程序员应该了解的计算机知识一Word文档下载推荐.docx

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2.1.硬件系统组成从理论上讲，计算机的硬件系统主要由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部分组成（从名字上即可看出各个部件的作用），这种划分方式称为“冯诺依曼体系结构”。

运算器运算器（Datapath），顾名思义就是进行运算的执行部件。

其主要功能是对数据进行运算的加工处理操作，包括加、减、乘、除等数学算术运算和与、或、非等逻辑运算。

运算器主要由运算逻辑单元（ALU）和寄存器两部分元件组成，其中寄存器用于提供参与运算的数据或临时保存运算结果。

通常情况下运算器集成于CPU中央处理器中。

实质上运算器采用的二进制数制系统，其参与运算的数是有二进制表示（因为二进制数的运算规律非常简单，在电子线路中可以灵活的表示电子元件的状态，其比较容易实现而且设备最省）。

在运算过程中，位数越多则运算精度越高，则其所需的电子元件就越多，现在常见的计算机运算器支持的位数有8位、16位、32位或64位。

存储器存储器（Memory），顾名思义就是用于存储数据的部件。

其主要功能用于存放程序与数据（程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象），程序和数据在存储器中以二进制的方式表示，每8位二进制数码划分为一个存储单元，必须通过地址来访问该单元，地址其实就是这个存储单元的编号。

存储器主要由存储体、地址寄存器与译码线路、读写电路与数据寄存器、控制线路等元件构成；

通常情况下存储器可分为内部存储器和外部存储器两大类，内部存储器就是我们常说的内存（也称为主存），外部存储器也就是常说的硬盘、U盘等，也成为外存或辅存，一般情况下外部存储器也作为输入/输出设备。

控制器控制器（Control），是整个计算机的控制中心，主要用来协调计算机各个组件的工作，完成程序信息的处理和数据的输入/输出。

它一般由指令寄存器、状态寄存器、指令编码器、时序电路和控制电路组成。

简而言之，控制器就是协调指挥计算机各个部件工作的组件。

通常情况下控制器集成于CPU中央处理器中。

程序是由指令序列组成的，其实执行程序就是逐条执行指令的过程，实质运算器所完成的每一步运算操作就是一条指令。

指令是由操作码和地址码组成，其实都是二进制数码，其中操作码即表示指令所要进行的操作，例如加、减、存、取等操作，地址码表示参与运算的数据的地址，即在存储单元中的位置。

控制器就是解析这条指令，然后从存储单元中取出数据，并进行相应的操作运算。

计算机在进行计算机时，指令必须按顺序一条一条的执行。

控制器的基本任务就是按照指令序列的顺序，先从存储器取出一条指令放到控制器中，并对该指令的操作码由译码器进行解析，然后根据译码对应的操作进行相应的动作行为，这就是执行指令的过程；

接着取出第二条指令，按照上述顺序进行执行。

过程中控制器会通过指令计数器来控制取指令的当前位置，每取出一条指令其计算器就会加1，为取下一条指令做好准备。

输入/输出设备输入设备（InputSystem），输入设备是计算机的重要外部设备，其主要作用是将程序、原始数据、文字、字符、控制命令或现场采集的数据等信息输入到计算机，并转换为二进制格式保存在内存中。

常见的输入设备有键盘、鼠标器、光电输入机、磁带机、磁盘机、光盘机等。

输出设备（OutputSystem），输出设备是计算机的重要外部设备，其主要作用是将计算机的运算中间结果或最终结果、机内的各种数据符号及文字或各种控制信号等信息展示给用户。

常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音箱、投影仪等。

总线除过上面介绍的五部分外，计算机系统中还必须包括另一个部件——总线。

总线是一组为系统部件之间数据传送的公用信号线。

具有汇集与分配数据信号、选择发送信号的部件与接收信号的部件、总线控制权的建立与转移等功能。

典型的微机计算机系统的结构通常多采用单总线结构，一般按信号类型将总线分为三组，其中AB（AddressBus）为地址总线；

DB（DataBus）为数据总线；

CB（ControlBus）控制总线。

计算机通过总线将五大部件连接起来，总线是它们相互通信的公共通路，主要任务是在各部件之间传送地址信息、数据信息和控制信息。

2.1.硬件实物组成从实物上看，一般PC包括键盘、鼠标、显示器、主机等大型部件组成，而主机则是计算机的主体部分，包括CPU、主板、内存条、显卡、声卡、网卡、硬盘以及其他媒体驱动器组成（这些都是通常听到的可见的实体物件）。

