计算机基本组成通俗讲解

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  一、什么是计算机

     计算机对于大部分人来说，最直观的认识无非就是一台电脑。那么一台计算机是由什么组成的？从术语上来说，计算机系统是由"硬件"和"软件"两大部分组成的。

      计算机硬件（Computer hardware）是指计算机系统中由电子，机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。通俗点从外观上来看，由主机箱和外部设备组成。主机箱内主要包括CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各种扩展卡、连接线、电源等；外部设备包括鼠标、键盘等。

      计算机软件是看不见摸不着的，由人们事先编制好的具有各类特殊功能的程序组成。通常把这些程序存放在计算机的主存或辅存里面。软件又分为两大类：系统软件和应用软件。系统软件又称为系统程序，主要是用来管理整个计算机系统，监控服务，使系统资源得到合理调度，高效运行，最具有代表性的就是操作系统。应用软件是根据用户根据任务需要所编制的各种程序，比如微信，QQ，钉钉等。

二、计算机系统层次结构

     计算机系统层次是什么，是怎样将软件结合硬件跑起来的？早期的计算机只有机器语言（0、1代码表示的语言），开发者难度极大，并容易出错，但用户编写的机器语言程序可以直接在机器上面执行。直接执行机器语言的机器称为实际机器M1。

      20世纪50年代出现了汇编语言，使用符号ADD,SUB,MUL,DIV等分别表示加减乘除等操作，是程序员不用使用复杂的二进制代码来编写程序。但机器只能识别机器语言，并不会识别汇编语言，那怎么办呢？所以就出现了带有能将汇编语言翻译成机器语言的功能的机器，即M2。M2并不是一台实际机器，它只是人们感到存在的一台具有翻译功能的机器，称为虚拟机。

      接下来又出现了更高级的语言，如C、BASIC、PASCAL等，这类高级语言对问题的描述十分接近人们的习惯，并且还具有较强的通用性。当然，机器M1本身是不能识别高级语言的，因此在进入机器M1之前，必须先将高级语言程序翻译成汇编语言，再将其翻译成机器语言程序。实际上在实际机器M1和虚拟机器M2之间还有一级虚拟机器，它是操作系统软件构成的。整个层次架构如下图所示。

      从计算机系统的多级层次结构来看，可以将硬件研究的主要对象归结为传统机器M1和微程序M0。软件的研究对象主要是操作系统级以上的各级虚拟机。软件和硬件交界界面的划分并不是一成不变的，随着超大规模集成电路技术的不断发展，一部分软件功能将由硬件来实现，例如目前的操作系统已经实现了部分固化。

三、计算机的基本组成

    上面大概描述了计算机层次结构，那么具体的计算机里面由什么组成的？计算机主要由两大类，冯·诺伊曼计算机以及现代的计算机。无论是哪两种计算机，都是由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。冯·诺伊曼计算机是以运算器为中心，如图3.1所示。现代计算机是以存储器为中心，如图3.2所示。

图3.1

                                                                                              图3.2

图中各部件的功能如下：

（1）运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存于运算器内。

（2）存储器用来存放数据和程序

（3）控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。

（4）输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见的有键盘、鼠标等。

（5）输出设备用来将人们熟悉的信息形式转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出、显示器输出等。

      计算机的五大部件在控制器的统一指挥下，有条不紊地自动工作。由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密，尤其在大规模集成电路制作工艺出现后，这两个部件往往集成在同一芯片上，因此通常将它们合起来统称为中央处理器（CPU）。把输入设备与输出设备简称为I/O设备。

     因此，现代计算机可认为由三大部分组成：CPU、I/O设备以及主存储器。CPU与主存储器合起来又称为主机。

参考：计算机组成原理（唐朔飞）

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最后

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