计算机的基本概念

计算机组成原理（学习电子科技大学的慕课课程笔记）

1.1计算机的基本概念

自从1946年世界诞生第一台计算机以来，计算机的发展已经经历了73年，人类社会现在已经悄然进入到信息化时代，计算机更是渗透到生活的方方面面，那么什么是电子计算机呢？

电子计算机 ：是一种可以存储程序，并且通过执行程序指令，可以自动、高速、精确地对数字信息进行各种复杂处理,然后输出运算结果的高科技智能电子设备。

从计算机的基本定义我们可以看到，计算机具备这样一些显著的特征：

1. 计算机能够存储程序 ，电子设备有多种多样，并不是所有的电子设备都能够存储程序，计算机就能够存储程序；
2. 计算机不仅可以存储程序，还可以执行程序指令，通过执行程序指令，可以对数字信息进行各种复杂处理，这里的数字信息指的就是用0和1这样的二进制代码来表示的各种各样的信息，对信息进行数字化表示以后，小到基本的算数运算或逻辑运算，大到复杂的信息的加密解密、图像识别等等，这些都可以通过计算机来实现；
3. 处理以后计算机还能够输出运算的结果，它可以通过显示器、把处理的结果用文本或者用图像的方式进行显示。计算机就是这样一种高科技的智能电子设备，能够存储程序、执行程序，对信息进行复杂处理、最后输出运算结果；

5个功能（逻辑）模块

一个计算机系统主要包括5个功能（逻辑）模块：

1. 第一个模块就是输入设备，我们常见的鼠标、键盘、触摸屏等等，都是属于输入设备；
2. 第二个功能模块是存储器，有直接集成在cpu当中的cache缓存、有主存、有磁盘、有光盘等等，这些都是属于存储器的范 畴；
3. 另外还有输出设备，常见的有显示器、打印机、投影；
4. 另外还有一个逻辑模块是运算器，运算器的主要功能作用就是执行基本的算数运算和逻辑运算，通过基本的算数运算和逻辑运算来实现更加复杂的运算；
5. 最后还有一个模块是控制器，控制器的主要作用就是来产生控制信号去控制计算机系统执行指令执行程序，完成复杂的功能；

计算机系统中这五个主要的逻辑模块并不是相互独立的，而是通过数据通路和控制通路相互连接形成一个有机的整体，这样才能实现计算机对信息的处理功能。

为了进一步展示这五个逻辑模块之间的关系，我们用绿色的箭头来表示指令信息，用黄色的箭头线来表示数据信息，用天蓝色的箭头线来表示控制信号，最后用白色的箭头线来表示状态信息，我们就通过这些带颜色的箭头线进一步展示这五个逻辑模块之间的相互关系。

信息从输入设备输入到计算机以后在存储器当中进行存储，存储器当中保存的数据经过运算器的运算，运算的结果还会进一步返回到存储器当中进行存储，最后再把运算的结果通过输出设备进行输出，给用户展示，信息经过输入设备、存储器、运算器，经过输出设备输出这个完整的过程，它并不能自主执行，必须要在控制器的控制作用之下，通过控制器产生的控制信号来控制这些逻辑功能模块才能够实现。那么控制器是通过什么样的方式来控制这些功能部件，实现信息的输入、存储、运算和输出呢？或者说控制器产生控制信号的依据是什么呢？首先控制器需要从存储器当中接收指令，同时也需要从运算器当中接收运算器返回的状态信息，也要从输入设备接收输入设备的状态信息，同时也要从输出设备接收状态信息，另外也需要从存储器接收状态信息，控制器接收到指令以及从其它部件接收到返回的状态信息以后，在时钟信号的驱动之下，控制器就能产生正确的控制信号，一方面控制信号去控制存储器、另外一方面也去控制运算器，控制运算器的不同操作、产生的控制信号也需要去控制输入设备、同时也需要控制输出设备。

从计算机系统这五个主要的功能模块它们之间的相互逻辑关系，我们可以看到控制器非常重要非常关键，它是计算机系统的核心，就相当于是计算机系统的大脑，整个计算机系统都要在控制器产生的控制信号控制作用之下才能够形成一个有机整体，相互配合协调一致，完成指令的执行，从而实现各种复杂的功能目标。

随着半导体的不断发展，到现在，计算机当中两个主要的功能模块：运算器和控制器，已经集成在小小的芯片当中，这块芯片就是中央处理单元（CPU），现在比较先进的CPU当中，不仅集成了运算器和控制器，甚至还集成了主存控制器，现在的CPU已经发展到了多核多线程的高级阶段，在计算机系统当中，CPU承担了运算和控制功能，它是计算机的核心部件，是计算机的大脑，计算机的一切功能操作，都需要通过CPU执行指令才能够实现

感谢慕课和电子科技大学分享的课程知识。