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计算机基础知识
1.1 计算机系统的组成
计算机硬件结构
计算机的硬件组成
计算机有运算器(对数据加工处理的部件,主要完成算术和逻辑运算)、控制器(从主存中取出指令,并指出下一条指令在主存中的位置。)、主存储器(计算机系统中的记忆设备,用来存放程序、原始数据、中间结果及最终结果)、输入设备(把程序和原始数据转换成计算机中表示的二进制数,输入到计算机的主存中)和输出设备(把运算处理结果按照人们所要求的形式输出的外部存储介质上)五大部件组成。
2、计算机硬件的典型结构
计算机软件系统
1.程序设计语言(用来编写程序的语言,是人和计算机之间交流信息所用的一种工具,通常分为机器语言、汇编语言、高级语言及4GL语言。)
机器语言:能够之间被计算机识别和执行的语言,机器语言程序师用二进制代码编写的指令序列。优点是计算机能够直接执行,缺点是难读、难懂、易出错。
汇编语言:为克服究其原因的缺点而创造。
高级语言(算法语言):是程序设计可以脱离具体的计算机结构,不必了解其指令系统。
翻译程序:编译程序(将源程序加工处理产生一个与之等价的目标程序,目标程序再经过链接程序作用产生可执行程序,让后直接运行可执行程序,便得到运算结果。);解释程序(对源程序逐条语句翻译,翻译一条,执行一条,不产生任何目标程序文件,更不会产生可执行程序。)
4GL(第四代语言):只需要告诉计算机做什么,而不必告诉它怎么做,计算机就会自动完成所需的操作。
2.系统软件
操作系统:系统软件的核心,负责管理和控制计算机系统硬件资源和软件资源,是用户和计算机之间的接口。
通常操作系统的五方面功能:
进程管理:主要是对处理机进行管理。为了提高CPU的利用率,采用了多道程序技术。
存储管理:将有限的主存空间合理地进行分配以满足多道程序运行的需要。
设备管理:对计算机系统中除CPU和主存以外的所有输入/输出设备的管理。
文件管理:有效地组织存储、保护文件,以方便用户访问。
作业管理:确定用户如何向系统提交作业、以及操作系统如何组织和调度这些作业的运行,以提高整个系统的运行效率。
按不同的应用环境,操作系统可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和网络操作系统。
计算机工作原理
计算机中数据的表示
带符号的二进制数的表示(正位0、负为1)
3.字符编码
任何字符进入计算机之前,都必须转换成二进制数表示的形式,称为字符编码。
1.2.2 中央处理器CPU
通常把运算器和控制器合称为中央处理器(CPU),在微机中,则称为微处理器(MPU)
分类:随机存储器(RAM,断电信息丢失)和只读存储器(ROM)
磁盘存储器(由盘片、驱动器、控制器和接口组成。)
格式化:物理格式化(低级格式化 把磁道划分为若干扇区,扇区有划分为标志区和数据区))和逻辑格式化(高级格式化)
1.2.4 输入设备
图像输入设备(摄像机);语音输入设备(语音识别);图形输入设备(键盘、光笔、鼠标器、图形板和游动标)。
1.2.5 输出设备
显示器、打印机、绘图仪等。
串行打印设备是逐字打印,并行打印设备是一次输出一行,并行快于串行。
计算机体系结构
计算机体系结构的发展突破了冯·诺依曼结构的两条最主要的约束:计算机内部的信息流动是由指令驱动的,而指令驱动的顺序是有串行计数器决定的;计算机的应用主要是面向数值计算和数据处理。
体系结构的分类
Flynn分类法:按指令流和数据流的不同组织方式分为四类:单指令流单数据流(SISD)))))
存储结构与存取方式(操作数可放在何处,采用什么样的存储结构与存取方式;其地址信息以何种形式给出。)
操作数可放在(CPU中的寄存器;主存储器;堆栈;外存储器;外围设备)
常见寻址方式:指令的寻址方式(顺序寻址方式;转移寻址方式)。操作数的寻址方式(立即寻址;直接寻址;)。
1.3.4 存储系统
1.存储系统的层次结构
2.存储器的分类
3.高级缓冲存储器
Cache的基本结构:Cache由存储体、地址映像(直接映像;全相联映像;组相联映像)和替换机构组成。
Cache的读写操作(读操作;写操作(写回发,写直达法);)。
1.3.5 I/O通道
通道是一种通过执行通道程序管理I/O操作的控制器,它使CPU与I/O操作达到更高的并行度。
通道的功能:执行通道指令、组织外围设备和主存进行数据传送,按I/O指令要求启动外围设备,向CPU报告中断等。
CPU对通道的管理:CPU通过执行I/O指令和处理来自通道的中断实现对通道的管理,来自通道的中断有两种:数据传送结束中断和故障中断。
通道对设备控制器的管理:通道通过使用通道指令控制设备控制器进行数据传送,并以通道状态字接收设备控制器反映的外围设备的状态。设备控制器是通道对I/O设备实现传送控制的执行机构。
2.通道的类型:按工作
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