全面认识计算机

news2024/11/16 8:56:43

目录

一、计算机的发展史

1. 电子管计算机时代

2. 晶体管计算机时代

3. 小、中规模集成电路计算机时代

4. 大、超大规模集成电路计算机时代

二、计算机硬件组成

1. 输入设备

2. 输出设备

3. 存储器

4. 运算器

5. 控制器

三、计算机硬件间的连接

四、计算机系统的结构

1. 微程序机器级

2. 传统机器级

3. 操作系统机器级

4. 汇编语言机器级

5. 高级语言机器级

6. 语言机器级


一、计算机的发展史

1. 电子管计算机时代

        这一时期的计算机采用 电子管作为基本器件,初期使用 延迟线作为 存储器,以后发明了 磁芯存储器。早期的计算机 主要用于 科学计算,为 军事 与 国防尖端科技 服务。

2. 晶体管计算机时代

        这一时期计算机的 基本器件由电子管改为 晶体管,存储器采用 磁芯存储器。运算速度 从每秒几千次提高到 几十万次,存储器的 容量从几千存储单元提高到 10万存储单元 以上。 这 不仅使计算机 在军事 与 尖端技术上的应用范围进一步 扩大,而且在 气象、工程设计、数据处理 以及其他科学 研究领域也得到 应用。

3. 小、中规模集成电路计算机时代

        这一时期的计算机采用小、中规模集成电路为基本器件,因此功耗、体积和价格等进步下降,而 速度及可靠性相应提高,使得计算机的应用 范围进一步扩大。

4. 大、超大规模集成电路计算机时代

        20 世纪 60年代后,微电子技术 发展迅猛,半导体存储器 问世,迅速取代了 磁芯存储器,并不断向大容量、高集成度、高速 度方向发展。从1971年开始出现了包含 CPU 的 单片集成电路(微处理器),以微处理器为核心的电子计算机就是微型计算机。微型 计算机的出现,形成了计算机发展史上 的又一次革命,使计算机 进入了几乎所有的行业。 

二、计算机硬件组成

        通常将 运算器和控制器 合称为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。在由 超大规模集成 电路构成的 微型计算机中,往往将CPU 制成一块芯片,称为微处理器。 中央处理器 和主存储器(内存储器)一起组成 主机部分。除去主机 以外的 硬件装置(如输入设备、输出设备和辅助存储器等)称为 外围设备或外部设备

1. 输入设备

        输入设备的任务是 把人们编好的程序 和 原始数据 送到计算机中,并且将它们 转换成算机内部所能识别 和接受的 信息方式。按 输入信息的形态输人 可分为字符(包括汉字)输入、图形输入、图像输入 及语音输入等。目前,常见的输人设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像头、手写输入板等。   

        辅助存储器(磁盘、磁带)也可以视为 输入设备。 

2. 输出设备

        输出设备的任务是将计算机的处理结果以数字、字符(汉字)、图形、图像、声音等形式送出计算机。 常用的输出设备有打印机、显示器、绘图仪等。

        辅助存储器 也可以视为 输出设备。 

3. 存储器

        存储器是用来存放程序和数据的部件,它是一个记忆装置,是计算机能够实现“存储程序控制”的基础。

        在计算机系统中,规模较大的 存储器往往分成若 干级,称为存储系统

        主存储器可由CPU 直接访问,存取速度快,但容量较小,一般用来存放当前正在执行的程序和数据。

        辅助存储器设置在主机外部,它的存储容量大,价格较低,但存取速度较慢,一般用来存放暂时不参与运行的 程序和数据。

        CPU 不可以直接访问辅存,辅存中的程序和数据在需要时才传送到主存,因此它是 主存的补充和后援。当 CPU 速度很高时,为了使 访问存储器的速度能与CPU 的速度相匹配,又在 主存和CPU 间 增设了一级 Cache(高速缓冲存储器)。Cache 的 存取速度比 主存更快,但 容量更小,用来存放当前 最急需处理的 程序和数据,以便快速地向 CPU 提供指令。

4. 运算器

        是 对信息进行处理 和 运算的 部件。经常进行的 运算是 算术运算和 逻辑运算,取以运算器又称为 算术逻辑运算部件(Arithmetic and Logical Unit,ALU)。 

        运算器的核心是 加法器,运算器中还有若干个 通用寄存器或累加寄存器,用来 暂存操作数并存放 运算结果。寄存器的存取速度 比存储器的 存取速度快 得多。 

5. 控制器

        控制器是整个计算机的指挥中心,它的主要功能是按照人们预先确定的操作步骤,控制整个计算机的各部件有条不紊地自动工作

        控制器从 主存中 逐条地取出指令 进行分析,根据指令 的不同来 安排操作顺序,向 各部件发出相应的 操作信号,控制它们执行 指令所规定的 任务。 

        控制器中包括一些专用的 寄存器。

三、计算机硬件间的连接

        一个完整的 计算机系统包含 多种组成部件。这些组成部件,一般不是由 单个公司独立生产的,而是由 不同的 公司共同生产完成的,每个公司 往往 只能生产这些部件中的一种或者少数几种。为了让 这些不同的 部件组合在一起 可以正常工作,必须 制定一套 大家共同 遵守的规格和 协议,这就是接口或者总线

        总线的 应用和标准化,降低 了计算机设计和 应用的复杂度。有 了标准化的 接口,厂家生产出来的产品 只需要接口 符合规范,就可 以直接与其他 厂家生产的 产品配合使用,而不 必设计所有的硬件。

        所谓单总线并不是指只有一根信号线。系统总线按传送信息的不同可以细分为地址总线、控制总线和控制总线

        地址总线(Address Bus)由单方向的 多根信号线组成,用于 CPU主存、外设传输 地址信息。

        数据总线(Data Bus)由双方向的 多根信号线组成,CPU 可以沿些线 从主存或外设 读入数据,也可以沿这些线向 主存或 外设送出 数据。

        控制总线(Control Bus)上传输的是 控制信息,包括 CPU 送出的控制命令 和主存(或外设)返回 CPU 的反馈信号。 

四、计算机系统的结构

1. 微程序机器级

        这级的机器语言是微指令集,用微指令编写的微程序一般是直接由硬件执行。

2. 传统机器级

        这级的机器语言是该机的指令集,用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。

3. 操作系统机器级

        从操作系统的基本功能来看,一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源,另一方面它又是传统机器的延伸。

4. 汇编语言机器级

        这级的机器语言是汇编语言,完成汇编语言翻译的程序称为汇编程序。

5. 高级语言机器级

        这级的机器语言就是各种高级语言,通常用编译程序来完成高级语言翻译的工作。 

6. 语言机器级

        这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的,因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言。 


                                        后期学习再进行补充。

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