1.2什麼是計算機及1.3計算機組成

1．2 什麼是計算機

計算機(computer)是能以人的幾百萬甚至幾十億倍速度進行計算井做出邏輯判斷的設備。例如．今天的許多我的計算機每秒鐘能夠進行幾億次加法運算。操做臺式計算器的人要幾十年才能算出的數值，強大的我的計算機只要一秒鐘便可計算完畢(注意：你怎麼知道這我的加對了沒有?你怎麼知道計算機作得是否正確?)。現在．最快的超級計算機(supercomputer)每秒鐘能夠進行幾幹億次加法運算，是成百上千的人花一全年時間才能完成的計算工做。每秒鐘萬億條指令的計算機已經能在研究實驗室中工做。

計算機在一組指令控制下處理數據(data)，這組指令稱爲計算機程序(computer programmer)。這些計算機程序指導計算機按順序進行計算機程序(computer programmer)指定的一組操做。

 

構成計算機系統的各類設備(如鍵盤、屏幕、鼠標、磁盤、內存、光盤和處理器)稱爲硬件。計算機上運行的計算機程序稱爲軟件。幾年來，硬件成本已經大幅降低，使我的計算機更加平民化。可是，隨着程序員開發了許多愈來愈強大、愈來愈複雜的應用程序，而軟件開發技術卻進步不大，於是使軟件開發成本不斷上升。本書介紹經過成熟的軟件開發方法減小軟件開發成本，即結構化編程、自上而下逐步完善、功能化以及面向對象編程。

 

1．3計算機組成

無論外觀如何不一樣，每一個計算機均可以當作由六個單元(logical unit)或部分組成，即：

 

1．輸入單元(iput unit)，這是計算機的「接收」部分，從各類輸入設備接收信息(數據和計 算機程序)，並將這些信息放到其餘單元中，使信息得以處理。現在大多數信息都是經過鍵 盤和鼠標設備輸入計算機。未來大多數信息也許能夠經過語音輸入或掃描圖形而得到。

2．輸出單元(output unit)，這是計算機的「發送」部分。將計算機處理過的信息送到不一樣輸出 設備中，向計算機外部提供所需的信息。現在計算機輸出的大多數信息是經過屏幕顯示、書 面打印或用於控制其餘設備。

 

3．內存單元(memory unit)，這是計算機中快速訪問、低容量的「庫存」部分。它保存經過輸入單元輸入的信息，以便在須要時當即提供這些信息進行處理。內存單元保存處理的信息， 直到輸出單元將信息故到輸出設備中。內存單元也稱爲內存或主內存(memory或primary memory)。

 

4．算術／邏輯單元(arithmetic and logic unit ALU)這是計算機的「生產」部分，負責進行加、減、乘、除等運算，包含判斷機制例如可讓計算機比較內存單元中的兩個項目，肯定其是否相等。

 

5．中央處理單元(central processing unit CPU)，這是計算機中的「管理」部分，是計算機的協調員，負責管理其餘部分的操做。CPU告訴輸入單元什麼時候將信息讀取到內存單元中，告訴ALU什麼時候利用內存單元中的信息進行計算，告訴輸出單元什麼時候將內存單元中的信息發送到指定的輸出設備中。

 

6．輔助存儲單元(secondary storage unit)，這是計算機長期的高容量「庫存」部分，其餘單元不是常用的程序或數據一般放在輔助存儲單元(如磁盤)中，直到幾小時、幾天、幾月 甚至幾年後才須要。訪問輔助存儲單元中的信息要比訪問主內存中的信息慢得多。輔助存儲單元的單位成本比主內存的單位成本低得多。

 

1.4 操做系統的變革

早期計算機一次只能完成一個任務或做業(task或job)，這種計算機操做一般稱爲單用戶批處理(batch processing)。計算機一次運行一個程序，成組或成批地處理數據。

在這些早期系統中，用戶利用穿孔卡片將做業提交到計算機中心，一般要等待幾小時或幾天以後才能獲得打印輸出。

稱爲操做系統(operating system)的軟件系統能夠幫助用戶更方便地使用計算機。早期操做系統能管理做業之間的順利過渡，使得計算機操做員在做業之間切換的時間減到最少，從而增長計算機處理的工做量或吞吐量(throughput)。

 

 

隨着計算機的功能愈來愈強大，單用戶批處理機制顯然不能有效地利用計算機資源，所以應該讓許多任務或做業共享計算機資源，以達到更好地利用資源，這種方法稱爲多道程序設計(multiprogramming)。多道程序系統涉及多個做業在計算機上「同時」操做，計算機在競爭資源的做業之間共享資源。在早期多道程序操做系統中，用戶仍是要經過穿孔卡片將做業提交到計算機中心，幾小時或幾天以後才能獲得打印輸出。

 

20世紀60年代，計算機界和大學的幾個研究小組提出了分時(timesharing)操做系統。分時是多道程序的特殊狀況，用戶經過終端(terminal)訪問計算機，終端是帶有鍵盤和屏幕的典型設備。在典型的分時操做系統中，可能有幾十甚至幾百個用戶同時共用計算機。

 

計算機實際上並非同時運行全部用戶，而是運行一個用戶的一小段做業，而後轉入運行下一個用戶的一小段做業。計算機的速度很是快，每秒鐘能夠爲每一個用戶服務屢次，使得用戶的程序看上去是在同時運行。分時的好處之一是用戶能當即收到響應，而沒必要像原先的計算方式須要等待很長時間。