主板主板，又称主机板（MainBoard）、系统板（SystemBoard）或母板（MotherBoard），是计算机最重要的部件之一。

主板上包含了计算机的主要电路系统，所有的计算机其他组件必须直接或间接依赖主板，计算机的性能主要取决与主板。

主板其实可以看作一个设有多个接口的电路板，其中主要包括芯片、插槽、外设接口三大类组件。

芯片类主要有BIOS（BasicInput/OutputSystem）芯片，南北桥芯片和RAID控制芯片等。

BIOS芯片，即基本输入/输出系统芯片，它是一个存储器，内部保存着与主板搭配的基本输入输出系统程序，这个程序由芯片制造商制作并固化在芯片上的；

也可以说BIOS其实是一个底层软件，用于控制计算机的底层的输入输出操作，这个软件可以识别各种硬件，还可以设置引导系统的设备，系统时间以及调整CPU外频等。

因为BIOS是存储在BIOS芯片中的，而不是类似其他的外部存储器中，所以通常称为“固件（Firmware）”。

随之技术的不断发展，现在的BIOS也支持重新写入，可以使计算机获得更好的性能和支持。

南/北桥芯片是两个通信桥梁的两个芯片，合成芯片组。

南桥芯片主要负责硬盘等存储设备和PCI之间的数据流通；

北桥芯片主要负责处理CPU、内存和显卡三者间的数据流通，一般发热量较大，位于散热装置附近。

RAID控制芯片，主要用于支撑硬盘。

插槽类主要有CPU插槽、内存插槽、PCI插槽、PCIExpress插槽等。

CPU插槽用于安装CPU部件，CPU部件必须与主板相互兼容才可以安装。

内存插槽主要用于安装内存条的卡槽，内存种类、数量和容量都有内存插槽决定。

PCI插槽主要用于安装调制解调器、声卡、网卡等设备。

PCIExpress插槽主要用于安装显卡部件。

外设接口类主要有硬盘接口、COM接口（串口）、PS/2接口、USB接口、LPT接口（并口）、MIDI接口等。

硬盘接口可分为IDE接口和SATA接口，现在大多都是SATA硬件驱动器接口，这个接口的传输数据效率更高。

COM接口用于连接串行鼠标和外置调制解调器（Modem）等设备，基本被淘汰。

PS/2接口用于连接键盘或鼠标，台式机存在。

USB接口使用较为广泛，大多数外置设备都支持这个接口，该接口支持即插即用。

LPT接口用于连接打印机或扫描仪等。

MIDI接口主要用于MIDI设备，用于与其它控制设备相互通信。

综上所述，主板在计算机中起到了举足轻重的作用，通过各种控制信号来管理各种电子容器，从而达到不同的效果，几乎所有的外设接口都直接或间接的与主板相关联，大部分的硬件设备必须与主板相兼容才能正常运行，也可以说主板可以决定其它的部件。

主板可以看着各个部件协调工作的场所，提供各个不仅相互协调工作的数据流通，主板内部自身供电装置维护其内部BIOS的运行。

CPUCPU（CentralProcessingUnit），一个耳熟能详的组件，被亲切的称之为“中央处理器”，它是整个计算机的运算核心和控制核心。

其主要功能是解释计算机指令以及处理程序中的数据。

CPU由运算器（包含寄存器）和控制以及总线组成，CPU的工作过程分为提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）四个步骤。

程序是有指令（指令就是二进制数码组合）构成的序列，执行程序就是按指令序列逐条执行指令。

当打开某个程序时，会由运行平台将该程序解析为指令序列并保存在存储器中，然后CPU取出指令序列逐条执行。

CPU首先从存储器或高速缓冲存储器中检索指令；

然后根据CPU固有的指令集架构（ISA）的定义将提取的指令数值解释为CPU能够识别的指令码（运算码和运算目标等）；

紧接着执行CPU指令码，根据指令码对应的控制信号连接到各种能够进行所需运算的其它部件并控制其作出相应动作，从而达到运算效果；

最终将运算结果写回到CPU内部的寄存器（暂存器），CPU运算大致就是这个过程。

CPU是计算机最重要的组件之一，提供指令控制、操作控制、时间控制、数据加工等功能，其中指令控制主要是指控制指令执行的顺序；

操作控制主要是指根据对应的指令产生相应的操作控制信号发送给相应的部件并控制这些部件按指令的要求进行动作；

时间控制主要是指对各种操作定制时间的的设定；

数据加工是最重要的功能，主要是进行数据的运算处理。

CPU的性能决定了计算机的性能，然而外部又受主板的牵制。

CPU的字长、工作频率、Cache容量、指令系统和逻辑结构决定了一个CPU的性能，其中字长表示CPU一次最多可同时传送和处理的二进制数码位数，现在常见的有32位和64位；

