人脑》- 是美国科学家约翰·冯·诺依曼创作的电子计算机学著作，1958年首次出版。
可以参考计算机与人脑
什么是计算机？
计算机分类：
计算机的分类很多，一般可以从下面几个方面来划分：
1．从计算机规模来分：有巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机(Personal Computer)。
2．从信息表现形式和被处理的信息来分：有数字计算机（数字量、离散的）、模拟计算机（模拟量、连续的）、数字模拟混合计算机。
3．按照用途分来：分为通用计算机、专用计算机。
4．按采用操作系统来分：分为单用户机系统、多用户机系统、网络系统和实时计算机系统。
5．从字长来分：有4位、8位、16位、32位、64位计算机。
6. 按厂家分：有原装机、兼容机。
7. 按CPU分：有386、486、586、PⅡ、PⅢ、PⅣ。
8. 按主机形式分：有台式机、便携机、笔记本式机、手掌式机。
我们平时使用的都是微型机。
计算机简介：
美籍匈牙利科学家冯·诺依曼，对计算机的发展做出了巨大贡献，他提出了“程序存储、程序控制”的设计思想，同时指出计算机的构成包括如下几个方面：
（1）由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机系统，并规定了五大部件的基本功能。
（2）计算机内部应采用二进制表示数据和指令。
（3）程序存储、程序控制（将程序事先存入主存储器中，计算机在工作时能在不需要操作人员干预的情况下，自动逐条取出指令并加以执行）。
运算器主要是CPU、GPU等
控制器主要是CPU
存储器又分为临时性存储（断电数据就会消失）、永久性存储（即使断电数据也不会消失）
典型的临时性存储介质主要是：内存等
典型的永久性存储介质主要是：SSD、磁盘，光盘、磁带等
输入设备主要是键盘、鼠标等
输出设备主要是屏幕等。
计算机系统的组成如下图所示：
一个完整的计算机系统由计算机硬件系统及软件系统两大部分构成。
（1）计算机硬件：是计算机系统中由电子、机械和光电元件组成的各种计算机部件和设备的总称，是计算机完成各项工作的物质基础。是指计算机系统中的实际装置，是构成计算机的看得见、摸得着的物理部件。它是计算机的“躯壳”。
（2）计算机软件：是指计算机所需的各种程序及有关资料。它是计算机的“灵魂”。
硬件
计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。
1、主机：相当于人的头脑和心脏，是计算机的重要部件。它里面藏着各种各样重要的电路板，没有了它，电脑就了无生机了。
2、中央处理器（CPU）：控制器+运算器，是计算机的核心。
CPU的性能基本决定了计算机的性能，CPU是整个电脑系统的核心。
CPU的主要性能指标有：
（1）主频：即CPU的时钟频率。
（2）时钟频率：即CPU的外部时钟频率。
（3）内部缓存：即封闭在CPU芯片内部的高速缓存。
（4）外部缓存：即CPU外部的高速缓存。
（5）MMX技术：是“多媒体扩展指令集”的缩写。
（6）制造工艺。
3、存储器：可分为内存储器、外存储器、高速缓冲存储器
（1）内存储器（主存、内存）：用于存放计算机当前工作中正在运行的程序、数据等，分为随机存取存储器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read-Only Memory）两种。
①随机存储器（RAM）：可由用户更改信息，断电后信息消失。
②只读存储器（ROM）：信息由厂家确定，一般用来存放自检程序、配置信息等。通常只能读出而不能写入，断电后信息不会丢失。
（2）外存储器（外存）：用来存储大量暂时不参加运算或处理的数据和程序，是主存的后备和补充。
①硬盘：安装在主机箱内，容量有40GB、80 GB、120 GB。
②软盘：封装在塑料保护套中，3.5英寸软盘容量为1.44MB，双面高密度。
③光盘：信息读取要借助于光驱，其容量为650MB。
④USB优盘：是利用闪存在断电后还能保持存储的数据不丢失的特点而制成的，特点是重量轻、体积小。
⑤USB移动硬盘：可以通过USB接口即插即用，特点是体积小、重量轻、容量大、存取速度快。
