计算机组成及原理

计算机组成及原理

秉承着学习Java的目标，需要对手中的计算机做一丢丢了解

什么是计算机

计算机：（computer）俗称电脑，现代用于高速计算的电子计算器，可以进行数值计算、逻辑运算、同时具有存储记忆的功能。是能够按照程序运行，自动高速处理海量数据的现代化智能电子设备。

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计算机组成

首先计算机由“硬件系统”和“软件系统 ”两个部分组成。

硬件系统：即计算机实体，主板、中央处理器（CPU）、显卡、内存条、显示器、键盘、鼠标等。

软件系统：主要包括系统软件（ *** 作系统、数据库管理系统DBMS、标准程序库、网络软件、语言处理程序）即，用来管理整个系统的软件。另外还有应用软件（按照需求编制的各种程序）。

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计算机运行原理

首先是计算机先运行软件程序，然后 *** 作系统把指令翻译成机器能听懂的语言（也就是二进制数据），执行这些数据与硬件交互。

计算机硬件唯一能识别的数据--------二进制（1/0）

计算机主板上的电路，通过接收电信号的强弱识别二进制的1/0
低电平（表示二进制0），高电平（表示二进制1）

电平指两点或几点电量在相同阻抗下的相对比值。在逻辑电路中会指定两点或几点电量中的一个为基准，则比值大于1为高电平，小于1为低电平。

这里的电量指电功率、电压、电流。

CPU、内存条等计算机电子部件上有很多针脚和电路，这些用来传递二进制数位，每个二进制数为1比特（bit）

8位（bit）=1字节（byte）
1KB=1024B(字节) ---------------1MB=1024KB
1GB=1024MB---------------------1TB=1024GB
1PB=1024TB----------------------1EB=1024PB

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KB:kilobyte--------- MB:megabyte
GB：gigabyte -------TB:terabyte
PB:petaByte ----------EB:exabyte

不同的型号的计算机用不同的位数，（计算机位数，即机器字长）：计算机一次运算所能处理的二进制位数

通常计算机的位数是2的次方

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计算机发展史

第一代

第一台电子数字计算机ENIAC，手动接线控制（1946~1957）

被美国国防部用来进行d道计算

发明人：莫科里和埃克特

特点：占地面积约170平方米（体积大）、耗电量每小时150千瓦（耗电量超大）、运算速度5000次每秒（较慢）

逻辑元件：电子管

第二代

贝尔实验室（1958~1964）

特点：体积功耗降低

逻辑元件：晶体管

出现面向过程的程序设计语言：Fortran，有了 *** 作系统的雏形。

第三代

1964~1971

逻辑元件：中小规模集成电路

当时计算机主要用于科学计算，高级语言迅速发展，开始有了分时 *** 作系统。

第四代

1972~至今

逻辑元件：大规模、超大规模集成电路

开始出现“微处理机CPU”，微型计算机、个人计算机萌芽。

*** 作系统：Windows、Mac OS、Linux等

计算机发展趋势：两极分化

1、微型化、网络化、高性能、多用途；

2、巨型化、超高速、并行处理、智能化；

软件的发展

编程语言更加高级化，也就是更加人性化，更易理解使用；

机器语言----汇编语言----高级语言

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计算机的硬件发展

1947年，贝尔实验室发明了“晶体管”；

1955年，肖克利（晶体管之父）在硅谷创建肖克利实验室股份有限公司；

1947年肖克利发明了晶体管，同时巴丁和布莱顿发现了一种三级管，1956年底三人共过诺贝尔物理学奖

1957年，由于肖克利不善管理，八名员工背叛一起创立了仙童半导体公司；

硅谷八叛徒：诺伊斯、摩尔、布兰克、克莱尔、赫尔尼、拉斯特、罗伯茨、格里尼克；

1959年，仙童半导体公司发明“集成电路”；

集成电路发明者为杰克·基尔比（基于锗（Ge）的集成电路）和罗伯特·诺伊斯（基于硅（Si）的集成电路）。

1968年，摩尔等人离开仙童半导体公司；

摩尔定律：揭示了信息技术的进步速度，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增一倍，整体性能也提升一倍。

1969年，仙童公司销售部负责人桑德斯离开，创立AMD公司；

1970年仙童公司生产出第一个较大容量的半导体存储器；

单芯片容量：1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB等

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冯诺依曼—现代计算机之父

第一台冯诺依曼结构计算机EDVAC

ENIAC和EDVAC的建造者均为宾夕法尼亚大学的电气工程师约翰·莫奇利和普雷斯波·艾克特。

数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则，即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备），这套理论被称为冯·诺依曼体系结构。

在计算机系统中，软件和硬件在逻辑上是等效的。

例：对于乘法运算可设计一个专门的硬件电路实现，也可以用软件的方式执行多次加法运算实现。

工作原理：控制器分别控制每个部分工作，首先输入设备将信息转换成机器识别的形式，存放到存储器里，然后运算器负责将这些数据进行一系列运算后将结果再存到存储器里，最后有运算器调用数据给输出设备数出结果，以运算器为中心。

冯诺依曼计算机特点：

1.计算机由五部分组成；

2.指令和数据以同等的地位存于存储器，可按地址访问；

3.指令和数据用二进制表示；

4.指令由 *** 作码和地址组成；

5.首次提出存储程序概念；

存储程序概念：指将指令以二进制代码的形式先输入计算机的主存储器里面，然后按其在存储器当中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按改程序的规定顺序执行其他指令，直至程序结束。

6.以运算器为中心；

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现代计算机：以存储器为中心、CPU=运算器+控制器

现代计算机结构