Aus welchen Komponenten besteht ein Computersystem?

Ein Computersystem besteht aus einem Hardwaresystem und einem Softwaresystem. Das Hardwaresystem ist eine Sammlung funktionaler Komponenten, aus denen das Computersystem besteht, einschließlich des Zentralprozessors, des internen Speichers, des externen Speichers sowie der Eingabe- und Ausgabegeräte Softwaresystem bezieht sich auf den Betrieb des Computersystems. Eine Sammlung verschiedener Programme und aller zugehörigen Dokumente und Daten, einschließlich Systemsoftware und Anwendungssoftware.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 10-System, DELL G3-Computer.

Wie setzt sich ein Computersystem zusammen?

Ein Computersystem besteht aus zwei Teilen: einem Hardwaresystem und einem Softwaresystem.

Computerhardware ist eine Sammlung funktionaler Komponenten, aus denen ein Computersystem besteht. Es ist ein allgemeiner Begriff für verschiedene Computerkomponenten und -geräte, die aus elektronischen, mechanischen und optoelektronischen Komponenten bestehen. Es ist die materielle Grundlage für Computer, um verschiedene Aufgaben zu erledigen. Computerhardware ist eine physische Einheit, die sichtbar und greifbar ist.

Computersoftware bezeichnet eine Sammlung verschiedener Programme, die sich auf den Betrieb eines Computersystems beziehen, sowie alle damit verbundenen Dokumente und Daten. Ein Programm ist eine Folge von Anweisungsanweisungen, die zur Computerausführung geeignet sind und in einer Programmiersprache beschrieben werden.

Computer ohne installierte Software werden oft als „Bare Metal“ bezeichnet, und Bare Metal kann nicht funktionieren. Wenn Computerhardware von Computersoftware getrennt wird, wird sie zu einer nutzlosen Maschine. Wenn die Computersoftware von der Computerhardware getrennt wird, verliert sie die materielle Grundlage für ihren Betrieb. Daher sind beide voneinander abhängig und unverzichtbar und bilden zusammen ein vollständiges Computersystem.

Der grundlegende Aufbau eines Computersystems ist wie in der Abbildung dargestellt

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Der grundlegende Aufbau und das Funktionsprinzip eines Computerhardwaresystems

⑴ Computerhardware besteht aus fünf Grundteilen: Recheneinheit, Controller , Speicher, Eingabegerät und Ausgabegerät.

⑵ Der Computer verwendet Binärdateien zur Darstellung von Programmen und Daten.

⑶ Bei der Methode „Gespeichertes Programm“ werden das Programm und die Daten im selben Speicher (interner Speicher) abgelegt, und der Computer kann automatisch Anweisungen aus dem Speicher abrufen, um sie mit hoher Geschwindigkeit auszuführen.

Man kann sagen, dass jede der fünf Hauptkomponenten der Computerhardware eine relativ unabhängige Funktion hat und ihre eigenen unterschiedlichen Aufgaben erfüllt. Wie in Abbildung 1-7 dargestellt, arbeiten die fünf Hauptkomponenten tatsächlich koordiniert unter der Steuerung des Controllers. Zunächst werden das Programm, das die Berechnungsschritte darstellt, und die für die Berechnung erforderlichen Originaldaten über das Eingabegerät unter der Steuerung des Controller-Eingabebefehls an den Speicher des Computers gesendet. Zweitens werden zu Beginn der Berechnung die Programmanweisungen im Rahmen des Befehlsabrufs einzeln an die Steuerung gesendet. Der Controller dekodiert die Anweisung und gibt Speicher-, Abruf- und Operationsbefehle entsprechend den Operationsanforderungen der Anweisung an den Speicher und die Recheneinheit aus. Die Recheneinheit berechnet und speichert die Ergebnisse im Speicher. Unter der Wirkung der Abruf- und Ausgabebefehle des Controllers werden die Berechnungsergebnisse über das Ausgabegerät ausgegeben.

1． Operator (ALU)

Der Operator wird auch Arithmetic Logic Unit ALU (Arithmetic Logic Unit) genannt. Seine Funktion besteht darin, arithmetische Operationen und logische Operationen abzuschließen. Arithmetische Operationen beziehen sich auf Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division und deren zusammengesetzte Operationen. Logische Operationen beziehen sich auf logische Vergleiche und logische Beurteilungsoperationen wie „und“, „oder“ und „nicht“. In einem Computer wird jede komplexe Operation in grundlegende arithmetische und logische Operationen umgewandelt und dann in der Recheneinheit ausgeführt.