工作频率（也称主频）就是CPU的处理数据的速度，单位为兆赫兹（MHz）或千兆赫兹（GHz），通常情况下频率越高运算数据的速度越快，当然这只是一个大致概念，通常情况下CPU的实际运算速率还受CPU的流水线、总线等各方面性能的影响；

缓存（Cache）容量也是CPU处理数据速率的重要指标，缓存主要用于临时存储指令或参与CPU运算的数据，减少数据传输的时间，现在的CPU大多设有2级缓存；

CPU指令系统是CPU内部基础的与硬件电路相配合的指令系统，也成为指令集，是CPU处理数据效率的重要衡量标准，指令集用于控制各个部件的协调工作。

综上所述，CPU是计算机的“大脑”，是控制其它组件协调工作的的部件，是计算机数据运算的场所。

CPU内部包含了其独立的指令集，所有的程序都将被解析为该CPU对应的指令序列才能正常执行，CPU必须具备数据通信，资源共享，分布式处理和提供系统可靠性等特点。

理论上将CPU频率越高、指令系统越高级、缓存越大，其处理数据的数度就越快，然而其必须要与对应的主板相兼容才可体系性能，否则将无法运行，即时可以运行则也是大材小用。

内存条内存条也是计算机的重要组件之一，是计算机中最为主要的寄存器。

内存条在计算机中主要作用是缓冲数据和数据交换，主要负责硬盘等存储器与CPU通信的临时数据的传输或存储。

程序在运行时会将与程序相关的指令信息加载到内存中，CPU直接与内存进行通信，来提取指令信息并执行，CPU在内存中通过直接寻址的方式进行提取指令信息。

举个最简单的例子就是我们写入一个记事本文件时，如果没有保存则其记事本中的字符信息都保存在内存中，当保存后才会写到硬盘上。

常说的内存大多数指的就是内存条，但也不完全是。

内存是一种存储单元，包括随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和高速缓存（Cache）三部分。

ROM（Read&

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随着科技的发展，现在的内存条的存储空间也越来越大，临时存储的数据也越来越多，所以拥有大内存的计算机远比小内存的计算机运行要流畅，然而并不是越大的内存空间就越好，其首先收到主板的牵制，其次还收到CPU总线的限制，如果CPU总线不及则又是大材小用，如果内存空间不足则CPU无法最高效运作。

综上所述，内存条也是计算机的必要组件之一，大内存的内存条往往会是计算机的程序运行更流畅，但是前提是必须与主板接口相兼容。

显卡显卡全称显示接口卡，也称显示适配器、显示器配置卡，是PC中一个重要的组件，主要用于将计算机系统输出的信息进行转换并向显示器提供扫描信号。

显卡基本上包括GPU（GraphicProcessingUnit，图形处理器）、显存两个重要部件。

GPU，即图形处理器，相对应CPU的一个概念，在早期图形处理部分主要由CPU来完成，而现在图形处理变得越来越重要，所以必须一个核心的图形处理器来完成这个工作，从而减少对CPU的依赖，所以就出现了GPU，主要用于将输出信号进行几何转换和光照处理以及像素和色彩渲染等处理。

显存是显示内存的简称，其和内存的作用基本一致，其主要用于暂时存储显示芯片要处理的数据和处理完毕的数据，通常情况下显存越大其图形显示的性能就越强。

现在的显卡基本分为独立显卡、集成显卡两大类，其中集显就是将显示芯片、显存等集成在主板上；

独显则是将显示芯片、显存等坐在一个插卡上，通过主板接口插槽插入运行，当然现在也有双显卡兼容工作的模式。

需要注意的是显卡也受主板的约束。

声卡声卡，亦称为音频卡，是多媒体技术中的基本组成部分，实现声波/数组信号相互转换的一种组件。

声卡主要用于将原始声音数据转换为声音信号并输出到不同的声响设备。

声卡主要包括声音控制芯片、数字信号处理器等部件组成。

声音控制芯片主要将从输入设备中获取的声音模拟信号通过模数转换器，将声波信号转换为一串数字信号并存储在储存器中；

数字信号处理器是一种声音数字处理器，将信号交由该处理器处理减轻了CPU的工作负担。

现在声卡基本分为板卡式、集成式和外置式三种接口类型。

网卡网卡，全称网络接口板，又称通信适配器或完了接口卡（NIC，NetworkInterfaceCard）。

网卡是计算机进行网络通信必备的硬件设备，它属于网络协议（OSI模型）中的链路层组件，主要用于网络中电信号的匹配、传输、编码和解码等工作。

网卡主要有处理器和存储器两大部件组成，其中存储器，也就是网卡的ROM中保存这该网卡的基本信息，其中有标识该网卡唯一的MAC地址，是一个独一无二的48位串行号（任何两块网卡的MAC地址都不会重复）；

