计算机系统

一、计算机的基础

1.1 计算机基础

1.1.1 计算机基础概述

Java是一门编程语言，语言有英语、法语、俄罗斯语等，仅我们国家就有汉语、藏语、满语等，但不管是什么语言，都是用来沟通的介质。其表达意思的本质都是一样的，程序员编程的本质就是让计算机去工作，而编程语言就是程序员与计算机沟通的介质程序员要想让计算机工作，必须知道计算机能干什么，怎么干的，这也就是我们必须学习计算机基础的原因；

程序员用编程语言写程序，最终开发出的结果就是一个软件 ，这些软件必须运行在操作系统之上，你肯定会问：为何要有操作系统呢？

没错，远古时代的程序员确实是在没有操作系统的环境下，用编程语言直接操作硬件来编程的，你可能觉得这没有问题，但其实问题是相当严重的，因为此时你必须掌握如何操作硬件的所有具体细节，比如如何具体操作硬盘（现在你得把硬盘拆开，然后你能看见的所有的东西，你都得研究明白，因为你编程时要用到它），这就严重影响了开发的效率；

Tips：操作系统的出现就是运行于硬件之上，来控制硬件的，我们开发时，只需要调用操作系统为我们提供的简单而优雅的接口就可以了；

所以要运行一个我们开发的软件需要有硬件的支持、操作系统的支持、编写成功的软件；其中软件是运行在操作系统之上的；

1.1.2 计算机系统简介

计算机系统分为硬件系统和软件系统两大类，如图所示：

1.1.3 计算机硬件组成

计算机硬件有五大部分：

• 1）控制器：计算机的指挥系统。控制器通过地址访问存储器，从存储器中取出指令，经译码器分析后，根据指令分析结果产生相应的操作控制信号作用于其他部件，使得各部件在控制器控制下有条不紊地协调工作。

• 2）运算器：实现算术运算和逻辑运算的部件。

• 3）存储器：是计算机用来存放所有数据和程序的记忆部件。它的基本功能是按指定的地址存（写）入或者取（读）出信息。 计算机中的存储器可分成两大类：一类是内存储器，简称内存或主存；另一类是外存储器（辅助存储器），简称外存或辅存。 存储器由若干个存储单元组成，每个存储单元都有一个地址，计算机通过地址对存储单元进行读写。一个存储器所包含的字节数称为存储容量，单位有B、KB、MB、GB、TB等。

• 4）输入设备：是向计算机中输入信息（程序、数据、声音、文字、图形、图像等）的设备。常见的输入设备有：键盘、鼠标、图形扫描仪、触摸屏、条形码输入器、光笔等。 外存储器也是一种输入设备。

• 5）输出设备：主要有显示器、打印机和绘图仪等。外存储器也当作一种输出设备。

控制器+运算器=CPU，CPU、内存(主存储器)以及其他I/O设备都由一条系统总线（bus）连接起来并通过总线与其他设备通信

• CPU：类似于人的大脑，负责控制全身和运算

• 主存：主存（内存）是人的记忆，负责临时存储

• 输入设备（Input）：是耳朵或眼睛或嘴巴，负责接收外部的信息存入内存，如键盘、鼠标、话筒、写字板等用于接收外部信息指令的设备

• 输出设备（Output）：是你的脸部（表情）或者屁股，负责经过处理后输出的结果，如显示器、打印机等设备；

以上所有的设备都通过总线连接，总线相当于人的神经

现代计算机的结构更复杂，包括多重总线

上课开始，老师讲课，学生听课，老师是程序员，学生是计算机，学生的器官都是计算机各部分组成

1、你通过耳朵接收老师讲的知识（输入）

2、通过自己的神经，将接收的数据存入自己的内存/短期记忆（总线、内存）

3、光听不行，你还需要反应（处理）老师讲的知识，于是你的大脑（cpu）从短期记忆里取出知识（指令），分析知识（指令），然后学习知识/执行指令 （cpu取指、分析、执行）

4、你通过作业或者说话输出你学到的结果

5、你想要永久将知识保存下来，只能拿出一个笔记本，把刚刚学会的知识都写到本子上，这个本子就是硬盘（磁盘）

综合上面所说的，我们知道其实计算机是由五大单元：CPU（控制单元、算术逻辑单元）、主存储器、输入单元、输出单元构成的。也可以说CPU+主存储器+输入输出构成了电子计算机的三大核心组件：

1、控制单元+算数逻辑单元=>CPU

2、主存储器，即内存

3、输入单元Input+输出单元Output=>IO设备