计算机基本组成通俗讲解(1)
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在我看來(lái),學(xué)習(xí)java最重要是要理解what(這東西是什么),why(為什么要用它),where(在哪用它),how(怎么用)。
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一、什么是計(jì)算機(jī)
計(jì)算機(jī)對(duì)于大部分人來(lái)說(shuō),最直觀的認(rèn)識(shí)無(wú)非就是一臺(tái)電腦。那么一臺(tái)計(jì)算機(jī)是由什么組成的?從術(shù)語(yǔ)上來(lái)說(shuō),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由"硬件"和"軟件"兩大部分組成的。
計(jì)算機(jī)硬件(Computer hardware)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中由電子,機(jī)械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。通俗點(diǎn)從外觀上來(lái)看,由主機(jī)箱和外部設(shè)備組成。主機(jī)箱內(nèi)主要包括CPU、內(nèi)存、主板、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、各種擴(kuò)展卡、連接線、電源等;外部設(shè)備包括鼠標(biāo)、鍵盤等。
計(jì)算機(jī)軟件是看不見(jiàn)摸不著的,由人們事先編制好的具有各類特殊功能的程序組成。通常把這些程序存放在計(jì)算機(jī)的主存或輔存里面。軟件又分為兩大類:系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件又稱為系統(tǒng)程序,主要是用來(lái)管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),監(jiān)控服務(wù),使系統(tǒng)資源得到合理調(diào)度,高效運(yùn)行,最具有代表性的就是操作系統(tǒng)。應(yīng)用軟件是根據(jù)用戶根據(jù)任務(wù)需要所編制的各種程序,比如微信,QQ,釘釘?shù)取?/p>
二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次是什么,是怎樣將軟件結(jié)合硬件跑起來(lái)的?早期的計(jì)算機(jī)只有機(jī)器語(yǔ)言(0、1代碼表示的語(yǔ)言),開(kāi)發(fā)者難度極大,并容易出錯(cuò),但用戶編寫的機(jī)器語(yǔ)言程序可以直接在機(jī)器上面執(zhí)行。直接執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言的機(jī)器稱為實(shí)際機(jī)器M1。
20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了匯編語(yǔ)言,使用符號(hào)ADD,SUB,MUL,DIV等分別表示加減乘除等操作,是程序員不用使用復(fù)雜的二進(jìn)制代碼來(lái)編寫程序。但機(jī)器只能識(shí)別機(jī)器語(yǔ)言,并不會(huì)識(shí)別匯編語(yǔ)言,那怎么辦呢?所以就出現(xiàn)了帶有能將匯編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的功能的機(jī)器,即M2。M2并不是一臺(tái)實(shí)際機(jī)器,它只是人們感到存在的一臺(tái)具有翻譯功能的機(jī)器,稱為虛擬機(jī)。
接下來(lái)又出現(xiàn)了更高級(jí)的語(yǔ)言,如C、BASIC、PASCAL等,這類高級(jí)語(yǔ)言對(duì)問(wèn)題的描述十分接近人們的習(xí)慣,并且還具有較強(qiáng)的通用性。當(dāng)然,機(jī)器M1本身是不能識(shí)別高級(jí)語(yǔ)言的,因此在進(jìn)入機(jī)器M1之前,必須先將高級(jí)語(yǔ)言程序翻譯成匯編語(yǔ)言,再將其翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序。實(shí)際上在實(shí)際機(jī)器M1和虛擬機(jī)器M2之間還有一級(jí)虛擬機(jī)器,它是操作系統(tǒng)軟件構(gòu)成的。整個(gè)層次架構(gòu)如下圖所示。
從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)來(lái)看,可以將硬件研究的主要對(duì)象歸結(jié)為傳統(tǒng)機(jī)器M1和微程序M0。軟件的研究對(duì)象主要是操作系統(tǒng)級(jí)以上的各級(jí)虛擬機(jī)。軟件和硬件交界界面的劃分并不是一成不變的,隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展,一部分軟件功能將由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn),例如目前的操作系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了部分固化。
三、計(jì)算機(jī)的基本組成
上面大概描述了計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu),那么具體的計(jì)算機(jī)里面由什么組成的?計(jì)算機(jī)主要由兩大類,馮·諾伊曼計(jì)算機(jī)以及現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)。無(wú)論是哪兩種計(jì)算機(jī),都是由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成。馮·諾伊曼計(jì)算機(jī)是以運(yùn)算器為中心,如圖3.1所示?,F(xiàn)代計(jì)算機(jī)是以存儲(chǔ)器為中心,如圖3.2所示。
圖3.1
圖3.2
圖中各部件的功能如下:
(1)運(yùn)算器用來(lái)完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算,并將運(yùn)算的中間結(jié)果暫存于運(yùn)算器內(nèi)。
(2)存儲(chǔ)器用來(lái)存放數(shù)據(jù)和程序
(3)控制器用來(lái)控制、指揮程序和數(shù)據(jù)的輸入、運(yùn)行以及處理運(yùn)算結(jié)果。
(4)輸入設(shè)備用來(lái)將人們熟悉的信息形式轉(zhuǎn)換為機(jī)器能識(shí)別的信息形式,常見(jiàn)的有鍵盤、鼠標(biāo)等。
(5)輸出設(shè)備用來(lái)將人們熟悉的信息形式轉(zhuǎn)換為人們熟悉的信息形式,如打印機(jī)輸出、顯示器輸出等。
計(jì)算機(jī)的五大部件在控制器的統(tǒng)一指揮下,有條不紊地自動(dòng)工作。由于運(yùn)算器和控制器在邏輯關(guān)系和電路結(jié)構(gòu)上聯(lián)系十分緊密,尤其在大規(guī)模集成電路制作工藝出現(xiàn)后,這兩個(gè)部件往往集成在同一芯片上,因此通常將它們合起來(lái)統(tǒng)稱為中央處理器(CPU)。把輸入設(shè)備與輸出設(shè)備簡(jiǎn)稱為I/O設(shè)備。
因此,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)可認(rèn)為由三大部分組成:CPU、I/O設(shè)備以及主存儲(chǔ)器。CPU與主存儲(chǔ)器合起來(lái)又稱為主機(jī)。
參考:計(jì)算機(jī)組成原理(唐朔飛)
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總結(jié)
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