处理器则用于对电信号进行传输、解码以及编码工作（在网络通信中实际传输的是电信号，由网卡负责将电信号进行编码和解码）。

网卡在局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的，而在计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以窗口并行传输方式进行的。

所以网卡的一个重要功能就是进行串行/并行转换。

网卡一般具备数据的封装和解封、链路管理以及编码（曼彻斯特编码）和移码三大功能。

现在的网卡基本分为有线网卡和无线网卡两种，其中有线网卡则为标准通用化网卡设备，无线网卡主要是一个电信号接受和发送的设备，其标准主要使用数据传输速率来衡量。

当然还有其他的设备，这里就不一一介绍了。

说点题外话，个人认为计算机的主板、CPU和内存比较重要，毕竟内存和CPU寄存于主板之上，盲目的追求高内存和CPU并不一定能够使其发挥到更好的工作效果，但也不排除高内存和CPU的确能够是计算机高效工作。

追求高配是现在的潮流，追求之前一定得让主板所能承受才可。

2.3.软件系统组成对于计算机的软件系统，这里不想多说，做IT的你不知道软件，那也甭做了，还是回家种地吧。

话说计算机的软件系统可以分为系统程序和应用程序两大类。

系统程序是为了简化程序设计和使用方法而出现的一类高效的软件程序，包括服务性程序、语言处理程序、操作系统、数据库管理系统。

应用程序是用户利用计算机来解决问题而编制的程序。

软件（Software）是计算机系统中使用的各种程序，而软件系统是指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。

在计算机中的程序划分为微程序设计级、机器语言级、操作系统级、汇编语言级和高级语言级五大级别。

微程序设计级别是一种纯硬件级别的程序设计，一般就是定义其硬件的指令系统，由机器硬件直接执行。

机器语言级别也是硬件级别的程序设计，一般是借用微程序的指令系统实现程序设计，由微程序去执行的。

操作系统级别属于一种软硬件混合级别的程序设计，一般涉及软硬件指令的引用，主要在操作系统的控制下去调用软硬件资源协调工作，实际底层是一般机器去执行的。

汇编语言级别的程序一般使用汇编语言编写，由汇编程序的支持和执行。

高级语言级别的程序采用的是高级程序设计语言编写，一般为一种纯粹的软件程序，由对应程序设计语言的编译和执行程序支持和执行，这一级别的程序也称为用户程序。

现在我们所做的程序大多都是建立在操作系统级别之上的汇编语言程序和高级语言程序。

然而随之技术的发展，现在的软硬件的界限也模糊不清了，随之只读存储器的出现，现下大多数的硬件设备都是集成式（也称嵌入式）的，其内部都包含一个只读存储区，存储着其对应的固有的软件程序，这样的部件我也称之为固件。

谈到软件，就不得不说程序设计语言，何为程序设计语言？

程序设计语言就是使用约定的符号编写计算机程序的语言，简单的说是用来制作计算机软件程序的语言，例如汇编、C、Java、PHP等等都是程序设计语言。

现下的程序设计语言可分为机器语言、汇编语言和高级语言三大类。

机器语言是一种用二进制形式表示并且能够直接被计算机硬件识别和执行的语言，机器语言也机器本身结构有关，不同的机器其机器语言也不同，使用机器语言编写的程序成为i额机器语言程序。

汇编语言是一种将机器语言符号化的语言，它使用字母、符号和数字来代替数字编码的机器指令，汇编语言的语句与机器指令一一对应，所以不同的机器也具有不同的汇编语言，用汇编语言编写的程序称为汇编语言程序；

例如Nasm、Masm、Tasm等都属于汇编语言程序。

高级语言是一种与计算机结构不相关的，表达方式接近于被描述问题的程序设计语言，高级语言程序在计算机中需要利用其对应的编译程序或解释执行程序将其翻译为对应的机器语言程序才可以执行；

例如Basic、Fortran、Pascal、C语言、Delphi、C++、Java等都属于高级语言程序。

然而高级语言又可以划分为面向过程式语言、面向对象式语言等。

计算机存储系统1.存储器的分类存储器是计算机的基本部件之一，其按照不同的衡量标准可以划分为不同的类别。

最常见就是根据其本质读写能力划分为只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）和随机读写存储器（RAM，RandomAccessMemory）。

