C语言笔记之计算机系统组成简介

计算机是一种能够按照事先存储的程序,自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。计算机系统包括硬件和软件两大部分。计算机硬件是计算机赖以工作的实体,它是电、磁、光、机械等各种物理部件的有机组合;计算机软件指各种程序及其相关文档,它控制计算机按指定的要求工作。

硬件系统
计算机硬件系统是计算机快速、可靠、自动工作的基础。计算机硬件主要完成信息的变换、存储、传输和处理等逻辑功能,为计算机软件运行提供保障。计算机硬件系统主要由运算器、主存储器、外存储器、控制器、输入输出设备等功能部件组成。
目前,我们使用的计算机都是电子计算机,它的内部运算采用二进制数。

  1. 运算器
    运算器是对二进制数进行运算的部件,好像一个由电子线路构成的算盘。运算器在控制器的控制下执行程序指令,完成各种算术运算、逻辑运算、比较运算、移位运算以及字符运算等。
    在运算中,二进制数和十进制数一样,数的位数越多,计算的精度越高。从理论上来讲,数的位数可以任意多,但是位数越多,需要的电子器件也越多。计算机的位数一般是2的整数幂,目前计算机运算器的长度一般是8位、16位、32位、64位。
    运算器由算术逻辑部件(ALU)、寄存器等组成。算术逻辑部件完成加、减、乘、除四则运算,以及“与”、“或”、“非”、移位等逻辑运算:寄存器暂存参加运算的操作数或中间结果,常用的寄存器有累加寄存器、暂存寄存器、标志寄存器和通用寄存器等。
    运算器的主要技术指标是运算速度,其单位是MIPS(百万指令/秒)。由于执行不同指令花费的时间不同,计算机的运行速度通常是按照一定频度执行各类指令的统计值。

  2. 存储器
    存储器是存储数据和程序的部件。在运算前,需要把参加运算的数据和计算程序通过输入设备输入到存储器中保存起来,即存储器的功能是保存或“记忆”求解问题的原始数据和计算程序。
    “位”(Bit)是存储器的最小存储单位,8位位一个“字节”(Byte),若干位组成一个存储单元。一个存储单元中存入的信息成为一个“字”,这个“字”是一个二进制数据或一条指令。一个字包含的二进制数的位数被称为“字长”,计算机字长越大,计算精确度越高。存储器包含存储单元的总数被称为存储容量,其单位为K(1K=1024)。根据功能不同,一般将存储器分为内存储器和外存储器:
    (1)内存储器:
    内存储器又被称为主存储器,简称为内存或主存,用来存放运行程序的指令和数据,具有存储速度快,可直接与运算器及控制器交换信息等特点,但其容量一般不大。按照存取方式,内存储器又分为随机存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器ROM(Read Only Memory)。随机存储器存放执行程序和需要的数据,具有存储速度快、集成度高、电路简单等优点,但断电后信息不能保存。只读存储器存放监控程序、操作系统等专用程序。根据只读存储器的功能和特点,又可以将其分为掩膜ROM,可编程PROM和可改写EPROM等。
    (2)外存储器:
    尽管计算机运行程序时,可以使用内存保存活动数据,但内存无法永久保存数据,为此,需要一种无需电力就可以保存信息的存储设备,这就是外存储器。其特点是存储容量大、成本低、但它不能直接和运算器、控制器交换信息,当计算需要时,外存储器可以成批地与内存储器交换信息。目前广泛应用的硬盘、U盘、光盘等都是外存储器。

  3. 控制器
    控制器是计算机的“神经中枢”,它是指挥计算机各个部件按照指令要求协调工作的部件。运算器和控制器合在一起被称为中央处理器,简称CPU(Central Processing Unit)。控制器由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)、时序控制电路以及微操作控制电路等组成。其中,程序计数器对程序中的指令计数,使得控制器能够依次读取指令;指令寄存器在指令执行期间暂时保存正在执行的指令;指令译码器识别指令的功能,分析指令的操作要求;时序控制电路生成时序信号,协调在指令执行周期内各部件的工作;微操作控制电路产生各种控制操作指令。
    运算器只能完成加、减、乘、除四则运算及其他一些辅助操作。对于比较复杂的运算题,计算机在运算前必须将其划分成若干步简单的加、减、乘、除等基本操作,每一个基本操作被称为一条指令,求解一个问题的一串指令序列,被称为该问题的计算程序,简称程序。
    存储器一般将指令和数据分开存放,存放在存储器中的程序(指令序列)被称为存储程序,存储程序按地址执行,控制器依据存储程序控制计算机协调地完成计算任务,这被称为程序控制。这就是冯诺依曼设计计算机的思想,也是机器自动化工作的关键。

