计算机组成原理-概述
2020-05-16
起源可以参考 -- 《计算机与⼈脑》- 是美国科学家创作的电⼦计算机学著作，1958年⾸次出版。
可以参考
什么是计算机？
李若彤个人简介
计算机（computer），是现代⼀种⽤于⾼速计算的电⼦计算机器，可以进⾏数值计算，⼜可以进⾏逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序，⾃动、⾼速处理海量数据的现代化智能电⼦设备。
由系统和系统所，没有安装任何软件的计算机称为裸机。可分为超级计算机、⼯业控制计算机、、、嵌⼊式计算机五类，较先进的计算机有、、等。
计算机发明者。计算机是20世纪最先进的科学技术发明之⼀，对⼈类的⽣产活动和社会活动产⽣了极其重要的影响，并以强⼤的⽣命⼒飞速发展。它的应⽤领域从最初的军事科研应⽤扩展到社会的各个领域，已形成了规模巨⼤的计算机产业，带动了全球范围的技术进步，由此引发了深刻的社会变⾰，计算机已遍及⼀般学校、企事业单位，进⼊寻常百姓家，成为信息社会中必不可少的⼯具。
计算机分类：
计算机的分类很多，⼀般可以从下⾯⼏个⽅⾯来划分：
  1．从计算机规模来分：有巨型机、⼤型机、中型机、⼩型机和微型机(Personal Computer)。
  2．从信息表现形式和被处理的信息来分：有数字计算机（数字量、离散的）、模拟计算机（模拟量、连续的）、数字模拟混合计算机。
  3．按照⽤途分来：分为通⽤计算机、专⽤计算机。
  4．按采⽤操作系统来分：分为单⽤户机系统、多⽤户机系统、⽹络系统和实时计算机系统。
  5．从字长来分：有4位、8位、16位、32位、64位计算机。
  6. 按⼚家分：有原装机、兼容机。
  7. 按CPU分：有386、486、586、PⅡ、PⅢ、PⅣ。
  8. 按主机形式分：有台式机、便携机、笔记本式机、⼿掌式机。
我们平时使⽤的都是微型机。
吴彦祖资料
计算机简介：
美籍匈⽛利科学家冯·诺依曼，对计算机的发展做出了巨⼤贡献，他提出了“程序存储、程序控制”的设计思想，同时指出计算机的构成包括如下⼏个⽅⾯：
（1）由运算器、存储器、控制器、输⼊设备、输出设备五⼤基本部件组成计算机系统，并规定了五⼤部件的基本功能。
（2）计算机内部应采⽤⼆进制表⽰数据和指令。
（3）程序存储、程序控制（将程序事先存⼊主存储器中，计算机在⼯作时能在不需要操作⼈员⼲预的情况下，⾃动逐条取出指令并加以执⾏）。
运算器主要是、GPU等
控制器主要是CPU
存储器⼜分为临时性存储（断电数据就会消失）、永久性存储（即使断电数据也不会消失）
典型的临时性存储介质主要是：内存等
典型的永久性存储介质主要是：SSD、磁盘，光盘、磁带等
输⼊设备主要是键盘、⿏标等
输出设备主要是屏幕等。
计算机系统的组成如下图所⽰：
⼀个完整的计算机系统由计算机硬件系统及软件系统两⼤部分构成。
（1）计算机硬件：是计算机系统中由电⼦、机械和光电元件组成的各种计算机部件和设备的总称，是计算机完成各项⼯作的物质基础。是指计算机系统中的实际装置，是构成计算机的看得见、摸得着的物理部件。它是计算机的“躯壳”。
（2）计算机软件：是指计算机所需的各种程序及有关资料。它是计算机的“灵魂”。
硬件
  计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输⼊设备、输出设备五部分组成。
1、主机：相当于⼈的头脑和⼼脏，是计算机的重要部件。它⾥⾯藏着各种各样重要的电路板，没有
了它，电脑就了⽆⽣机了。
2、中央处理器（CPU）：控制器+运算器，是计算机的核⼼。
CPU的性能基本决定了计算机的性能，CPU是整个电脑系统的核⼼。
CPU的主要性能指标有：严正花整容
（1）主频：即CPU的时钟频率。
（2）时钟频率：即CPU的外部时钟频率。
（3）内部缓存：即封闭在CPU芯⽚内部的⾼速缓存。
（4）外部缓存：即CPU外部的⾼速缓存。
（5）MMX技术：是“多媒体扩展指令集”的缩写。
（6）制造⼯艺。
3、存储器：可分为内存储器、外存储器、⾼速缓冲存储器
（1）内存储器（主存、内存）：⽤于存放计算机当前⼯作中正在运⾏的程序、数据等，分为随机存取存储器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read-Only Memory）两种。
  ①随机存储器（RAM）：可由⽤户更改信息，断电后信息消失。
  ②只读存储器（ROM）：信息由⼚家确定，⼀般⽤来存放⾃检程序、配置信息等。通常只能读出⽽不能写⼊，断电后信息不会丢失。（2）外存储器（外存）：⽤来存储⼤量暂时不参加运算或处理的数据和程序，是主存的后备和补充。