⑥DVD光盘：存储密度高，存储容量大，容量一般为4.7GB
（3）高速缓冲存储器（Cache Memory）：是内存与CPU交换数据的缓冲区，是为解决内存与CPU速度不匹配的问题而设计的一种存储设备。
▲内存和外存的比较：
内存：存储信息速度快，断电后存储内容全部丢失。
外存：存储信息不受断电的影响，存取速度相对于内存慢得多了。
▲硬盘和软盘
它将圆形的磁性盘片装在一个方的密封盒子里，这样做的目的是为了防止磁盘表面划伤，导致数据丢失。
硬盘的容量比较大，也就是说它能记录的信息比较多，而且一般都装在机箱里面。
软盘的容量就相对比较小了，一般放在机箱外面。
计算机上有个特殊的地方叫做软盘驱动器，要用软盘的时候就把它放进这个地方，不用的时候可以很方便地拿出来带走。打个比方说，计算机像一个工厂，硬盘就是仓库，可以放很多东西，但是仓库是不能随便搬走的；软盘呢，就是卡车，装的东西虽然不多，但是搬运起来很方便。
硬盘在机箱里负责储存数据，而软盘用来搬运数据，硬盘的容量大，软盘的容量小，这就是它们的区别，另外硬盘的存取速度比软盘快得多。
▲光盘
因为软盘的容量太小，所以用得越来越少了，近几年用得比较多的是光盘。平时我们用的音乐CD、VCD影碟都是光盘，电脑上用的软件光盘和它们外表看起来是一样的，而且CD和VCD都可以在电脑上使用。
▲存取速度
存取速度，就是我们向磁盘储存数据和从磁盘上得到数据的快慢，这个速度越快，我们等待的时间就越少。
CPU > Cache > RAM > ROM > 硬盘 > 光盘 > 软盘
▲存储容量
硬盘：40GB、80GB、120GB…
软盘：1.44MB
光盘：650MB
▲存储单位
（1）位（bit）：表示一位二进制信息，可存放一个0或1。位是计算机中存储信息的最小单位。
（2）字节（Byte）：是计算机中存储器的一个存储单元，由8个二进制位组成。字节（B）是存储容量的基本单位，常用的单位有：
KB 1KB=1024B=2^10B
MB 1MB=1024KB=1024*1024B=2^20B
GB 1GB=1024MB=1024*1024KB=1024*1024*1024B=2^30B
TB 1TB=1024GB=1024*1024MB=1024*1024*1024KB=1024*1024*1024*1024B=2^40B
▲读和写：
取出磁盘中的信息叫做“读”；向磁盘中放入数据称为“写”。
其实当我们听录音带时，是在读出磁带上的信息，而用磁带录音乐的时候，就是在往磁带里写入信息，磁盘和磁带的存储原理差不多，所以磁盘上的信息也可以很方便地改写。
而光盘的存储原理比较特殊，里面存储的信息不能被轻易地改变。也就是说我们常见的光盘生产出来的时候是什么样，就一直是那样了那我们有没有办法把自己写的文章存在光盘上呢？
有一种特殊的光盘CD-R是可以写的，但需要使用“光盘刻录机”才能把文章写到CD-R光盘上。
在外部存储器中，只有硬盘是装在机箱里面的，而且是最常用的，我们平时使用电脑主要是与硬盘上的各种信息打交道。我们可以运行的各种程序都在硬盘上，比如记事本，还有用记事本写的文章等等，它们都是以文件的形式保存在硬盘上的。
4、输入设备：把原始数据和处理这些数据的程序通过输入接口输入到计算机的存储器中。
常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、写字板、数字化仪、条形码阅读器、数码相机、模—数（A/D）转换器等。
从读取数据的角度看，当从磁盘、光盘、电子盘或磁带读取文件时，它们是输入设备，
例：鼠标：像老鼠，一般有两个按键，我们叫左键和右键。别看它小，它可以带领我走遍计算机世界，可谓是“无鼠寸步难行”。
5、输出设备：输出计算机的处理结果。
常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响、喇叭等（嘴巴）
从保存数据的角度看，当向磁盘、光盘、电子盘或磁带保存文件时，它们是输出设备。
例：显示器：像电视，显示计算机的各种信息。
打印机：主要用于打印数据、文字、图形等。可分为单色和彩色打印机，针式、激光和喷墨打印机。
计算机的简单工作流程：
最简单的就是在txt文件里面打字，需要软硬件配合。
