时至今日，计算机已经深入我们的日常生活之中。了解计算机已经成为我们的基本素养之一。今日我们就来了解一下计算机的组成。

一、初识计算机

一个完整的计算机（计算机系统）是由硬件系统和软件系统组成。
顾名思义，硬件系统就是计算机的物质基础，软件系统就是计算机的精神基础。硬件系统就像人的肉身，软件系统就像人的精神。二者相辅相成，不可或缺。
我们最为关心的无非就是计算机的功能，说起来计算机的功能更大程度上是由计算机所安装的软件系统决定的，而所有的软件都是用计算机程序语言编写的。
今天我们要了解的就是计算机软件方面的知识。

二、计算机系统和工作原理

首先我们来了解一下计算机系统。

2.1计算机系统的组成

现代计算机的体系结构和工作原理是由冯·诺依曼提出的，因此也叫冯·诺依曼计算机。
下面我们先来了解一下什么是冯·诺依曼计算机以及它的特点。
冯·诺依曼计算机的组成：计算机由5个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
计算机的结构示意图如下：

冯·诺依曼计算机的特点：采用“存储程序”思想，程序和数据都用二进制的形式表示，以相同的方式存放在存储器中，按地址寻访。

下面我们对上述关键词进行解释：

运算器：

又称为算术逻辑单元ALU。
主要功能：计算机进行算术运算（加减乘除等等）和逻辑运算（与或非等等）的地方。
组成：它是由一个加法器、几个寄存器和一些控制线路组成的。
运算器只可以进行简单的基本运算，通常复杂运算都是由简单的基本运算一步步运算实现。因此想实现复杂运算，就需要运算器多次运算。然而运算器的运算速度非常快，使得计算机拥有高速处理信息的能力。

控制器：

主要功能：指挥计算机的各个部件按照计算机指令的要求协调工作。
组成：控制器是由程序计算器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID和时序控制电路等等组成。

中央处理器CPU是计算机中最为重要的一个部件，它是由运算器和控制器组成

存储器：

主要功能：计算用来存放数据的记忆装置。
组成：内存储器（内存或主存）和外存储器。

输入设备：

主要功能：用来接受用户输入程序的信息和数据，并将它们转化为二进制形式的数据并存放到内存中，以便计算机处理。
常见的输入设备：键盘、鼠标、触摸屏、手写笔等等。

输出设备：

主要功能：将存放在内存中的计算机处理结果以人们能够识别的形式表示出来。
常见的输出设备：显示器、打印机等等。

存储程序思想：

执行程序前，需要将程序包含的指令和数据先送到内部存储器，一旦程序启动执行，计算机必须能够在没有操作人员的干预下自动地完成逐条指令的取出和执行任务。

接下来我们来了解一下指令与程序

2.2指令与程序

1.指令

定义：指令是计算机执行某种操作的机器命令，它可以被计算机硬件直接识别和执行。
组成：计算机指令常用二进制形式表示，一条指令由操作码和操作数组成。其中操作码指示该指令要完成的具体操作，例如取数、加法、位移等等。操作码指明操作对象的数据或所在的内存单元。

划分：单操作数指令，双操作数指令，三操作数指令和无操作数指令。（按操作数的个数划分）

一台计算机所有指令的集合称为指令系统。不同类型的计算机的指令系统是不同的。但是通常会有这几个功能的指令：数据传送指令、数据处理指令、程序控制指令、输入输出指令、硬件管理指令、其他指令。

2.计算机的工作原理

计算机的工作实质就是快速执行指令的过程。
指令的执行过程分为3个部分：（1）取指令、（2）分析指令、（3）执行指令。

取指令：按照程序计数器中的地址，从内存中取出指令送到指令寄存器中。

分析指令：对指令寄存器中存放的指令进行分析，由指令译码器对操作码进行译码，转化成相应的控制信号并确定操作数地址。

执行指令：由执行部件完成该指令所要求的操作，例如执行加法操作，将寄存器的值与累加器的值相加，结果依旧放在累加器中。

为了提高效率，现代计算机通常使用指令流水线技术来并行执行指令。

显然，流水线方式的控制是复杂得，硬件成本较高。

3.程序

计算机程序是指完成一定功能的指令的有序集合。

运行一个程序的过程就是依次执行每条指令的过程，一条指令执行完成后，为执行下一条指令做好准备，即形成下一条指令地址，继续执行，直到遇到结束程序的指令为止。

程序执行的过程如下：

计算机程序是数据流和控制流的工作过程。

下面我们来进一步了解一下什么是数据流和控制流：

数据流：是指对数据形式的表示和描述，即程序所使用数据的数据结构和组织形式。
控制流：是对数据所进行操作的描述，即指定操作的步骤和方法，称为算法。

所以有：
程序设计=算法+数据结构+程序设计方法

4.软件

定义：软件是指程序、程序运行所需要的数据以及开发，使用和维护这些程序所需要的文档的集合。

计算机软件分类：系统软件和应用软件

系统软件：是指控制计算机的运行，管理计算机的各种资源，并为应用软件提供支持和服务的一类软件，通常包括操作系统，语言处理程序和各种实用程序。

应用软件：是指利用计算机的软、硬件资源为某一专门的应用目的而开发的软件

好了，今天的学习就到这里。我们下期见！