计算机系统

山东专升本第一章：计算机信息技术与信息文化知识点总结。

计算机系统

• 一、计算机工作原理
  • 1.指令
    • 是指示计算机执行某种操作的命令。它是由一串二进制数码组成，这串二进制数码包括操作码和地址码两部分。
      • 操作码规定了操作的类型即进行什么样的操作。
      • 地址码规定了要操作的数据（操作对象）存放在什么地址中，以及操作结果存放到哪个地址中去。
    • 一台计算机有很多指令，指令集合称为计算机指令系统
    • 计算机指令和数据都是采用二进制形式进行编码的。
      • 系统简单稳定，物理实现容易。
    • 所有指令的集合称为计算机指令系统。
      • 目前常见的指令系统有复杂指令系统CISC。和精简指令系统RISC。
        • RISC的指令格式统一，种类较少，寻址方式也比复杂指令集少。处理速度提高很多。
          • （目前常见的有x86系列的CPU是CISC,而中高档服务器，工作站等大多数采用RISC指令的CPU。）
  • 2."存储程序"工作原理
    • 存储程序
      • 计算机能够自动完成云计算或处理计算机的基础是"存储程序"工作原理
      • "存储程序"工作原理是美籍匈牙利科学家冯诺依曼提出来的。故称为冯诺依曼原理。
        • 基本思想:存储程序与程序控制
      • 是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据，通过一定的方式输入并存储在计算机的存储器中。
      • ENIAC没有采用存储作原理
    • 程序控制
      • 程序控制是指计算机运行时能自动地逐取出程序中的一条条指令，加以分析并执行规定的操作
• 二、计算机硬件系统
  • 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，并按照储存程序的方式工作。
    • 硬件系统
      • 指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备
      • 主机和外设
        • 主机
          • 运算器。
          • 控制器。
          • 内存。
        • 外设。
          • 输入设备。
          • 输出设备。
          • 外存
  • 未配置任何软件的计算机叫裸机。
  • 输入设备
    • 作用:主要功能是把原始数据和处理这些数据的程序转换为计算机能够识别的二进制代码。
    • 常用的输入设备有鼠标器，键盘，扫描仪，数字化仪，数码摄像机。条形码阅读器，数码相机，A/D转换器（D/A输出）等。
  • 运算器
    • 作用是算数运算和逻辑运算
    • 运算器是由算术逻辑运算单元（ALU)和寄存器组成。
    • 寄存器是用来提供参与运算的操作数。并存放运算结果。
  • 控制器
    • 作用是指挥计算机各部分协调工作,保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。
    • 是整个计算机系统的控制中心。
    • 操作步骤:控制器从内储存器中顺序取出指令，并对指令代码进行翻译。然后向各个部件发出相应的命令，完成指令规定的操作。
    • 控制器是指挥和控制计算机各个部件进行工作的"神经中枢"
  • CPU
    • 通常把控制器和运算器合称为中央处理器。(Central processing unit)
  • 存储器
    • 具有记忆功能的设备。
    • 由具有两种稳定状态的物理器件，也称为记忆元件。来储存信息。记忆元件的两种稳定状态分别表示为0和1。
    • 一个存储单元的大小为一个字节。
    • 存储器是由成千上万个存储单元构成的每个存储单元存放一定位数。(微机上为八位的二进制数)，每个存储单元都有唯一的编号，称为存储单元地址。
    • 存储单元是基本的存储单位，不同的存储单元是用不同的地址来区分的。
    • 存储器分为两大类，内存储器和外存储器。
      • 简称内存和外存内存储器又称为主存储器，外存储器又称为辅助存储器。
      • 内存储器包括，只读存储器ROM(Read only memory)。随机存储器RAM(Random access memory)、缓存Cache。
        • 只读存储器rom。
          • 一般是在将ROM装入计算机前事先写好的。一般情况下，计算机工作过程中只能从ROM中读出事先存储的数据而不能改写。
          • 断电之后存放的信息并不丢失。
          • 容量较小，一般存放系统的基本输入输出系统(BIOS)等。
        • 随机存储器ram
          • 微机中的内存一般指随机存储RAM
          • 随机存储器的容量与ROM相比要大的多。即可读出信息又可写入信息。
          • 但断电后所存的信息就会丢失。
          • 大小是计算机性能的重要指标。
        • 高速缓存cache
          • 为协调CPU和ram两者之间的速度差，在内存和CPU之间设置一个与CPU速度接近的。高速的、容量相对较小的存储器把正在执行的指令地址附近的一部分指令或数据。从内存调入这个存储器共CPU在一段时间内使用。
      • 外存储器包括，磁盘(硬盘，软盘)，光盘(CD-ROM，CD-RW DVD),闪存(CF卡，MMC卡。SD卡)，磁带。
        • 外存
          • 不能和CPU直接交换数据。
          • 外存→内存→CPU交换数据
          • 存储容量大，可靠性高，价格低，在断电后可以永久的保存信息。
      • CPU内存外存速度比较。
      • 补充:内存储器和CPU一起构成了计算机的主机部分。
  • 输出设备
    • 是指从计算机中输出信息的设备，其功能是将计算机处理的数据。计算结果等内部信息转化成人们习惯接受的信息形式。如字符，图形，声音等，然后将其输出。
    • 最常用的输出设备是显示器，打印机和音箱。还有绘图仪，各种数模转换器D/A等。
