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計算機硬體基礎

一 計算機基本組成

目前市面上的計算機幾乎都是馮諾依曼體系計算機,馮·諾依曼計算機使用馮諾依曼體系機構的電子數字計算機。1945年6月,馮·諾依曼提出了在數字計算機內部的儲存器中存放程式的概念,這是所有現代電子計算機的末班,被稱為“馮·諾依曼結構”,按照這種結構構造的電腦稱為儲存程式計算機,又稱為通用計算機。

馮·諾依曼體系的計算機的特點是:程式以二進位制程式碼的形式存放在儲存器中;所有的指令都是由操作碼和地址碼組成;指令在其儲存過程中按照執行的順序進行儲存;以運算器和控制器作為計算機結構的中心等。馮諾依曼計算機廣泛應用於資料的處理和控制方面。

馮諾依曼理論的要點是:數字計算機的數制採用二進位制;計算機應該按照程式順序執行。

根據馮諾依曼體系結構組成的計算機,必須具有如下功能:

把需要的程式和資料送至計算機中。

必須具有長期記憶程式、資料、中間結果及最終運算結果的能力。

能夠完成各種算術、邏輯運算和資料傳送等資料加工處理的能力。

能夠根據需要控制程式走向,並能根據指令控制機器的各部件協調操作。

能夠按照要求將處理結果輸出給使用者。

為了完成以上功能,計算機必須具備以下五大基本組成部件:

  1. 控制器:計算機的指揮系統。控制器通過資料地址來訪問儲存器,從儲存器中取出指令,經過編譯器編譯或直譯器解釋後,根據結果得出相應的操作控制訊號並作用於其他部件,使得各部件在控制器的嚴格控制下互相協調的工作。
  2. 運算器:實現算術運算和邏輯運算的部件。
  3. 儲存器:計算機用來儲存所有資料和程式的記憶部件。它的基本功能是按照指定的儲存地址存(寫)入或取(讀)出資料。
  4. 輸入裝置:是向計算機中輸入資訊(程式、資料、聲音、文字、圖形、影象等)的裝置。常見的輸入裝置有:鍵盤、滑鼠、圖形掃描器、觸控式螢幕等。
  5. 輸出裝置:主要有顯示器、印表機和繪圖儀等。

現代計算機將上述五大部件分成三大核心元件:

  1. CPU(控制單元+算數邏輯單元)
  2. 主儲存器
  3. 輸入輸出裝置

相關性如下

二 程式設計與計算機硬體的關係

為了使計算機能夠理解人的意圖,人類就必須將需解決的問題的思路、方法和手段通過計算機能夠理解的形式告訴計算機,使得計算機能夠根據人的指令一步一步去工作,完成某種特定的任務。這種人和計算體系之間交流的過程就是程式設計。

編寫的程式經過譯碼器分析後得到的是一大堆的二進位制指令,這些指令通過CPU讀取從而產生相應的操作控制訊號作用於其他的硬體上,從而完成相應的功能。

三 記憶體容量單位換算

1Byte=8bit

1KB=1024Bytes

1MB=1024KB

1GB=1024MB

四 CPU位數關係

現在市面上的計算機主要分為32位和64位兩種規格,它們之間的區別只要為以下四點

  1. 處理資料能力不同
  2. 支援的記憶體不同(定址不同)
  3. 架構不同
  4. 對配置的要求不同

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