计算机组成基础
一.计算机的发展及应用
1.计算机的发展
1946年世界上第一台计算机ENIAC由美国宾西法尼亚大学研制成功。
从元器件来说，计算机发展大致经历了四代的变化：
第一代为1946～1957年，电子管计算机：数据处理。
第二代为1958～1964年，晶体管计算机：工业控制。
第三代为1965～1971年，中小规模集成电路：小型计算机。
第四代为1972～1990年，大规模和超大规模集成电路：微型计算机。
2.计算机的分类及特点
1）计算机分类
按用途分类：通用计算机和专用计算机
按规模及性能分类：巨型计算机、大/中型计算机、小型计算机、微型计算机、工作站和服务器。
按计算机的原理分类：模拟式电子计算机、数字电子计算机和数字模拟混合式电子计算机。
2）计算机特点
自动控制能力；
处理速度快、精度高；
“记忆”能力强；能进行逻辑判断；
很高的计算精读；
支持人机交互；通用性强。
计算机的体系结构仍在继续发展，其发展趋势是智、多、网、巨、微
3）计算机主要应用领域
可应用于科学计算、信息处理、过程控制、计算机辅助系统和人工智能5个方面。
一些英文缩写的含义：
计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）
计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）
计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）
计算机辅助测试（Computer Assisted Testing，CAT）
计算机集成制造（Computer Integrated Making System，CIMS）
办公自动化（Office Automation，OA）
人工智能（Artificial Intelligence，AI）
二.计算机的基本组成
1.计算机的组成结构
2.计算机硬件系统
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。冯·诺依曼提出了电子计算机中存储程序的概念，并对电子计算机的硬件体系结构进行了定义，这就是“冯·诺依曼原理”。
其主要核心思想有三点： （1）使用二进制。 （2）存储程序和程序控制。 （3）一个完整的计算机硬件系统应该由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
1）cpu
CPU即中央处理器，能够执行各种指令，完成对数据进行处理的部件。
CPU一般由运算器、控制器组成。
1.运算器 运算器是计算机对数据进行加工处理的中心，对二进制数码进行算术运算或逻辑运算，所以也称为算术逻辑部件。 计算机的运算速度通常是指每秒钟能够执行加法指令的数目。通常用百万次/每秒（MIPS）来表示。 “双核”就是指CPU上集成两个运算核心。
2.控制器 控制器是计算机的控制中心，由它指挥各个部件自动、协调地工作。
运算器+控制器=中央处理器（CPU）。
2）cpu的主要性能指标
主频：也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。主频=外频×倍频系数。
外频：是CPU的基准频率，单位也是MHz，是CPU与主板之间同步运行的速度。
倍频系数：是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。
前端总线（FSB）频率：即总线频率，是CPU与内存直接数据交换速度。
缓存：可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，因此速度很快。
2）存储器
1. 内存储器：简称内存或主存
（1）只读存储器（ROM）：是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中，并且资料不会因为电源关闭而消失。
（2）随机存储器（RAM）：也称读写存储器，存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。
（3）高速缓冲存储器（CACHE）：在计算机存储系统的层次结构中，介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。它和主存储器一起构成一级的存储器。
2. 外存储器 外存储器（辅助存储器）：简称外存
例如：硬盘、U盘、光盘、软盘。
存储器的读取速度 Cache > RAM > ROM >外存。
3）输入设备
输入设备可以将外部信息（比如文字、数字、声音、图像、程序、指令等）转变为数据输入到计算机中，以便进行加工、处理。输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。 键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等都属于输入设备。
4）输出设备
输出设备用于将存放在内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的形式。常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪、音箱等。
3.计算机软件系统
1）软件与程序
计算机软件：是指计算机系统中的程序及其文档。软件是用户与硬件之间的接口界面。用户主要是通过软件与计算机进行交流。
程序：是按照一定顺序执行的、能够完成某一任务的指令集合（程序=算法+数据结构） 程序设计语言：人们让计算机完成某项任务的语言
（1）机器语言：直接在计算机硬件上执行（0、1序列指令）
（2）汇编语言：符号语言，需要编译才能执行
（3）高级语言：接近自然语言（编译方式和解释方式执行）
2）软件的分类
软件可以分为系统软件和应用软件。
1. 系统软件 系统软件指控制和协调计算机及外部设备，支持应用软件开发和运行的系统，是无需用户干预的各种程序的集合，主要功能是调度，监控和维护计算机系统；负责管理计算机系统中各种独立的硬件，使得它们可以协调工作。
（1）操作系统 比如：window系列、linux、unix
（2）语言处理程序 比如：C、VB、pascal
（3）数据库管理系统 比如：SQL server、DB2、access、VFP
（4）网络管理软件 比如：SNMP
（5）常用的服务程序 比如：IIS
2. 应用软件 应用软件是在计算机硬件和系统软件的支持下，为解决各类专业和实际问题而设计开发的一类软件。
4.计算机编码
1） ASCII码
ASCII码使用指定7位或8位二进制数组合来表示128或256种可能的字符
包括32个通用控制字符，10个阿拉伯数字，52个英文大、小写字母，34个专用符号。
ASCII码从小到大排序: 控制字符(32个)→数字(0<1<…<9)→大写字母(A<B<…<Z)→小写字母(a<b<…<z)
2） 汉字编码
计算机中汉字的表示也是用二进制编码，一个汉字=两个字节。
根据应用目的的不同，汉字编码分为外码、交换码、机内码和字形码。
目前常用的外码有拼音码、五笔字型码、自然码、表形码、认知码、区位码和电报码等。
根据国标码的规定，每一个汉字都有确定的二进制代码，在微机内部汉字代码与磁盘上记录汉字代码都用机内码。
字形码是汉字的输出码，输出汉字时都采用图形方式，无论汉字的笔画多少，每个汉字都可以写在同样大小的方块中。通常用16×16点阵来显示汉字。