只读存储器中存储的内容是不可变的，只能读取数据而不能写入数据，所以常用于保存一些硬件设备的基本信息，其存储的数据是永久的，断电后可以保留；

随机读写存储器中存储的内容是可变的，既可以写入数据也可以读取数据，其存储的数据并不是永久的，断电后则就会丢失。

随之ROM的发展可分为掩模式ROM（不可修改）、可编程ROM（PROM）、可擦除PROM（EPROM）、电可擦除PROM（EEPROM）和闪存（FlashMemory），现在所用ROM存储器基本上都支持重新写入。

RAM可以非为SRAM（静态RAM）和DRAM（动态RAM）两种类型。

存储器根据在计算机系统中的作用和角色则分为寄存器（控制存储器）、高速缓冲存储器、内存（主存储器）、磁盘存储器（辅助存储器）等。

现今的通用计算机都具备寄存器、缓冲存储器、内存和磁盘这四个存储器设备，而且其访问速度依次递减，但是存储容量则依次递增。

下面逐一介绍。

寄存器寄存器，也称为控制存储器，用于临时存储参与运算数据，常集成于CPU（中央处理器）中，所以其存取数据速度快，其速度是所有存储器中速度最快的。

为什么要集成与CPU中？

因为CPU包含运算器和控制器，其是处理数据的中心，如果有一个在读取数据是从其他管理的元件中传入，必定存在传输延迟问题，同时还增加了对其他元件的依赖程度和负载能力，所以将其寄存于CPU中作为临时数据的存取空间。

高速缓冲存储器高速缓冲存储器，从名字上可以得知其主要是起到缓冲数据的作用。

由于寄存器容量有限，一个CPU运算的周期可能需要从较大的内存存储器中获取更多的数据信息，增大了数据传输的时间，这便限制了高速计算，为了解决这个问题，所以使用一个高速缓冲存储器来加速CPU和内存之间的数据传输。

高速缓存存储器通常也集成于CPU中，用于临时存储即将参与运算的数据，其容量较小但是存取数据速度也很快。

内存内存，也称为主存储器，用于存储运行的程序和数据，其存取数据的速度较快，存储数据的容量较大。

内存是运行程序和资源数据与CPU进行交互的主要中间介质，也就是说程序启动时先将程序数据送往内存中，然后由CPU去一条一条数据的执行。

由于寄存器和高速缓冲存储器都集成于CPU中，而内存是独立于CPU的，所以内存的性能会直接影响计算机的性能。

这也是大家都最求高内存的原因。

内存的衡量标准主要有存储容量、存取时间、存储周期和存储器带宽四个指标。

其中存储容量是一个存储器中可以容纳的存储单元总数，通常以字数或字节数作为单位；

存取时间则是启动到完成一次存储器操作所经历的时间，通常以纳秒（ns）为单位；

存储周期则是连续启动连词操作所需间隔的最小时间，通常以纳秒（ns）为单位；

存储器带宽表示单位时间内存储器所存储的信息量大小，通常以位/秒或字节/秒为单位。

后三者是其存取速度的主要衡量标准。

磁盘存储器磁盘存储器，属于辅助存储器，简称辅存，辅存包括磁盘、U盘、光盘等外部存储器，而磁盘存储器是最为常见的辅存设备。

辅存的最大特点是存储容量大。

随着科技的发展，现在还存在另一种存储器——虚拟存储器。

虚拟存储器并发实际存在的物理存储器，而是一种容量足够大的逻辑模型，指借助磁盘等辅助存储器来扩大主存容量的一种方式。

其实可以将其理解为一种主存到外存层次上的缓冲存储器。

2.存储器的衡量单位2.1.数据存储单位众所周知，计算机使用的是二进制数制系统。

存储元是计算机中最小存储数据的介质，一个存储元存储一个二进制数码（0或1）；

多个存储单元组成一个存储单元；

多个存储单元组成一个存储器。

说到存储器，不得不说的是存储器容量的问题。

常见的“KB”或“K”、“MB”或“M”、“GB”或“G”、“TB”或“T”，这些都是存储器容量的衡量单位。

存储器的容量其实是指存储器所有存储单元的总数，规定8位（8个二进制码）为1字节，即8bit=1byte=1B（至于为什么这样规定？

笔者也没搞清楚）。

到底什么是位？

位（bit）是计算机中最小的数据传输单位，其实就是一个二进制数码（0