什么是計算機系統(tǒng)由什么組成
什么是計算機系統(tǒng)由什么組成
計算機系統(tǒng)具有接收和存儲信息、按程序快速計算和判斷并輸出處理結(jié)果等功能。那么你對計算機系統(tǒng)了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是計算機系統(tǒng)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
什么是計算機系統(tǒng)
按人的要求接收和存儲信息，自動進行數(shù)據(jù)處理和計算，并輸出結(jié)果信息的機器系統(tǒng)。計算機是腦力的延伸和擴充，是近代科學(xué)的重大成就之一。
計算機系統(tǒng)由硬件(子)系統(tǒng)和軟件(子)系統(tǒng)組成。前者是借助電、磁、光、機械等原理構(gòu)成的各種物理部件的有機組合，是系統(tǒng)賴以工作的實體。后者是各種程序和文件，用于指揮全系統(tǒng)按指定的要求進行工作。
自1946年第一臺電子計算機問世以來，計算機技術(shù)在元件器件、硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟件系統(tǒng)、應(yīng)用等方面，均有驚人進步，現(xiàn)代計算機系統(tǒng)小到微型計算機和個人計算機，大到巨型計算機及其網(wǎng)絡(luò)，形態(tài)、特性多種多樣，已廣泛用于科學(xué)計算、事務(wù)處理和過程控制，日益深入社會各個領(lǐng)域，對社會的進步產(chǎn)生深刻影響。
電子計算機分?jǐn)?shù)字和模擬兩類。通常所說的計算機均指數(shù)字計算機，其運算處理的數(shù)據(jù)，是用離散數(shù)字量表示的。而模擬計算機運算處理的數(shù)據(jù)是用連續(xù)模擬量表示的。模擬機和數(shù)字機相比較，其速度快、與物理設(shè)備接口簡單，但精度低、使用困難、穩(wěn)定性和可靠性差、價格昂貴。故模擬機已趨淘汰,僅在要求響應(yīng)速度快,但精度低的場合尚有應(yīng)用。把二者優(yōu)點巧妙結(jié)合而構(gòu)成的混合型計算機，尚有一定的生命力。
計算機系統(tǒng)的特點
計算機系統(tǒng)的特點是能進行精確、快速的計算和判斷,而且通用性好,使用容易，還能聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)。①計算：一切復(fù)雜的計算，幾乎都可用計算機通過算術(shù)運算和邏輯運算來實現(xiàn)。②判斷：計算機有判別不同情況、選擇作不同處理的能力,故可用于管理、控制、對抗、決策、推理等領(lǐng)域。③存儲：計算機能存儲巨量信息。④精確：只要字長足夠，計算精度理論上不受限制。⑤快速：計算機一次操作所需時間已小到以納秒計。⑥通用：計算機是可編程的，不同程序可實現(xiàn)不同的應(yīng)用。⑦易用：豐富的高性能軟件及智能化的人-機接口,大大方便了使用。⑧聯(lián)網(wǎng)：多個計算機系統(tǒng)能超越地理界限，借助通信網(wǎng)絡(luò)，共享遠(yuǎn)程信息與軟件資源。
計算機系統(tǒng)的組成
圖1為計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。內(nèi)核是硬件系統(tǒng)，是進行信息處理的實際物理裝置。最外層是使用計算機的人，即用戶。人與硬件系統(tǒng)之間的接口界面是軟件系統(tǒng)，它大致可分為系統(tǒng)軟件、支援軟件和應(yīng)用軟件三層。
硬件
硬件系統(tǒng)主要由中央處理器、存儲器、輸入輸出控制系統(tǒng)和各種外部設(shè)備組成。中央處理器是對信息進行高速運算處理的主要部件，其處理速度可達(dá)每秒幾億次以上操作。存儲器用于存儲程序、數(shù)據(jù)和文件，常由快速的主存儲器(容量可達(dá)數(shù)百兆字節(jié)，甚至數(shù)G字節(jié))和慢速海量輔助存儲器(容量可達(dá)數(shù)十G或數(shù)百G以上)組成。各種輸入輸出外部設(shè)備是人機間的信息轉(zhuǎn)換器,由輸入-輸出控制系統(tǒng)管理外部設(shè)備與主存儲器(中央處理器)之間的信息交換。
軟件
軟件分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件由操作系統(tǒng)、實用程序、編譯程序等組成。操作系統(tǒng)實施對各種軟硬件資源的管理控制。實用程序是為方便用戶所設(shè)，如文本編輯等。編譯程序的功能是把用戶用匯編語言或某種高級語言所編寫的程序，翻譯成機器可執(zhí)行的機器語言程序。支撐軟件有接口軟件、工具軟件、環(huán)境數(shù)據(jù)庫等，它能支持用機的環(huán)境，提供軟件研制工具。支撐軟件也可認(rèn)為是系統(tǒng)軟件的一部分。應(yīng)用軟件是用戶按其需要自行編寫的專用程序，它借助系統(tǒng)軟件和支援軟件來運行，是軟件系統(tǒng)的最外層。
計算機系統(tǒng)的分類
計算機系統(tǒng)可按系統(tǒng)的功能、性能或體系結(jié)構(gòu)分類。
