Tengo una pregunta sobre las computadoras.
Se utiliza lo siguiente. Los principios básicos de las computadoras
Los principios básicos de las computadoras son el almacenamiento y el control de programas. De antemano, la secuencia de instrucciones (llamada programa) que le indica a la computadora cómo operar y los datos sin procesar se transfieren a la memoria de la computadora a través del dispositivo de entrada. Cada instrucción estipula claramente de qué dirección buscará la computadora, qué operación realizará y luego a qué dirección enviará.
Cuando la computadora está en funcionamiento, primero extrae la primera instrucción de la memoria y, mediante la decodificación por parte del controlador, de acuerdo con las instrucciones, los datos se extraen de la memoria para realizar cálculos lógicos y específicos. operaciones, y luego enviar el resultado a la memoria de acuerdo con la dirección. A continuación, saque la segunda instrucción y complete la operación especificada bajo el mando del controlador. Continúe de esta manera hasta que encuentre un comando de parada.
Los programas se almacenan como datos. Según el orden de programación, las instrucciones se recuperan paso a paso y completan automáticamente las operaciones especificadas por las instrucciones. Este es el principio de funcionamiento más básico de la computadora. Este principio fue propuesto por primera vez por el matemático húngaro-estadounidense von Neumann en 1945, por lo que se denomina principio de von Neumann.
**El principio de funcionamiento y el sistema de hardware de los programas almacenados en la computadora
Estructura de Von Neumann
El sistema informático consta de dos partes: el sistema de hardware y el software. sistema. . Estados Unidos tomó prestado del científico húngaro John von Neumann para sentar la estructura básica de las computadoras modernas. Sus características son:
1) Utilizan una única unidad de procesamiento para completar el trabajo de cálculo, almacenamiento y comunicación.
2) La unidad de almacenamiento es una organización lineal de longitud fija.
3) Las unidades de espacio de almacenamiento son direccionables directamente.
4) Utilizando lenguaje de máquina de bajo nivel, las instrucciones completan operaciones simples a través de códigos de operación.
5) Control de secuencia centralizado de cálculos.
6) El sistema de hardware de una computadora consta de cinco componentes principales: unidad aritmética, memoria, controlador, dispositivo de entrada y dispositivo de salida y estipula sus funciones básicas.
7) Los datos y las instrucciones se representan en forma binaria.
8) Al ejecutar programas y procesar datos, los programas y datos deben cargarse desde la memoria externa a la memoria principal, de modo que la computadora pueda recuperar automáticamente instrucciones de la memoria y ejecutarlas durante la operación.
Este es el principio básico del concepto de programa almacenado.
Instrucciones por computadora
La computadora realiza automáticamente cálculos y procesamiento rápidos de datos de acuerdo con los arreglos predeterminados de las personas. Las disposiciones predeterminadas de las personas se expresan mediante una serie de instrucciones (órdenes del operador), y esta secuencia de instrucciones se denomina programa. Una instrucción le dice a la computadora que realice una operación básica. Un programa especifica una computadora para completar una tarea completa. Un conjunto de instrucciones diferentes que una computadora puede reconocer se denomina conjunto de instrucciones o sistema de instrucciones de ese tipo de computadora. En el sistema de instrucción de una microcomputadora, se utilizan principalmente instrucciones de dirección única y de dos direcciones. Entre ellos, el primer byte es el código de operación, que especifica la operación básica que realizará la computadora, y el segundo byte es el operando. Las instrucciones de computadora incluyen los siguientes tipos: instrucciones de procesamiento de datos (suma, resta, multiplicación, división, etc.), instrucciones de transferencia de datos, instrucciones de control de programas e instrucciones de gestión de estado. Toda la memoria se divide en varias unidades de almacenamiento y cada unidad de almacenamiento generalmente puede almacenar números binarios de 8 bits (direccionamiento de bytes). Cada unidad local puede almacenar datos o código de programa. Para poder acceder efectivamente a los contenidos almacenados en la unidad, a cada unidad se le asigna un número único para identificarla, es decir, una dirección.
El principio de funcionamiento de una computadora
Según el principio de programas almacenados de von Neumann, cuando una computadora ejecuta un programa, primero debe colocar los programas y datos relevantes a ejecutar en el memoria interna Al ejecutar un programa, la CPU busca y ejecuta instrucciones basadas en el contenido del registro de puntero del programa actual, y luego busca y ejecuta la siguiente instrucción. Este ciclo continúa hasta que el programa finaliza y la instrucción deja de ejecutarse. Su proceso de trabajo es el proceso de buscar y ejecutar instrucciones continuamente y, finalmente, colocar los resultados calculados en la dirección de memoria especificada por la instrucción.
Los componentes de hardware de la computadora involucrados en el proceso de trabajo de la computadora incluyen memoria interna, registros de instrucciones, decodificadores de instrucciones, calculadoras, controladores, unidades aritméticas y dispositivos de entrada/salida, etc., que se presentarán en el siguiente contenido.
(1) Sistema de hardware informático
El hardware generalmente se refiere a las entidades de equipo que constituyen una computadora. El sistema hardware de una computadora debe estar compuesto por cinco partes básicas: unidad aritmética, controlador, memoria y dispositivos de entrada y salida. Estas cinco partes completan las operaciones transmitidas por las instrucciones a través del bus del sistema. Cuando la computadora recibe las instrucciones, el controlador le indica que transmita los dispositivos de entrada de datos a la memoria para su almacenamiento. en el cálculo a la unidad aritmética es procesado por el operador y el resultado procesado es emitido por el dispositivo de salida.