  4. 输入输出设备
    输入输出设备(简称I/O设备)又被称为外部设备,它是计算机与外部交换信息的渠道。常用的输入设备有键盘、鼠标、摄像头、扫描仪等,常用的输出设备有显示器、打印机、音箱等。

软件系统
计算机解决各种实际问题不仅需要计算机硬件,还必须有计算机软件(程序)的支持。可以说硬件是躯体,软件是灵魂。计算机软件既是人机界面,又是计算机系统的指挥者。它规定计算机系统的工作,包括各项计算任务的工作内容和工作流程,以及各项任务之间的调度和协调。计算机软件通常分为系统软件和应用软件两类。

  1. 系统软件
    系统软件的主要功能是对计算机系统进行管理、控制、维护以及提供服务,它提供给用户一个便利的操作界面和编制应用软件的资源环境,是用户使用计算机必不可少的软件。系统软件包括以下4类:
    (1)操作系统;
    (2)各类程序设计语言的编译软件、解释软件等;
    (3)数据库管理系统;
    (4)系统维护和管理程序等各种服务性程序,如诊断程序、计算机系统或磁盘诊断与修复程序等。
    操作系统是一种管理计算机系统硬件资源,控制程序运行,改善人机界面,为应用软件提供支持的软件系统。操作系统是自动管理计算机系统的控制中心,它根据用户需求按一定的策略分配和调度计算机系统的硬件资源和软件资源。从资源管理角度来看,操作系统的功能主要有处理机管理、进程管理、存储器管理、文件管理和设备管理。
    MS-DOS是Microsoft(微软)磁盘操作系统(Microsoft Disk Operating System)的简称,它自1981年问世以来,随着版本的不断升级和功能的不断增强,得到迅速普及,被广泛应用于PC及其兼容机,其功能主要有磁盘文件管理、输入输出管理和命令处理。
    Windows是Microsoft公司开发的基于图形界面、多任务的操作系统,又被称为视窗操作系统。它在计算机与用户之间提供一个窗口,用户通过这个窗口直接使用、控制和管理计算机,不再采用DOS的命令性方式。Windows的推出使计算机用户操作计算机的方法和软件的开发方法产生了巨大变化。
    UNIX是一个通用的、多任务的、交互式的分时操作系统,它在多种型号计算机中得到广泛应用。UNIX从美国Bell(贝尔)实验室诞生至今,一直是影响比较大的主流操作系统之一,它结构简单、功能强,可移植性和兼容性都比较好,被认为是操作系统的代表。
    Linux是一种可以运行在微型计算机上的免费的UNIX操作系统。它也是自由软件和开发源代码发展中最著名的例子,其内核等核心代码都是完全免费的。
    语言处理程序包括汇编程序与各种高级语言的解释程序与编译程序,其任务是将用汇编语言或高级语言编写的源程序,翻译成能被计算机硬件直接识别和执行的机器语言。没有语言处理程序的支持,用户用汇编语言和高级语言编写的应用软件就无法在计算机上执行。
    数据库系统是一种对有组织的、动态存储的、有密切联系的数据集合进行统一管理的系统,由数据库管理系统(DBMS)(Data Base Management System)、存储于存储介质上的数据和应用程序组成。DBMS是数据库系统的核心部分,它提供了对数据库中的数据资源进行统一管理和控制的功能,是用户程序与数据库中数据之间的接口,由一系列软件组成。典型的数据库系统有Oracle、SQL、Server、Access等。

  2. 应用软件
    应用软件是特定应用领域专用的软件,如文字处理、财务管理、聊天通信、自动控制、企业管理、工程设计、科学计算软件等。随着计算机的广泛应用,应用软件种类越来越多,已经应用到日常生产、生活的各个方面。
    应用软件中应用面最广、影响最大的是文字处理软件。目前,使用比较普遍的办公软件是Microsoft公司的Office办公套件。办公自动化的内容涵盖很多方面,文字处理、表格处理和演示文档处理是其最基本的3项功能。Office的中文字处理软件是Word,表格处理软件是Excel,演示文档处理软件是Powerpoint。
    Word是一款通用的文字处理软件,适于制作各种文档,如公文、信函、传真、报刊和简历等。Word功能强大、界面友好,为用户提供了一个智能化的文字处理平台。
    Excel是一款表格处理软件。使用Excel不仅能够方便地制作出各种电子表格,还可以进行数据分析和统计工作,特别是能用各种统计图表的形式直观地显示数据。Excel具有十分友好的人机界面和强大的计算功能,已成为国内外广大用户管理财务、统计数据、绘制各种专业表格的得力助手。
    PowerPoint是一款专用于制作演示文档(幻灯片)的软件。PowerPoint广泛用于学校教学、会议研讨、产品演示等方面,是目前流行的演示软件。


版权声明:本文为Yao_orange原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。