?、?專用機與通用機:早期計算機均針對特定用途而設(shè)計, 具有專用性質(zhì)。60年代起, 開始制造兼顧科學(xué)計算、事務(wù)處理和過程控制三方面應(yīng)用的通用計算機。特別是系列機的出現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)文本的各種高級程序語言的采用,操作系統(tǒng)的成熟,使一種機型系列選擇不同軟件、硬件配置，就能滿足各行業(yè)大小用戶的不同需要，進一步強化了通用性。但特殊用途的專用機仍在發(fā)展，例如連續(xù)動力學(xué)系統(tǒng)的全數(shù)字仿真機，超微型的空間專用計算機等。
?、?巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機:計算機是以大、中型機為主線發(fā)展的。60年代末出現(xiàn)小型計算機,70年代初出現(xiàn)微型計算機,因其輕巧、價廉、功能較強、可靠性高，而得到廣泛應(yīng)用。70年代開始出現(xiàn)每秒可運算五千萬次以上的巨型計算機，專門用于解決科技、國防、經(jīng)濟發(fā)展中的特大課題。巨、大、中、小、微型機作為計算機系統(tǒng)的梯隊組成部分,各有其用途,都在迅速發(fā)展。
?、?流水線處理機與并行處理機:在元件、器件速度有限的條件下，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組織著手來實現(xiàn)高速處理能力,成功地研制出這兩種處理機。它們均面向ɑiθbi=ci(i=1，2，3，…,n;θ為算符)這樣一組數(shù)據(jù)(也叫向量)運算。流水線處理機是單指令數(shù)據(jù)流(SISD)的，它們用重疊原理，用流水線方式加工向量各元素，具有高加工速率。并行處理機是單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)的，它利用并行原理,重復(fù)設(shè)置多個處理部件,同時并行處理向量各元素來獲得高速度(見并行處理計算機系統(tǒng))。流水和并行技術(shù)還可結(jié)合，如重復(fù)設(shè)置多個流水部件，并行工作，以獲得更高性能。研究并行算法是發(fā)揮這類處理機效率的關(guān)鍵。在高級程序語言中相應(yīng)地擴充向量語句，可有效地組織向量運算;或設(shè)有向量識別器，自動識別源程序中的向量成分。
一臺普通主機(標(biāo)量機)配一臺數(shù)組處理器(僅作高速向量運算的流水線專用機),構(gòu)成主副機系統(tǒng),可大大提高系統(tǒng)的處理能力，且性能價格比高，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。
?、堋《嗵幚頇C與多機系統(tǒng)、分布處理系統(tǒng)和計算機網(wǎng)：多處理機與多機系統(tǒng)是進一步發(fā)展并行技術(shù)的必由之路，是巨型、大型機主要發(fā)展方向。它們是多指令流多數(shù)據(jù)流(MIMD)系統(tǒng),各機處理各自的指令流(進程),相互通信，聯(lián)合解決大型問題。它們比并行處理機有更高的并行級別，潛力大,靈活性好。用大量廉價微型機,通過互連網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成系統(tǒng)，以獲得高性能，是研究多處理機與多機系統(tǒng)的一個方向。多處理機與多機系統(tǒng)要求在更高級別(進程)上研究并行算法，高級程序語言提供并發(fā)、同步進程的手段，其操作系統(tǒng)也大為復(fù)雜，必須解決多機間多進程的通信、同步、控制等問題。
分布系統(tǒng)是多機系統(tǒng)的發(fā)展，它是由物理上分布的多個獨立而又相互作用的單機，協(xié)同解決用戶問題的系統(tǒng)，其系統(tǒng)軟件更為復(fù)雜(見分布計算機系統(tǒng))。
現(xiàn)代大型機幾乎都是功能分布的多機系統(tǒng)，除含有高速中央處理器外，有管理輸入輸出的輸入輸出處理機(或前端用戶機)、管理遠(yuǎn)程終端及網(wǎng)絡(luò)通信的通信控制處理機、全系統(tǒng)維護診斷的維護診斷機和從事數(shù)據(jù)庫管理的數(shù)據(jù)庫處理機等。這是分布系統(tǒng)的一種低級形態(tài)。
多個地理上分布的計算機系統(tǒng)，通過通信線路和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，相互聯(lián)絡(luò)起來，構(gòu)成計算機網(wǎng)。它按地理上分布的遠(yuǎn)近，分為局部(本地)計算機網(wǎng)和遠(yuǎn)程計算機網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)上各計算機可相互共享信息資源和軟硬件資源。訂票系統(tǒng)、情報資料檢索系統(tǒng)都是計算機網(wǎng)應(yīng)用的實例。
⑤ 諾依曼機與非諾依曼機：存儲程序和指令驅(qū)動的諾依曼機迄今仍占統(tǒng)治地位。它順序執(zhí)行指令，限制了所解問題本身含有的并行性，影響處理速度的進一步提高。突破這一原理的非諾依曼機，就是從體系結(jié)構(gòu)上來發(fā)展并行性，提高系統(tǒng)吞吐量，這方面的研究工作正在進行中。由數(shù)據(jù)流來驅(qū)動的數(shù)據(jù)流計算機以及按歸約式控制驅(qū)動和按需求驅(qū)動的高度并行計算機，都是有發(fā)展前途的非諾依曼計算機系統(tǒng)。
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