  ①硬盘：安装在主机箱内，容量有40GB、80 GB、120 GB。
  ②软盘：封装在塑料保护套中，3.5英⼨软盘容量为1.44MB，双⾯⾼密度。
  ③光盘：信息读取要借助于光驱，其容量为650MB。
  ④USB优盘：是利⽤闪存在断电后还能保持存储的数据不丢失的特点⽽制成的，特点是重量轻、体积⼩。
  ⑤USB移动硬盘：可以通过USB接⼝即插即⽤，特点是体积⼩、重量轻、容量⼤、存取速度快。
  ⑥DVD光盘：存储密度⾼，存储容量⼤，容量⼀般为4.7GB
（3）⾼速缓冲存储器（Cache Memory）：是内存与CPU交换数据的缓冲区，是为解决内存与CPU速度不匹配的问题⽽设计的⼀种存储设备。
▲内存和外存的⽐较：
内存：存储信息速度快，断电后存储内容全部丢失。
外存：存储信息不受断电的影响，存取速度相对于内存慢得多了。
▲硬盘和软盘
它将圆形的磁性盘⽚装在⼀个⽅的密封盒⼦⾥，这样做的⽬的是为了防⽌磁盘表⾯划伤，导致数据丢失。
硬盘的容量⽐较⼤，也就是说它能记录的信息⽐较多，⽽且⼀般都装在机箱⾥⾯。
软盘的容量就相对⽐较⼩了，⼀般放在机箱外⾯。
计算机上有个特殊的地⽅叫做软盘驱动器，要⽤软盘的时候就把它放进这个地⽅，不⽤的时候可以很⽅便地拿出来带⾛。打个⽐⽅说，计算机像⼀个⼯⼚，硬盘就是仓库，可以放很多东西，但是仓库是不能随便搬⾛的；软盘呢，就是卡车，装的东西虽然不多，但是搬运起来很⽅便。
祝祖国七十周年祝福语硬盘在机箱⾥负责储存数据，⽽软盘⽤来搬运数据，硬盘的容量⼤，软盘的容量⼩，这就是它们的区别，另外硬盘的存取速度⽐软盘快得多。
▲光盘
因为软盘的容量太⼩，所以⽤得越来越少了，近⼏年⽤得⽐较多的是光盘。平时我们⽤的⾳乐CD、VCD影碟都是光盘，电脑上⽤的软件光盘和它们外表看起来是⼀样的，⽽且CD和VCD都可以在电脑上使⽤。
▲存取速度
存取速度，就是我们向磁盘储存数据和从磁盘上得到数据的快慢，这个速度越快，我们等待的时间就越少。
CPU > Cache > RAM > ROM > 硬盘 > 光盘 > 软盘
▲存储容量
硬盘：40GB、80GB、120GB…
软盘：1.44MB
光盘：650MB
▲存储单位
（1）位（bit）：表⽰⼀位⼆进制信息，可存放⼀个0或1。位是计算机中存储信息的最⼩单位。
（2）字节（Byte）：是计算机中存储器的⼀个存储单元，由8个⼆进制位组成。字节（B）是存储容量的基本单位，常⽤的单位有：
KB　1KB=1024B=2^10B
MB　1MB=1024KB=1024*1024B=2^20B
GB　1GB=1024MB=1024*1024KB=1024*1024*1024B=2^30B
TB　1TB=1024GB=1024*1024MB=1024*1024*1024KB=1024*1024*1024*1024B=2^40B物候谚语
▲读和写：
  取出磁盘中的信息叫做“读”；向磁盘中放⼊数据称为“写”。
其实当我们听录⾳带时，是在读出磁带上的信息，⽽⽤磁带录⾳乐的时候，就是在往磁带⾥写⼊信息，磁盘和磁带的存储原理差不多，所以磁盘上的信息也可以很⽅便地改写。
⽽光盘的存储原理⽐较特殊，⾥⾯存储的信息不能被轻易地改变。也就是说我们常见的光盘⽣产出来的时候是什么样，就⼀直是那样了那我
防爆轮胎们有没有办法把⾃⼰写的⽂章存在光盘上呢？
  有⼀种特殊的光盘CD-R是可以写的，但需要使⽤“光盘刻录机”才能把⽂章写到CD-R光盘上。
  在外部存储器中，只有硬盘是装在机箱⾥⾯的，⽽且是最常⽤的，我们平时使⽤电脑主要是与硬盘上的各种信息打交道。我们可以运⾏的各种程序都在硬盘上，⽐如记事本，还有⽤记事本写的⽂章等等，它们都是以⽂件的形式保存在硬盘上的。
4、输⼊设备：把原始数据和处理这些数据的程序通过输⼊接⼝输⼊到计算机的存储器中。
常⽤输⼊设备：键盘、⿏标、扫描仪、光笔、写字板、数字化仪、条形码阅读器、数码相机、模—数（A/D）转换器等。
从读取数据的⾓度看，当从磁盘、光盘、电⼦盘或磁带读取⽂件时，它们是输⼊设备，
例：⿏标：像⽼⿏，⼀般有两个按键，我们叫左键和右键。别看它⼩，它可以带领我⾛遍计算机世界，可谓是“⽆⿏⼨步难⾏”。
5、输出设备：输出计算机的处理结果。
  常⽤输出设备：显⽰器、打印机、绘图仪、⾳响、喇叭等（嘴巴）
  从保存数据的⾓度看，当向磁盘、光盘、电⼦盘或磁带保存⽂件时，它们是输出设备。
  例：显⽰器：像电视，显⽰计算机的各种信息。
    打印机：主要⽤于打印数据、⽂字、图形等。可分为单⾊和彩⾊打印机，针式、激光和喷墨打印机。
计算机的简单⼯作流程：
最简单的就是在txt⽂件⾥⾯打字，需要软硬件配合。