    • 从信息的输入输出角度来说，磁盘驱动器和磁带机既可以看做输入设备，又可以看作输出设备。
      • 光盘驱动器，软盘驱动器。
• 2.计算机软件系统
  • 1.计算机软件基础
    • 软件是指计算机运行所需的程序，数据和有关文档的总和。
    • 软件系统
      • 
        • 系统软件一般由软件厂商提供，应用软件是为解决某一问题而由用户或软件公司开发的。
    • 系统软件:是管理，监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）、开发应用软件的软件。系统软件居于计算机系统中最靠近硬件的一层，它主要包括操作系统，语言处理程序，数据库管理系统，支撑服务软件等。
      • 计算机只能处理二进制的语言，所以我们用高级语言编写的程序需要进行语言处理转换成二进制。
      • 1、操作系统（OS，Operating system）
        • 主要功能:管理软硬件资源。
        • 是用户和计算机之间的接口（桥梁）。
        • 是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。
        • 第一台计算机ENIAC是没有操作系统的。第三代计算机才出现了会话式语言。
      • 2、语言处理程序
        • 用各种程序设计语言编写的源程序，计算机是不能直接执行的，必须经过翻译对汇编语言源程序是汇编对高级语言源程序则是编译或解释才能执行。这些翻译程序就是语言处理程序，包括汇编程序，编译程序和解释程序等。他们的基本功能是把用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。
        • Basic
      • 3、系统支撑和服务程序
        • 这些程序又称工具软件，如系统诊断程序，调试程序，排错程序，编辑程序，查杀病毒程序等等，都是为维护计算机系统的正常运行或支持系统开发所配置的软件系统。
          • 也可作应用软件
      • 4、数据库管理系统
        • 主要用来建立存储各种数据资料的数据库并进行操作和维护。
        • 常用的数据库管理系统有微机上的FoxPro foxBASE+。Access和大型数据库管理系统，如Oracle。Db2 ，Sybase, SQL server等。他们都是关系型数据库管理系统。
      • 5、应用软件
        • 式为解决计算机各类应用问题而编写的软件。随着计算机应用领域的不断扩展和计算机应用的广泛普及，各种各样的应用软件与日俱增，如办公类软件。Microsoft office WPS office。永中office，谷歌在线办公系统图形处理软件，Photoshop，illustrator，三维动画软件，3dMax，Maya等即时通讯软件，qq，MSN，uc和Skype等。
  • 程序设计语言。
    • 1.程序设计基础
      • 数据结构和算法是程序最主要的两个方面，通常可以认为:程序=算法+数据结构。
        • 算法可以看作是由有限个步骤组成的，用来解决问题的具体过程实质上反映的是解决问题的思路。且主要性质表现在①有穷性②确定性③可行性。
    • 2.数据结构
      • 数据结构是从问题中抽象出来的数据之间的关系，它代表信息的一种组织方式，用来反映一个数据的内部结构，数据结构是信息的一种组织方式。先目的是提高算法的效率，它通常与一组算法的集合相对应。通过这组算法集合可以对数据结构中的数据进行某种操作，典型的数据结构包括线性表。堆栈和队列。
    • 3.程序设计语言
      • 可以分为三类，机器语言，汇编语言和高级语言
        • 机器语言:
          • 计算机系统唯一能够识别的不需要翻译。
          • 由二进制编写。
          • 程序运行速度快。
          • 缺点
            • 编写程序难度大，直观性差，容易出错，修改调试也不方便。
              • 面向机器
            • 由于不同计算机的指令系统不同针对某一种型号的计算机所编写的程序就不能在另一台计算机上运行所以机器语言的通用性和移植性较差
        • 汇编语言
          • 机器语言的“符号化”
          • 用符号来表示操作数地址（地址码）例如，用add表示加法用move表示传送等
          • 用助剂符合符号地址来表示指令容易辨认，给程序的编写带来了很大的方便。
          • 优点
            • 汇编语言比机器语言直观，容易记忆和理解，用汇编语言编写的程序比机器语言程序易读，易检查，易修改。
              • 符号化。
            • 程序质量高，执行速度快（比机器语言慢）。，占用内存空间少。
          • 缺点
            • 与特定的计算机结构及其指令系统密切相关。
            • 仍然是属于面向机器的语言。
            • 很难在系统间移植。
            • 使用注记符号程序的可读性也比较差。
        • 机器语言和汇编语言一般都称为低级语言。
        • 高级语言。
          • 大大提高了编程效率。
            • c语言
          • 面向对象是人表达方式或接近于人们对求解过程或问题的描述方式。
          • 两类高级语言分别是解释型和编译型。
            • 解释程序。
              • 对源程序是一边翻译，一边执行不产生目标程序。
            • 编译程序。
              • 编译程序是翻译程序，它将用高级语言编写的源程序翻译成与之等价的用机器语言表示的目标程序，其翻译过程称为编译。
            • 源程序→目标程序
          • 如fortune pascal c语言，basic等
          • 优点
            • 提高了编程效率。
            • 更接近人的思维习惯。
• 组成
• Analogue 模拟 digital 数字
• 内存和外存
• 硬件和软件。
• 操作系统