第三章：计算机系统与硬件组成

计算机系统由硬件和软件组成。本思维导图大学计算机基础学习与考试的重要知识范围，学会利用思维导图与自己的课本知识相结合可以大大提高自己的复习效率，赶快收藏学起来吧！

计算机系统与硬件组成

• 计算机的结构
  • 图灵机
    • 图灵：人工智能之父
      • 建立图灵机理论模型
      • 图灵测试
    • 图灵机模型
      • 只有图灵机能解决的计算问题，实际计算机才能解决
      • 一种抽象的计算模型
      • 构成
        • 一条无限长的纸带
        • 读/写头
        • 控制器（包括控制规则表）
      • 机器要执行何种操作都由程序决定
    • 思想模型
      • 1 0的变换
      • 将程序和数据同等看待
      • 储存程序 和 程序控制
  • 冯诺依曼机
    • EDVAC 第二台电子计算机
    • 核心思想
      • 采用二进制表示数据和程序
      • 指令 和 数据 以同等地位存储在同一个存储器中，并按地址（不是 存储器！）访问、以顺序方式执行
      • 运算器/算数逻辑单元（中心）{目前计算机以存储器为中心}、控制器、存储器、输入设备、输出设备
    • 本征属性：两个一维性
  • 计算机组成（冯体系）
    • 存储器
      • 中的信息可以是指令，也可以是数据，靠cpu执行程序的过程来判别
        • 内存
          • 容量小，存取速度快，可cpu直接访问
        • 外存
          • 容量大，存取速度慢，不能直接与cpu打交道
    • 运算器（算数逻辑单元）
    • 控制器
    • 输出设备
    • 输出设备
• 计算机系统
  • 硬件程序
    • 主机
      • 中央处理器（cpu）
        • 运算器
        • 控制器
      • 内部存储器
        • 8位/1字节
        • 存储容量：存储器中包含的字节总数，按地址存储
        • 随机存取存储器（RAM）
        • 只读存储器（ROM）
    • 外部设备
      • 输入
        • 键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏、话筒、数字化仪、光笔、语音识别系统、数码相机
      • 输出
        • 显示器、打印机、绘图仪、音箱、磁盘驱动器
      • 外存
        • 外存不能同CPU直接打交道，但可与内存交换信息，外存中的数据必须先读到内存中，才能进行处理
  • 软件程序
    • 系统软件
      • 操作系统（核心）
        • Windows、Linux、UNIX、DOS、Mac OS
      • 程序设计语言
        • 机器语言
          • 直接理解
        • 汇编语言
          • 需要 编译程序 翻译成机器语言后才能执行
        • 高级语言
          • 通用性，可在不同的计算机系统上运行
      • 系统支持及服务程序
    • 应用软件
      • 通用
        • 办公软件包
        • 数据库管理系统
        • 计算机辅助分析与设计软件
        • 图像与图形处理软件
      • 专用
• 计算机的基本工作原理
  • 指令与指令系统
    • 指令：操作码+地址码（操作码和地址码的总位数为指令的字长）
    • 程序：指令按一定 顺序 组合而成
  • 执行过程
  • 并行处理技术
    • 流水线技术
      • 分解 重叠 实现并行处理，以加速运行
      • 并没有加速单条指令的执行，每条指令的操作步骤一个也不能少
      • 通过增加硬件来实现
    • 多核技术
      • 将任务分解为进程和线程
      • 程序运行的最小调度单位为线程，每个线程是CPU 的分配单位
  • 常用数据单位
    • 位
      • 表示信息的最小单位b
    • 字节
      • 计算机中存储信息的基本单位B 1B=8b
      • 计算器是以字节计算存储容量，存储器的容量是指存储器中所包含的字节总数
    • 字
      • 计算机进行数据处理的运算的单位，即cpu在单位时间内能一次处理的二进制数据的位数，组成字的二进制位数称为字长
      • 字长越长，
• 微型计算机
  • 1971 第一个微处理器芯片Intel
  • 主板
    • 微机通过 主板 把cpu和其他硬件连接成一个完整的系统
    • 组成
      • 芯片
        • 芯片组
          • 芯片组是系统主板的核心，决定了主板的结构和cpu的使用
          • 现在微机上的芯片组由平台控制器芯片（PCH）
          • DMI总线采用点对点的连接方式，是一种串行总线
        • BIOS芯片
        • COMS芯片
          • 主板上的一块可读写的RAM芯片，关机掉电信息都不会丢失
      • 插槽
        • cpu插座用于连接cpu和主板
        • 主板上的内存插槽用于插入内存条
        • 板载功能：声卡、网卡、IEEE 1394卡
      • 接口
  • cpu（中央处理器/微处理器）
    • 可以决定计算机的性能，甚至能决定能够选用的操作系统和应用软件
    • 性能指标
      • 主频/睿频/QPI带宽
      • 字长：cpu一次能处理的二进制数据的位数
      • 高速缓冲存储器容量
      • 制造工艺
    • cpu产品
      • Intel
      • AMD
      • 2002“龙芯1号”
  • 存储器
    • 主存储器/内存储器
      • 只读存储器，ROM
        • 只能读出，不能修改写入
        • 断电不丢失
        • 由产家一次性写入
      • 随机存取存储器，RAM
        • 断电丢失
        • 性能指标
          • 存储容量
          • 存取速度
    • 高速缓冲存储器，Cache
      • 匹配cpu和内存的速度
    • 辅助存储器，外存
      • 断电不丢
      • 硬盘
      • 光盘
        • 激光原理，读取需要光盘驱动器
          • 只读
            • CD-ROM
          • 一次写入
            • CD-R
          • 可擦写
            • CD-RW
      • 移动存储设备
        • U盘
          • usb接口
          • 存储介质：闪速存储器
        • 移动硬盘
          • USB IEEE1394接口
  • 输入输出设备
  • 总线与接口
    • 总线
      • 分类
        • 按数据传输方式
          • 串行
          • 并行:短距离，低总线频率
        • 按连接部件
          • 系统总线
            • 数据总线DB：双向，传送数据信息
            • 地址总线：AB，传送地址码
            • 控制总线：CB，控制信号
          • 外部
          • 内部
      • 参数
        • 带宽
          • 一定时间内可传送的数据量
        • 位宽
          • 总线能同时传送二进制的数据位数
        • 工作频率
    • 接口
  • 主要性能指标
    • 运算速度
    • 字长
      • 字：cpu在单位时间内一次处理的一组二进制数
      • 字长：这组二进制数的位数
    • 内存容量
    • 外部设备的配置及拓展能力