计算机原理学习笔记

学习目标

• 了解计算机历史
• 计算机硬件系统
• 计算机软件系统

计算机历史

现代计算机的发展经历了以下几个时期：

1. 电子管计算机：（1946-1958）
   电子管计算机使用电子管作为基本元器件，代表机型埃尼阿克，没有操作系统，使用汇编语言和机器语言编程，主要用于特定的领域，比如科学计算，军事等，埃尼阿克就是因为美国军方需要计算炮弹弹道而产生的。
2. 晶体管计算机：（1958-1964）
   晶体管计算机主要使用晶体管作为基本元器件，元件体积减小，计算能力较第一代产生了飞跃，制造高速电子计算机成为可能。
3. 中小规模集成电路：（1964-1971）
   60年代中期，半导体工艺发展，成功制造了集成电路，计算机开始使用集成电路来作为主要元器件，主存储器开始使用半导体。
   同时，计算机语言也得到了发展，产生了标准化的程序设计语言和人机会话式的BASIC，操作系统出现在计算机的世界。
   在应用领域上，也扩展到了企业管理、自动控制等领域，不再局限于科学计算等领域。
4. 第四代：（1971至今）
   超大规模集成电路，在这个时代，计算机计算速度有了很大的提高，计算机操作系统更加完善，计算机语言也呈现百花齐放的状态，软件工业崭露头角。

计算机硬件系统

计算机硬件是指一切构成计算机的物理实体

现代计算机硬件的构成思想为冯·诺伊曼思想，根据冯·诺伊曼思想，将计算机分为以下五大模块

• 运算器（完成算术运算，逻辑运算）
• 控制器（控制指令的执行序列，根据指令的功能给出实现指令功能所需要的控制信号）
• 主存储器（也成为内存储器，存放程序以及数据）
• 输入设备（将人类能够识别的信息转换为计算机能够识别的信息）
• 输出设备（将计算机产生的人类不能识别的信息转换为人类能够识别的信息）

结构图如下：

CPU的组成

CPU是一个计算机的心脏，在冯·诺伊曼体系统，CPU是由两个模块组成的，运算器负责运算，控制器负责调度。

控制器

控制的作用主要有以下三点：

• 从内存中取出一条指令，并指出下条指令的地址
• 对指令进行译码，并产生相应的指令
• 指挥控制CPU、内存和I/O设备之间的数据传输

运算器

运算器的工作较控制器来说相对单一：加工信息

• 算术运算（对数进行运算）
• 逻辑运算（进行逻辑运算）

计算机软件系统

• 计算机硬件系统是载体，软件系统是灵魂
• 软件系统包括系统软件和应用软件
• 计算机软件系统是一切程序的集合
• 固件：具有软件功能，具有硬件形态的部件

对软件的理解

• 将算法、规则、规律进行程序化表达，使用计算机代替人工
• 软件包含程序和数据，软件操作数据，产生数据
• 软件的核心是算法，算法指导了程序操作数据的方法

计算机软件系统分类

• 计算机软件系统分为系统软件和应用软件，系统软件为应用软件提供运行环境和服务

计算机系统总结