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NOIP初赛指南/计算机的系统及工作原理

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冯·诺依曼结构编辑

1945 年,美籍匈牙利数学家冯·诺依曼 (von Neumann) 提出了冯·诺依曼结构,这是一种对计算机基本组成和工作方法的设想,为计算机的诞生与发展提供了理论基础。

理论要点:

1. 计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备这五部分组成。
2. 存储程序思想:把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序,然后把程序和数据一起输入计算机,计算机对已存入的程序和数据处理后,输出结果。

计算机的系统组成编辑

计算机系统可划分为软件系统与硬件系统两大类。

硬件编辑

计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备五部分组成。(冯·诺依曼理论)

输入设备:键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏、麦克风等。

输出设备:显示器、打印机、音箱等。

中央处理器 (CPU, Central Processing Unit):主要由运算器、控制器组成,其他部件还有寄存器、缓存等。运算器进行算术和逻辑运算。控制器是计算机的指挥系统。

CPU 缓存 (CPU Cache):用于减少 CPU 访问 RAM(见下文) 的等待时间。如缓存中已有要访问的数据,则直接返回,不再访问 RAM。

存储器:具有记忆功能,用于存储信息。分为内部存储器(内存)和外部存储器(外存)。

内存:CPU 能直接访问的存储器称为内存,又称为主存储器(主存)。内存按断电后能否保存数据,分为易失性内存和非易失性内存两种。
ROM (Read-only Memory): 非易失性内存的代表。通常只能读,不能写。生产时由厂家写入,写入后数据不易丢失。
RAM (Random Access Memory): 易失性内存的代表。可读可写,断电后数据将丢失。
外存:CPU 不能直接访问的存储器称为外存,又称为辅助存储器(辅存),如硬盘、软盘、光盘等。外存中的信息必须调入内存才能被 CPU 处理。外存一般容量较大,但速度比内存要慢。

软件编辑

计算机软件主要分为系统软件和应用软件。

系统软件:用于使用或管理计算机的软件。如操作系统软件 Windows、UNIX 等。

应用软件:为某个应用目的编写的软件。如办公软件 Microsoft Office、工具软件等。

参考及注释编辑