计算机基础专升本笔记四 计算机系统

计算机系统

    计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统
组成。且是按照存储程序的方式工作的。计算机硬件就是由各种电子器件按照一定逻辑连接而成，看的见摸得着，是计算机系统的物质基础，计算机软件系统是计算机运行工作服务的全部技术资料和各种程序，看得见摸不着。若将计算机比作人的话，硬件系统好比人的躯体，软件系统好比人的灵魂，二者只有共同存在，相互协作才能发挥作用。

一、计算机工作原理

    （1）指令：指示计算机执行某种操作的命令，是控制计算机进行各种操作和运算的代码，用二进制表示，由操作码和地址码组成。操作码指明该指令执行什么性质和类型的操作，地址码表示该指令的数据从哪来在哪执行。
    （2）指令系统：一台计算机所有指令的集合称为计算机指令系统。计算机的系统，指令系统也不同。常见的有复杂指令系统（CISC）和精简指令系统（RISC）。
    （3）存储程序工作原理：计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是“存储程序”工作原理。是由美籍匈牙利科学家冯·诺依曼提出来的，故称为冯诺依曼原理，其基本思想是存储程序与程序控制。
    （4）计算机的工作的过程：计算机的工作过程是在控制器的控制下完成工作的，具体工作过程课归结为一下四步：
    ①取指令；
    ②分析指令；
    ③执行指令；
    ④上述步骤完成后，指令计数器加1，为执行下一条指令做好准备。

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二、计算机硬件系统

    部件和设备依据计算机系统结构的要求构成一个有机整体，称为计算机硬件系统。
    未配置任何软件的计算机叫裸机，装了操作系统的就不是裸机。（这里需要特别注意和我们平时买电脑时说的裸机不同，我们买的裸机已经安装了操作系统）

计算机硬件系统的组成

    硬件系统五大组成部分：输入设备、输出设备、存储器、控制器、运算器。

    （1）输入设备：将外部数据导入到计算机中。将原始数据、程序等用户能够识别和处理的信息通过输入接口输入并转换为计算机能识别和处理的二进制代码。鼠标、键盘、扫描仪、数字化仪、条形码阅读器、数码相机、A/D转化器等。
    （2）输出设备：从计算机中输出信息的设备。将计算机处理的数据、计算机结果等内部二进制代码信息，转换成用户能识别和处理的信息形式。显示器、打印机、音箱、绘图仪、各种数/模转换器(D/A)等。
    （3）存储器：是计算机中用于存放程序和数据的部件，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。存储器由具有两种稳定状态的物理器件（也称为记忆元件）存储信息，两种稳定状态分别表示为0和1。存储器由成千上万个存储单元构成，每个存储单元存放一定位数的二进制数，并且都有唯一的编号，称为存储单元的地址。存储单元是基本的存储单位。
    存储器分为内存（主存）和外存（辅存）。

    内存（主存储器）
    ROM用于存放固定的程序和数据，断电后可长期保存，容量较小，一般存放系统的基本输入输出系统；RAM既可读出信息又可写入信息，断电后所存的信息会丢失；Cache是介于RAM和CPU之间的高速小容量存储器。

    外存（辅存储器）
    外存存储速度缓慢，存储容量大。

    内存和外存的区别

    各类存储器读写速度比较：
        CPU > Cache > RAM > 硬盘 > 光盘 > 软盘

    （4）运算器：由算术逻辑运算单元和寄存器组成。算术逻辑运算单元用来完成加减乘除四则运算以及与或非和位移操作。寄存器用来提供参与运算的操作数，并存放运算的结果。
    （5）控制器：是整个计算机系统的控制中心。运算器和控制器合称为中央处理器（CPU），用最先进的超大规模集成电路技术来制造中央处理器，即CPU芯片。

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三、计算机软件系统

    软件系统分为系统软件和应用软件。

系统软件

    系统软件是计算机系统中最靠近硬件的部分。系统软件是管理、监控和维护计算机资源(软硬件)、开发应用软件的软件。系统软件包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统和系统服务程序。
    （1）操作系统(OS)：人与计算机进行通信的接口，是其他软件建立和运行的基础，是所有软件的核心。如Windos，Mac OS，Linux，Unix等。
    （2）语言处理程序：最主要的功能是将面向用户的高级语言或汇编语言编写的源程序翻译成机器可执行的二进制语言。
    （3）数据库管理系统(DBMS)：一组软件的集合，用它可以建立、管理、维护和使用数据库等。如Access，Oracle，MySQL，SQLserver。
    （4）系统支撑和服务程序：用户维护和使用计算机时所使用的程序。又称工具软件，如系统诊断程序、调试程序、排错程序、编辑程序、查杀病毒程序等。

应用软件

    应用软件是用户用计算机软、硬件资源解决各类应用问题而编写的软件，包括程序、文档和数据。即为解决各类应用问题而编写的软件称为应用软件。如Microsoft Office、WPS、QQ等。

程序设计语言

    开发应用软件必须借助相应的程序设计语言，程序设计语言主要经历了机器语言、汇编语言和高级语言三个阶段。
    （1）机器语言：由二进制代码0，1组成，是计算机唯一能识别的、直接执行的语言。优点是执行速度快，缺点是编写难度大、通用性差和移植性差。
    （2）汇编语言：是一种符号化的机器语言，不能直接被计算机所识别，必须将其翻译成机器语言才可被执行。机器语言和汇编语言都是面向机器的语言，都属于低级语言。
    （3）高级语言：面向过程的高级语言（BASIC、Pascal、C等），面向对象的高级语言（Visual BASIC、Visual C、Visual FoxPro、C++、Java等）。
    判断是哪类编程语言的时候，高级语言都是英文，如再进一步判断，现在的编程语言大多数是面向对象的，因为面向对象对人们编程更加友好，所以记一下面向过程的语言，除此之外都是面向对象的高级语言。
    高级语言编写的程序同样不能被计算机所直接识别，需经相应的语言处理程序先翻译成汇编程序或机器语言才能被计算机理解并执行。这种语言处理程序又有解释程序和编译程序之分：
    ①解释程序：对源程序一边执行翻译一边执行，不产生目标程序。(Python，JavaScript等)
    ②编译程序：翻译程序，产生目标程序，其翻译的过程称为编译。(C，C++，Java等)
    

程序设计

    （1）软件：计算机运行所需的程序、数据和有关的文档的总和；
    （2）程序：解决某一种具体问题的指令序列；
    （3）数据结构：是计算机存储、组织数据的方式，是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合；是一种抽象的数据之间的关系（数据结构是由相互之间存在着一种或多种关系的数据元素的集合和该集合中数据元素之间的关系组成）；
    （4）算法：是解决某一特定问题的一组有穷规则的集合；由有限个步骤组成的用来解决问题的具体过程；即解决问题的一系列步骤；
    （5）程序 = 数据结构 + 算法；
    （6）软件 = 程序 + 数据 + 文档；
    （7）常用的数据结构：数组，栈，链表，队列，树，图，堆，散列表等；
      线性结构：线性表、栈、队列、串、数组；
      非线性结构：广义表、树、图。