【计算机组成原理】计算机系统概述

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于 2024-11-29 20:13:00 首次发布

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1. 计算机系统简介

计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。从最初的大型机械计算机，如1946年诞生的第一台电子数字积分计算机（ENIAC），其体积庞大、耗能高但开启了电子计算机时代，到如今的微型计算机、笔记本电脑、智能手机等多样化的计算设备，计算机经历了多个发展阶段，性能不断提升，功能日益强大，应用范围也越来越广泛。

计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。
- 硬件系统：是计算机的物理实体部分，包括各种电子元件、机械部件等，例如中央处理器（CPU）、存储器（内存、外存等）、输入设备（键盘、鼠标等）、输出设备（显示器、打印机等），它们协同工作来完成数据的输入、存储、运算和输出等操作。
- 软件系统：可以分为系统软件和应用软件。系统软件如操作系统（Windows、Linux、macOS等），负责管理和协调计算机硬件资源以及为用户提供一个方便使用的界面；应用软件则是针对不同的应用场景开发的程序，像办公软件（Word、Excel等）、图形图像处理软件（Photoshop等）等，满足用户在工作、娱乐等方面的各种需求。

CPU的功能与组成：CPU是计算机的核心部件，主要功能包括指令控制（按顺序取出并执行指令）、操作控制（控制各个部件协同完成指令规定的操作）、时间控制（对各种操作实施时间上的定时）以及数据加工（对数据进行算术运算和逻辑运算）。它由运算器、控制器和寄存器组等部分构成。运算器负责执行算术和逻辑运算，例如加法、减法以及与、或、非等逻辑操作；控制器则指挥整个计算机系统有条不紊地工作，通过产生各种控制信号来协调各部件；寄存器组用于暂存指令、数据和地址等信息，方便CPU快速访问和处理。
CPU的性能指标：常见的性能指标有主频（CPU内核工作的时钟频率，在很大程度上决定了CPU的运算速度）、字长（CPU一次能处理的二进制数据的位数，如32位、64位等，字长越长，数据处理能力越强）、缓存（位于CPU内部的高速缓冲存储器，用于缓解CPU与内存之间速度不匹配的问题，缓存容量越大，对CPU性能提升越有帮助）等。