计算机组成原理

什么是计算机

• 计算机也称为”电脑”
  • 电脑二字蕴含了人类对计算机的终极期望
  • 希望它能像人脑一样工作，取代人力并解放人力

为什么有计算机

• 为什么要有计算机，或者人类为什么要造计算机
  • 为了执行人类的程序，从而将人力解放
  • 所以在造计算机的时候把它的每一部分都设计的像人类一样

计算机五大组成部分

计算机有五大组件组成，可以八计算机的五大组件比喻成人类器官

• 控制器
• 运算器
• 存储器
• 输入设备
• 输出设备

CPU

• 控制器
  • 作用：计算机的指挥系统，主要负责控制计算机其他所有组件如何工作
  • 例如：控制行为、动作
  • 类比：人类大脑
• 运算器
  • 作用：主要包含数学运算、逻辑运算
  • 例如：1+1=逻辑运算
  • 类比：人类大脑

内存/硬盘

• 存储器I/O
  • 作用：负责程序数据的存取
  • 分类
    • 内存：内存基于电工作，通电就可以存储数据
      • 优点：存取数据快
      • 缺点：断电数据会丢失，仅能临时存储数据
    • 外存：外置硬盘，基于磁工作
      • 优点：断电数据不会丢失，永久保存数据
      • 缺点：存取速度慢
  • 类比：
    • 内存：大脑的记忆功能（快、短期记忆）
    • 硬盘：随身携带的记事本（慢、长期记忆）
  • 如果程序的数据要快存快取
    • 第一步：将应用程序存储至硬盘中，如果不用则存储下来即可
    • 第二步：如果需要使用改程序，一定需要将硬盘的数据加载到内存中
    • 第三步：最后CPU读取内存中的指令，进行分析和处理；从而保证程序的执行速度

输入设备

• 输入设备Input
  • 作用：往计算机里输入内容
  • 例如：看到的、听到的
  • 类比：人类眼睛、耳朵

输出设备

• 输出设备Output
  • 作用：计算机向外输出数据的工具
  • 例如：说的话、发布的文章
  • 类比：人类嘴巴、写字

计算机三大核心硬件

将五搭组成进步提炼出其中的三大核心硬件（CPU、内存、磁盘），一个程序的运行与三大核心有着密切关系

• 控制指令
  • 计算机所有组件都受CPU控制
• 任务反复运行
  • 内存只能短暂记忆数据，断电后数据消失
  • 编写好的程序或软件必须存储在硬盘上
• 运行速度
  • CPU速度远高于硬盘，每次都从硬盘中读取一条数据处理会浪费大量世界
  • 我们会将数据存储在硬盘，将数据加载到内存中，再由CPU从内存中读取指令运行

操作系统基本概念

操作系统的由来

• 需求
  • 开发一个编辑工具，该软件的一个核心业务就是文本编辑，编辑内容就牵扯到要操作计算机硬件
• 问题
  • 我们编写软件，最终目的是为了控制硬件
  • 计算机不可能自行运行，所有的硬件运行都需要软件进行支配
• 实现
  • 必须先开发一个”控制系统”来控制计算机的硬件基本运行
  • 然后再开发编辑工具的业务功能，但凡设计到操作硬件，则调用控制系统
  • 最后由控制系统来控制计算机硬件进行运行

什么是操作系统

操作系统Operation System，简称OS

• 操作系统是”应用软件”与”硬件”之间的桥梁
• 同时也协调、管理”控制计算机硬件资源”、”应用软件资源”的一个控制程序

为什么需要操作系统

• 控制计算机的基本运行
• 将硬件的复杂操作简单化，供上层应用程序使用
• 为用户与计算机硬件之间提供”图形/命令行”工具