NOIP初賽指南/計算機的系統及工作原理

馮·諾依曼結構

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. 計算機硬體設備由存儲器、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。

計算機系統可劃分為軟體系統與硬體系統兩大類。

計算機硬體設備由存儲器、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、滑鼠、掃描儀、觸控螢幕、麥克風等。

輸出設備：顯示器、印表機、音箱等。

中央處理器 (CPU, Central Processing Unit)：主要由運算器、控制器組成，其他部件還有暫存器、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），如硬碟、軟盤、光碟等。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。

計算機軟體主要分為系統軟體和應用軟體。

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

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