1.4计算机系统

这是一篇关于1.4计算机系统的思维导图，包括：计算机的工作原理、计算机硬件系统、计算机的软件系统。

1.4计算机系统

• 计算机的工作原理
  • 指令和指令系统
    • 指示计算机执行某种操作的命令（由一串二进制数码表示）
    • 包括操作码和地址码两部分
      • 操作码规定操作的类型
      • 地址码规定要操作的数据存放在什么位置
    • 某CPU可支持的所有指令的集合称为指令系统
      • 计算机系统不同，指令系统不同
      • 常见的指令系统
        • CISC（复杂指令系统）
        • RISC（精简指令系统）--常用
  • 冯·诺依曼体系结构和存储程序工作原理
    • 冯·诺依曼体系结构思想
      • 奠定了现代计算机的发展基础
      • 计算机的基本结构：计算机的硬件应该由运算器、输入设备、输出设备、存储器、控制器五大部分组成
      • 计算机采用二进制表示数据和指令
      • 采用存储程序与程序控制--即将数据与指令存入存储器中
    • 存储程序工作原理
      • 也称为冯·诺依曼原理
      • 基本思想：存储程序和程序控制
        • 存储程序指人们必须事先把计算机的执行步骤及运算中所需的数据通过一定的方式输入并存储在计算机的存储器中
        • 程序控制：指计算机运行时能自动地逐一取出程序中的一条条指令，并加以分析并执行规定的操作
  • 计算机的工作过程
    • 取指令：按照指令计数器中的地址从内存储器中取出指令，并送到指令寄存器中
    • 分析指令：按照指令寄存器中存放的指令进行分析，确定执行什么操作，并由地址码确定操作数的地址
    • 执行指令：根据分析的结果，由控制器发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所需要的操作
    • 上述步骤完成后，指令计数器加1，为执行下一条指令做准备
• 计算机硬件系统
  • 未配置任何软件的计算机---裸机，是计算机完成工作的物理基础
  • 安装了操作系统的计算机---虚拟机
  • 五个基本组成部分
    • 输入设备
      • 鼠标、键盘、扫描仪、数字化仪 、数码相机、 条形码阅读器、 数码摄像机、 模数转换器A/D
    • 输出设备
      • 显示器、打印机、音箱、绘图仪、数模转换器D/A
    • 磁盘驱动器、磁带机--输入、输出
    • 运算器
      • 由算术逻辑运算单元（ALU）和寄存器组成
      • 完成算术运算和逻辑运算
    • 控制器
      • 计算机的控制中心、神经中枢
    • 存储器
      • 二进制的形式存储数据和程序；基本存储单位---存储单元；存储器由成千上万个存储单元构成；每个存储单元都有唯一的编号---存储单元地址（单元地址/地址)
      • 分类
        • 内存（主存储器）
          • 存储正在使用的数据，CPU可直接访问，主存与CPU构成计算机的主机
          • 分类
            • ROM（只读存储器）：只可读、不可写；存放固定的程序和数据，断电后长期保存，一般存放系统的基本输入输出系统（BIOS）
            • RAM（随机存储器）：可读可写，断电后信息丢失，容量较大
            • Cache（高速缓存）：协调CPU与内存之间的速度不匹配，容量小、价格贵、大小对计算机的性能影响很大
        • 外存（辅助存储器）
          • 存储近期不用的数据，不能与CPU直接交换，可借内存与CPU间接交换信息
          • 硬盘、软盘、光盘、U盘
          • 存储容量大、可靠性高、价格低，断电后信息不丢失
          • 分类
            • 磁表面存储器
              • 磁盘（硬盘、软盘）、磁带
            • 光盘存储器
            • 半导体存储器
              • U盘（闪存）
            • 移动存储的主要方式
• 计算机的软件系统
  • 计算机的信息包括数据和程序
  • 计算机软件基础
    • 软件--是计算机运行所需的程序、数据和有关文档的总和；程序是为解决某种具体问题的指令序列；数据是程序的处理对象；文档是与程序的研制、维护和使用有关的资料
    • 分类
      • 系统软件
        • 操作系统（OS）
          • 是一组对计算机资源进行控制与管理的系统化程序集合，是用户和计算机硬件系统之间的接口，为用户和应用软件提供了访问和控制计算机硬件的桥梁。
          • 直接运行在裸机上的最基本的系统软件，任何其他软件必须在操作系统的支持下才能运行。
        • 语言处理程序
          • 各种程序设计语言编写的源程序计算机不能直接执行，必须经过翻译才能执行，这些翻译程序--语言处理程序
          • 包括汇编程序、编译程序、解释程序
          • 功能：把面向用户的高级语言或汇编语言编写的源程序翻译成机器可执行的二进制语言程序
        • 系统支撑和服务程序
        • 数据库管理系统
          • FoxBASE+、Access、SQL Server、Oracle、Sybase---关系型数据库
      • 应用软件
        • 办公软件：Microsoft Office 、WPS Office、谷歌在线办公软件；图形处理软件：Photoshop、illustrator、三维动画软件3DS MAX、Maya;即时通信软件QQ、MSN、UC、Skype
  • 程序设计语言
    • 程序=算法+数据结构
    • 程序设计基础
      • 算法
        • 有限个步骤组成的用来解决问题的具体过程，实际上反映的是解决问题的思路
        • 性质：有穷性、确定性、可行性、输入/输出
      • 数据结构
        • 是从问题中抽象出来的数据之间的关系
        • 典型的数据结构--线性表、堆栈、队列
    • 程序设计语言
      • 机器语言
        • 是计算机唯一能识别的、不需要翻译直接供机器使用的程序设计语言
        • 优：速度快、二进制0，1组成的指令序列编写
        • 缺：编写难度大、易出错、直观性差、难调试、通用性差、移植性差
      • 汇编语言
        • 是机器语言的“符号化”
        • 是用助记符来表示指令的低级语言
      • 高级语言
        • 解释程序--不产生目标程序
        • 编译程序--产生目标程序
• 速度大小：CPU＞Cache＞内存＞硬盘＞软盘