NOIP初賽指南/計算機的系統及工作原理

馮·諾依曼結構

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1945 年,美籍匈牙利數學家馮·諾依曼 (von Neumann) 提出了馮·諾依曼結構,這是一種對計算機基本組成和工作方法的設想,為計算機的誕生與發展提供了理論基礎。

理論要點:

1. 計算機硬件設備由存儲器、運算器、控制器、輸入設備、輸出設備這五部分組成。
2. 存儲程序思想:把計算過程描述為由許多命令按一定順序組成的程序,然後把程序和數據一起輸入計算機,計算機對已存入的程序和數據處理後,輸出結果。

計算機的系統組成

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計算機系統可劃分為軟件系統與硬件系統兩大類。

硬件

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計算機硬件設備由存儲器、運算器、控制器、輸入設備、輸出設備五部分組成。(馮·諾依曼理論)

輸入設備:鍵盤、鼠標、掃描儀、觸摸屏、麥克風等。

輸出設備:顯示器、打印機、音箱等。

中央處理器 (CPU, Central Processing Unit):主要由運算器、控制器組成,其他部件還有寄存器、緩存等。運算器進行算術和邏輯運算。控制器是計算機的指揮系統。

CPU 緩存 (CPU Cache):用於減少 CPU 訪問 RAM(見下文) 的等待時間。如緩存中已有要訪問的數據,則直接返回,不再訪問 RAM。

存儲器:具有記憶功能,用於存儲信息。分為內部存儲器(內存)和外部存儲器(外存)。

內存:CPU 能直接訪問的存儲器稱為內存,又稱為主存儲器(主存)。內存按斷電後能否保存數據,分為易失性內存和非易失性內存兩種。
ROM (Read-only Memory): 非易失性內存的代表。通常只能讀,不能寫。生產時由廠家寫入,寫入後數據不易丟失。
RAM (Random Access Memory): 易失性內存的代表。可讀可寫,斷電後數據將丟失。
外存:CPU 不能直接訪問的存儲器稱為外存,又稱為輔助存儲器(輔存),如硬盤、軟盤、光盤等。外存中的信息必須調入內存才能被 CPU 處理。外存一般容量較大,但速度比內存要慢。

軟件

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計算機軟件主要分為系統軟件和應用軟件。

系統軟件:用於使用或管理計算機的軟件。如作業系統軟件 Windows、UNIX 等。

應用軟件:為某個應用目的編寫的軟件。如辦公軟件 Microsoft Office、工具軟件等。

參考及註釋

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