计算机组成原理

今天我们来学习计算机的基本组成。

一.首先我们来讲一讲计算机的历史。

• 1946年2月14日，第一台计算机诞生于宾夕法尼亚大学，它的体积非常庞大，名字叫做ENIAC。它的出现是为了用在军事上，主要的作用是科学计算（数值计算），主要计算一些非常大的数据。
• 第一台电子管计算机出现之后，随后又出现了晶体管计算机，中小规模集成电路计算机，大规模超大规模集成电路的计算机，我们现在所使用的计算机就是超大规模集成电路的计算机。

二.然后我们一起来看一看计算机是由哪些部分组成的。

• 硬件系统：

  • 中央处理器

    • 运算器：核心部件为算术逻辑单元ALU，进行数据的算术运算和逻辑运算。
    • 控制器：计算机的控制中心，负责把指令逐条从存储器中取出，经译码器分析后向整机发出控制命令，以保证正确完成程序所要求的功能。

  • 存储器 ：存储计算机中的程序和数据

    • 高速缓存（cache）
      为了解决CPU速度和内存的速度不匹配问题
      将一些常用的数据程序从内存中放入到cache中

    • 主存（内存）
      读写速度快 容量小 价格贵

      • RAM(随机读写存储器) 可以读写数据，但是断电后数据会丢失 比如内存条
      • ROM(只读存储器) 只能读入数据 不能写入数据 比如BIOS

    • 辅存（外存）

      • 硬盘：读写速度慢 容量大 价格便宜

  • 输入设备

    • 字符输入设备：键盘等
    • 图形输入设备：扫描仪 数码相机 数位板等

  • 输出设备
    CRT显示器 绘图仪

  • 总线

    • 片内总线
    • 系统总线：ISA EISA
      • 数据总线
      • 地址总线
      • 控制总线
    • 局部总线：PCI PCIE AGP
    • 设备总线：USB SATA IDE

• 软件系统：

  • 系统软件
    • 操作系统
    • 语言处理程序
      • 低级语言
        • 机器语言 由01二进制构成 机器可以直接识别 但是不宜于人们编写程序 可扩展性差
        • 汇编语言 由一些符号化的伪指令构成 相比于机器语言更容易理解 需要经过汇编成为机器语言
      • 高级语言
        由人们所熟悉的一些代码构成 最适合人们理解的程序 可扩展性强，需要通过编译或者解释转化为机器语言
        • 解释型语言 Python Javascript
        • 编译型语言 C C++
    • 数据库管理系统DBMS
      DBMS是数据库的核心，位于操作系统之上的一个系统软件，用户可以通过操作数据库管理系统进而修改数据库的内容 DBS(DBMS(DB(D)))

• 应用软件

三.接下来我们来看一下计算机的性能指标

• 主频（CPU的时钟频率） 单位一般为GHz 主频越大 计算机的运行速度越快
• 字长（计算机一次能够处理的二进制位数） 一般分为32位和64位计算机 字长越大 计算机的精度越高
• 内存容量 单位一般位GB
• CPU核心数
• 运算速度 MIPS

四.最后我们来说一下计算机的指令系统

• 指令
  又称机器指令 CPU能够直接识别并执行的指令
  通常由操作码和地址码（操作数）构成
  • 三地址指令
  • 二地址指令
  • 一地址指令
  • 零地址指令
• 指令系统 计算机能够执行的所有指令的集合
  • CISC 复杂指令系统
  • RISC 精简指令系统
• 指令执行过程
  • 取指令 CPU从cache或者内存中取出相应的指令放入到控制器中
  • 分析指令 控制器中的指令译码器对所拿到的指令进行分析
  • 执行指令 控制器会发出控制信号将指令放入到运算器的ALU中进行运算
    并且控制器中的程序计数器（PC）加1，取吓一跳指令 循环往复运行