2． Controller (CU)

Controller CU (Controller Unit) ist das Befehlssystem des Computers. Der Controller besteht im Allgemeinen aus einem Befehlsregister, einem Befehlsdecoder, einer sequentiellen Schaltung und einer Steuerschaltung. Seine Grundfunktion besteht darin, Anweisungen aus dem Speicher abzurufen und Anweisungen auszuführen. Eine Anweisung ist eine einstufige Operation, die den Computer anweist, wie er arbeiten soll. Sie besteht aus zwei Teilen: dem Operationscode (Operationsmethode) und dem Operanden (Operationsobjekt). Der Controller greift über die Adresse auf den Speicher zu, ruft die ausgewählten Einheitenanweisungen einzeln ab, analysiert die Anweisungen und wirkt auf andere Komponenten gemäß den von den Anweisungen erzeugten Steuersignalen ein, um die von den Anweisungen geforderten Arbeiten abzuschließen. Die oben genannte Arbeit beginnt immer wieder von vorne und stellt sicher, dass der Computer automatisch und kontinuierlich arbeiten kann.

Die Recheneinheit und der Controller werden üblicherweise gemeinsam als Zentraleinheit oder CPU (Central Processing Unit) bezeichnet, die die Kernkomponente des gesamten Computers und das „Gehirn“ des Computers darstellt. Es steuert die Berechnung, Verarbeitung, Ein- und Ausgabe des Computers.

Integrierte Schaltkreistechnologie ist die Basistechnologie zur Herstellung von CPUs für Mikrocomputer, Minicomputer, Großrechner und Supercomputer. Seine Entwicklung führte zu enormen Verbesserungen der Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit von Computern. Im Jahr 1965 stellte Gordon Moore, Gründer des Chipgiganten Intel, das berühmte Mooresche Gesetz vor: Die Anzahl der Transistoren auf einem Chip verdoppelt sich alle 18 bis 24 Monate. Zur Überraschung aller hat dieses Gesetz die 30-jährige Entwicklung von Chips sehr genau vorhergesagt. Die erste Generation integrierter Schaltkreise im Jahr 1958 enthielt nur zwei Transistoren, während der Pentium II-Prozessor im Jahr 1997 7,5 Millionen Transistoren enthielt. Der Pentium 4 hatte im Jahr 2000 die 0,13-Mikrometer-Technologie erreicht und 42 Millionen Transistoren integriert. Je mehr Transistoren in der CPU integriert sind, desto größer ist die Rechenleistung des Chips.

３． Speicher

Speicher ist das Speichergerät des Computers. Seine Hauptfunktion besteht darin, Programme und Daten zu speichern. Programme sind die Grundlage für Computeroperationen, und Daten sind die Objekte von Computeroperationen.

⑴ Informationsspeichereinheit

Programme und Daten werden im Speicher des Computers in binärer Form gespeichert. Die Größe der Speicherkapazität wird in Bytes gemessen. Wird oft in KB (Kilobyte), MB (Megabyte), GB (Gigabyte) und TB ausgedrückt. Die Beziehung zwischen ihnen ist: 1 KB = 1024 B = 210 B, 1 MB = 1024 KB = 220 B, 1 GB = 1024 MB = 230 B, 1 TB = 1024 G = 240 B. In einigen Berechnungen wird 210 (1024) zur Vereinfachung der Berechnung standardmäßig auf 1000 gesetzt.

Bit (Bit): Es ist die kleinste Einheit, mit der ein Computer Daten speichert. Ein einzelnes Symbol „0“ oder „1“ in einem Maschinenwort wird als Binärbit bezeichnet, das eine Binärzahl speichern kann.

Byte (kurz B): Byte ist die Maßeinheit für die Speicherkapazität des Computers und die Grundeinheit der Datenverarbeitung. 8 Binärbits bilden ein Byte. Ein Byte Speicherplatz wird als Speichereinheit bezeichnet.

Wort: Wenn ein Computer Daten verarbeitet, wird die Länge der Daten, auf die gleichzeitig zugegriffen, verarbeitet und übertragen wird, als Wort bezeichnet. Ein Wort besteht normalerweise aus mehreren Bytes.

Wortlänge: Die Länge der Daten, die der Zentralprozessor gleichzeitig verarbeiten kann, ist die Wortlänge. Die Wortlänge bestimmt die Datenbreite der Register und des Busses der CPU. Die Wortlängen moderner Computer betragen 8 Bit, 16 Bit, 32 Bit und 64 Bit.

⑵ Klassifizierung des Speichers

Entsprechend der engen Verbindung zwischen Speicher und CPU kann er in zwei Kategorien unterteilt werden: interner Speicher (Hauptspeicher) und externer Speicher (Hilfsspeicher). Der Speicher befindet sich im Computer-Host und tauscht Informationen direkt mit der Recheneinheit und der Steuerung aus. Obwohl die Kapazität gering ist, ist die Zugriffsgeschwindigkeit im Allgemeinen hoch. Um die Kapazität des internen Speichers zu erweitern, wird ein externer Speicher eingeführt. Als Erweiterung und Sicherung des internen Speichers ist der externe Speicher indirekt mit der CPU verbunden und dient zum Speichern einiger Programme und Daten, die das System verwenden muss, aber nicht Nicht einsatzbereit. Das Programm muss in den Speicher übertragen werden. Externer Speicher hat eine langsame Zugriffsgeschwindigkeit, verfügt aber über eine große Speicherkapazität und kann große Informationsmengen über einen langen Zeitraum speichern.

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