自学网络工程师-计算机组成原理

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!

20世纪人类最伟大的发明非计算机莫属，它标志着一个时代的开始——信息时代。然而计算机的发展也经历了4个重要的阶段，下面让我们先来回顾下这些重要的阶段和标志性事件。

本文是计算机组成原理的浓缩版，会从以下几个方面来归纳：

• 计算机发展历程
• 计算机系统层次结构
• 计算机的性能指标

1. 计算机发展历程

从计算机的体积大小来说，我们可以它分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机等。当然它们的计算效率、速度和价格以及适用性是各不相同的，有些机型我们可能要在博物馆才能见到了。

从1946年世界上第一台 电子数字计算机(ENIAC)被发明以来，计算机的发展经历了四代，把它们的一些主要特性列举如下： 第一代(1946-1957)——电子管时代。特点：采用电子管，使用机器语言编程，容量小，体积大，速度低。 第二代(1958-1964)——晶体管时代。特点：采用晶体管，使用高级语言，比如FORTRAN。 第三代(1965-1971)——中小规模集成电路时代。特点：高级语言发展迅速，开始出现分时操作系。 第四代(1972-至今)——超大规模集成电路时代。特点：产生了微处理器。

计算机硬件的发展的同时，软件技术蓬勃发展，特别是计算机语言经历了面向机器的机器语言和汇编语言，再到面向问题的高级语言，其中比较典型用于科学和工程计算的FORTRAN、结构化设计的PASCAL到面向对象的C++和用于网络环境的Java等。

2. 计算机系统层次结构计算机系统由硬件系统和软件系统共同组成。硬件是那些有形的物理设备的总称；软件是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档。

计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成，这就是冯·诺依曼在研究EDVAC机时提出的“存储程序”的概念，这一思想奠定了现代计算机的基本结构，经过后期的发展，运算器、控制器等部件被集成在一起，形成了叫做中央处理单元(central processing unit,CPU)。它是硬件系统最为核心的部件，用于数据的加工处理，各种算术、逻辑运算及控制功能。存储器分为内部存储和外部存储，前者速度高但容量小，用于临时数据及中间结果或者程序的存放，就是通常所说的内存；后者容量大，速度慢，但可长期保存数据，比如现在常见的硬盘。

计算机系统

运算器对数据进行加工处理，主要完成算术和逻辑运算。控制器从主存中取出指令，并指出下一条指令在主存中位置，取出的指令经指令寄存器送往指令译码器，经过分析后发出相应的控制和定时信息，这样各部件才能有条不紊地工作，完成指令所规定的操作。那么寄存器又是什么呢？我们说，内存是用于临时存放数据和指令的地方，但它相比CPU而言，速度还是太慢，为了平衡它们之间的速度差异，在CPU内部有数十种寄存器甚至还有L1~L3级缓存系统。它们都是用来存放程序、原始数据、中间结果及最终结果。

计算机硬件框图

我们再来总结一下冯·诺依曼机的特点，加深下印象：

• 由5大部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
• 指令和数据以同等地位存储在存储器中，并可按地址寻址。
• 指令和数据均用二进制代码来表示。
• 指令由操作码和地址码组成，操作码用于操作的性质，地址码用来表示数据在内存中的位置。
• 指令在存储器内按顺序存放，一般也是按顺序执行。

3. 计算机的性能指标

• 机器字长机器字长是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数，一般等于内部寄存器的大小，字长越长，数的表示范围越大，精度越高。机器字长通常是字节(8位)的整数倍，如2、4、8。
• 数据总线宽度数据总线表示一次传递信息总的位数，比如32位宽度，它能一次传递32个0或者1的组合。
• 主存容量主存容量是指主存储器所能存储的最大容量，以字节来衡量。
• 运算速度主频，CPU时钟频率，是衡量机器速度的重要参数，主频越高，完成指令的执步骤所用时间越短，速度越快。主频以MHz(兆赫兹)为单位，1Hz表示每秒1次。

后记：计算机组成原理内容实在是非常多，我这里只是总结了部分内容，而网络工程师指定教程中关于计算机组成原理的知识根本没有安排。所以，想要学习的更全面些，还要参考其它书籍才行。或者后面我有更多时间，再来完善这部分内容。你的 关注和支持是我坚持下去的动力。

[机器语言] 机器语言是计算机可以直接执行的语言

[汇编语言] 汇编语言是机器语言的助记符