计算机底层原理（一）

缺乏、安全感 2024-03-31 16:37 60阅读 0赞

## 计算机底层原理（一） ##

第一章 计算机底层原理的详解

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#### 文章目录 ####

*  计算机底层原理（一）
 *  前言
 *  一、什么是计算机底层原理？
 *  二、计算机的组成部分
 *  三、数据的存储和运算
 *  四、软硬件的协同工作
 *  五、流程图详解原理
 *  六、名词解释
 *   *  中央处理器
     *  存储器
     *  主存储器+副存储器
     *  计算机指令
     *  解码指令
     *  输入设备（Input devices）
     *  输出设备（Output devices）
     *  通信接口（Communication interfaces）
 *  总结

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## 前言 ##

本文介绍了计算机底层原理的基础内容。

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## 一、什么是计算机底层原理？ ##

计算机底层原理指的是计算机硬件系统的基础知识，包括计算机的组成部分、数据的储存和运算、软硬件的协同工作等方面。

## 二、计算机的组成部分 ##

计算机的组成部分包括中央处理器、存储器、输入/输出设备、通信接口等，这些部件协同工作，按照用户的指令执行各种运算并处理数据。

## 三、数据的存储和运算 ##

数据在计算机中以二进制的形式储存，中央处理器根据数据的类型和运算指令，执行各种算术和逻辑运算，并把结果储存到存储器中。

## 四、软硬件的协同工作 ##

软件程序的运行需要硬件的支持，而硬件的运作又需要软件的控制。计算机的底层原理是计算机科学的基础知识，对于理解计算机的工作原理和编写高效的程序都有重要的意义。

## 五、流程图详解原理 ##

1.  用户向计算机输入指令和数据。
2.  输入设备将数据转换为计算机能够识别的二进制数据。
3.  中央处理器读取并解码指令，根据指令类型执行相应的运算。
4.  数据储存在存储器中，中央处理器根据指令从存储器中读取数据进行运算。
5.  运算结果储存在存储器中，中央处理器负责执行运算指令，并将运算结果储存在存储器中
6.  计算机根据指令和运算结果，将数据通过输出设备呈现给用户。
7.  输出设备将计算机能够识别的二进制数据转换为用户能够识别的形式，例如文本、图像、声音等。
8.  用户根据计算机的输出结果进行决策和操作。
    
    以上流程描述了计算机硬件系统的基本工作原理，包括数据的输入、运算、输出和软硬件的协同工作。

## 六、名词解释 ##

### 中央处理器 ###

中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令，完成计算机的运算和控制工作。中央处理器由若干个处理器核心组成，每个处理器核心都能独立执行指令，并协同完成复杂的运算任务。  
当计算机需要执行运算指令时，中央处理器会从存储器中读取指令和数据，并在处理器核心中执行运算。运算结续，中央处理器会将运算结果储存在存储器中。

### 存储器 ###

存储器是计算机的重要部件，负责储存程序、数据、运算结果等信息。  
存储器的容量通常以字节为单位，1字节约等于8位，能够储存1个字符或1个数字。  
存储器的工作原理是通过电容来存储数据，可以进行随机存取，即可以随机读取或写入任意位置的数据。

### 主存储器+副存储器 ###

通常情况下，计算机的存储器分为主存储器和辅助存储器。  
主存储器是计算机的主要存储设备，由一块大容量的内存模块组成，主存储器通常安装在计算机的主板上。  
主存储器的特点是容量大、速度快，能够满足大多数计算机运算的需求。  
辅助存储器是计算机的附加存储设备，通常安装在计算机外部，可以通过输入输出设备与计算机连接。辅助存储器的特点是容量大、成本低，能够提供更多的存储空间，常用的辅助存储器有硬盘、光盘、移动硬盘等。

总之，中央处理器和存储器都是计算机的重要部件，它们协同工作，负责执行计算机程序，完成各种运算和控制任务。

### 计算机指令 ###

程序是计算机能够执行的指令集合，每条指令都表示一个计算机要完成的操作。程序的指令由若干个字符组成，每个字符都代表一个操作步骤。  
比如，程序中的"ADD"指令表示要进行加法运算，"SUB"指令表示要进行减法运算，"MOV"指令表示要将数据从一个位置移动到另一个位置等。  
程序的指令通常由程序员编写，然后由计算机解释执行。  
指令由计算机系统语言编写，称为机器指令，是计算机能够直接识别的代码。程序员可以使用高级语言编写程序，然后通过编译器将程序转换为机器指令，最后由计算机执行。

ps：在编写程序指令时，需要注意指令的顺序和步骤，保证指令的正确性和可执行性。通常情况下，程序指令都会经过多次测试和检验，以保证程序的质量和稳定性。

### 解码指令 ###

解码指令是指将机器指令转换为处理器能够识别的指令，以便处理器执行。解码指令的过程包括多个步骤。

1.  首先，处理器从存储器中读取机器指令
2.  然后将机器指令转换为内部指令（内部指令是处理器能够识别的代码，通常由指令码和操作码组成。指令码表示指令的类型，操作码表示指令的具体内容。）
3.  在解码指令的过程中，处理器会执行一些预处理操作，比如识别指令的类型和操作码，然后进行指令调度和执行。
4.  处理器根据指令的类型和操作码，选择执行相应的指令，并向存储器写入计算结果。

处理器的解码能力越强，能够处理的指令类型就越多，运算速度就越快。因此，解码指令能力是处理器的关键指标之一，决定了处理器的性能和能力。

### 输入设备（Input devices） ###

输入设备是计算机的外部输入装置，用于将外部信息输入到计算机中。  
输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等，它们可以将人类输入的信息，如文字、图像、语音等，转换为计算机能够识别的数据，以便计算机进行运算。

### 输出设备（Output devices） ###

输出设备是计算机的外部输出装置，用于将计算机的运算结果输出到外部。  
输出设备包括显示器、打印机、扬声器等，它们可以将计算机的运算结果，如文字、图像、语音等，转换为人类能够识别的信息，以便人类获取计算机的运算结果。

### 通信接口（Communication interfaces） ###

通信接口是计算机的连接装置，用于将计算机与外部设备连接起来。  
通信接口包括串行端口、并行端口、USB接口、网络接口等，它们可以实现计算机与外部设备之间的信息交换，比如数据传输、文件共享等。  
这些部件协同工作，完成计算机的运算、存储、输入输出和通信等功能。  
计算机的组成部分不仅影响计算机的性能和能力，还决定了计算机的应用范围和使用场景。  
因此，合理设计和选择计算机的组成部分是保证计算机性能和使用效率的关键。

## 总结 ##

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了计算机底层原理的框架，接下来会继续对各个流程进行详细解释