计算机组成基础

每天工作都在用计算机，玩游戏也在用计算机，移动互联网没有兴起之前撩妹/勾搭小哥哥也是用计算机，到底计算机是由什么组成的？

一、计算机硬件组成

计算机系统包括硬件和软件。计算机的硬件系统通常分成5大部件组成。分别是：控制器，运算器，储存器，输入设备和输出设备。控制器指挥各部件协调工作；运算器能完成逻辑运算和算术运算；储存器储存程序和数据；输入器用来输入人们熟悉的信息；输出设备可将计算机的运行结果转换成人们理解的信息。

通常，运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密，在集成电路中通常集成在同一块芯片上，统称为中央处理器(CPU:Central Processing Unit)。输入和输出设备统称为I/O设备（Input/Output Equipment）。因此，现代计算机可认为由三大部分组成：CPU，储存器，I/O设备。CPU和存储器和起来又称为主机。

如图所示：

二、各种缩写

CPU：Central Processing Unit 中央处理器

I/O: Input/Output 输入/输出

CU: Control Unit 控制单元

MM: Main memory 主存储器

ALU: Arithmetic Logic Unit 算术逻辑单元

ACC: Accumulator 累加器

MQ: Multiplier-Quotient Register 乘商寄存器

IR: Instruction Register 指令计数器

PC: Program Counter 程序计数器

MDR: Memory Data Register 存储器数据寄存器

MAR: Memory Address Register 存储器地址寄存器

X: 操作数寄存器

MIPS: Million Instruction Per Second百万条指令每秒，衡量计算机的运算速度。

CPI: Cycle Per Instruction执行一条指令所需要的时钟周期，主频率的倒数。

FLOPS: Floating Point Operation Per Second 每秒浮点运算次数。

中央处理器由运算器和控制器组成。

主存储器由主存储体(M)和储存器地址寄存器(MAR)以及存储器数据寄存器(MDR)。

运算器包括一个算术逻辑单元(ALU)和三个寄存器:ACC累加器, MQ乘商寄存器, X操作数寄存器。

控制器由控制单元(CU)和程序计数器(PC)和指令寄存器(IR)组成。

I/O设备接受控制器发出的各种指令。

如图所示：

三、计算机硬件的主要技术指标

机器字长：CPU一次能处理数据的位数，与CPU的寄存器位数相关。

存储容量： 存储器中存放二进制代码的总位数，分为主存和辅存。可用位(bit)和字节(byte)来衡量。其中一字节等于8位二进制。

运算速度： 可用MIPS(每秒执行百万指令条数)和CPI(执行一条指令所需要的时钟周期)和FLOPS(每秒浮点运算次数)来衡量。

四、计算机的工作过程

人们将实现编好的程序(指令序列)通过I/O设备送至计算机的存储器内，然后计算机按此指令逐条完成全部指令的功能，直到程序结束。

计算机的工作过程实质上就是不断从存储器里逐条取出指令，送到控制器，经过分析后由控制器发出各种操作命令，指挥各部完成各种操作，直到程序程序中全部指令执行结束。

五，机器语言，汇编语言和高级语言

机器语言是由0，1组成，是计算机能直接识别的语言；汇编语言是面向机器的语言，用一些特殊的符号表示指令，例如加减乘除ADD,SUB,MUL,DIV；高级语言是面向用户的语言，是一种接近于人们使用习惯的语言，例如FORTRAN,C,Python。

无论高级语言或者汇编语言，计算机都不能直接识别，都需要翻译成计算机能够识别的机器语言才能够执行。将高级语言翻译成机器语言程序叫做翻译程序。翻译程序一共有两种：

编译程序：将用户编写的高级语言程序全部一次性翻译成翻译成机器语言，而后再执行机器语言的程序。例如FORTRAN。

解释程序：将用户编写的源程序的一条翻译成机器语言执行后再翻译吓一条再执行，如此重复直至全部翻译执行完成。例如Python。