Unidad central de procesamiento
CPU (unidad central de procesamiento) significa unidad central de procesamiento, también conocida como unidad central de procesamiento. La CPU se compone de un controlador, una unidad aritmética y registros, generalmente concentrados en un chip, y es el dispositivo central del sistema informático. La computadora está centrada en la CPU, y la CPU controla y ejecuta la transmisión y el procesamiento de datos entre los dispositivos de entrada y salida y la memoria. La unidad central de procesamiento de una microcomputadora también se llama microprocesador.
Controlador
El controlador es un componente que analiza las instrucciones de entrada y controla uniformemente varios componentes de la computadora para completar ciertas tareas. Generalmente consta de un registro de instrucciones, un registro de estado, un decodificador de instrucciones, un circuito secuencial y un circuito de control. La forma en que funciona una computadora es ejecutar un programa. Un programa es una secuencia específica de instrucciones compiladas para completar una determinada tarea. Varias operaciones de instrucciones se organizan de manera ordenada de acuerdo con una determinada relación de tiempo. El controlador genera varias operaciones más básicas e indivisibles. Las microoperaciones son señales de comando, es decir, microcomandos, que ordenan a toda la computadora que funcione de manera ordenada. Cuando la computadora ejecuta el programa, el controlador primero obtiene la dirección de la instrucción del registro del puntero de instrucción, almacena la dirección de la siguiente instrucción en el registro de instrucciones y luego recupera la instrucción de la memoria. Genere señales de control para controlar el hardware correspondiente para completar la operación de huellas dactilares. En resumen, el controlador es un componente que coordina y dirige el trabajo de varios componentes de la computadora. Su tarea básica es generar microcomandos correspondientes en función de las necesidades del tipo de huella digital integrando condiciones lógicas y condiciones de tiempo relevantes.
Operador
El operador también se llama Unidad Aritmético Lógica (ALU). La tarea principal de la unidad aritmética es realizar diversas operaciones aritméticas y operaciones lógicas. Las operaciones aritméticas se refieren a diversas operaciones numéricas, como suma, resta, multiplicación, división, etc. Las operaciones lógicas son operaciones no numéricas que realizan juicios lógicos, como Y, O, NO, comparación, desplazamiento, etc. Todas las operaciones realizadas por la computadora se realizan en la unidad aritmética. De acuerdo con el modo de direccionamiento especificado por la instrucción, la unidad aritmética obtiene los operandos del almacenamiento o registros, realiza cálculos y los devuelve al registro especificado por la instrucción. Los componentes centrales de la unidad aritmética son un sumador y varios registros. El sumador se usa para operaciones y los registros se usan para almacenar diversos datos que participan en las operaciones y los resultados de las operaciones.
(2) Memoria
La memoria se divide en memoria interna (denominada memoria o memoria principal) y memoria externa (denominada memoria externa o memoria auxiliar). La memoria externa también se puede utilizar generalmente como dispositivo de entrada/salida. La computadora almacena los programas y datos a ejecutar en la memoria, que generalmente está compuesta por dispositivos semiconductores. Las memorias de semiconductores se pueden dividir en tres categorías principales: memoria de acceso aleatorio, memoria de sólo lectura y memoria especial.
RAM
La RAM es una memoria de acceso aleatorio (Random Access Memory). Su característica es que se puede leer y escribir. El tiempo necesario para acceder a cualquier unidad es el mismo. se suministra dentro de la memoria, el contenido se puede retener y el contenido almacenado desaparece inmediatamente después de un corte de energía. La RAM se puede dividir en dos categorías: RAM dinámica y RAM estática. La denominada memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) utiliza circuitos y condensadores MOS como elementos de almacenamiento.
Debido a que el condensador se descargará, es necesario cargarlo periódicamente para mantener la precisión del contenido almacenado. Por ejemplo, se actualiza cada 2 ms, por lo que esto se denomina memoria dinámica. La denominada memoria estática de acceso aleatorio SRAM utiliza flip-flops de circuitos bipolares o circuitos MOS como elementos de almacenamiento y no presenta problemas de refresco provocados por la descarga del condensador. Mientras haya un suministro de energía normal, el flip-flop puede almacenar datos de manera estable. La DRAM se caracteriza por una alta densidad de integración y se utiliza principalmente para memoria de gran capacidad. SRAM se caracteriza por una velocidad de acceso rápida y se utiliza principalmente para ajustar la memoria intermedia.
ROM
La ROM es una memoria de solo lectura (Read Only Memory). Solo puede leer el contenido original y no puede escribir contenido nuevo por parte del usuario. El contenido original almacenado fue escrito y reproducido una vez por el fabricante y guardado permanentemente. La ROM se puede dividir en ROM programable, ROM programable borrable y ROM programable borrable eléctricamente. Por ejemplo, el contenido almacenado en la EPROM se puede borrar mediante exposición a luz ultravioleta, lo que permite cambiar su contenido repetidamente.
Memoria especial de estado sólido
Incluyendo memoria de carga acoplada, memoria de burbuja magnética, memoria de haz de electrones, etc., que se utilizan principalmente para el almacenamiento de información en campos especiales.
Además, las unidades comunes utilizadas para describir la capacidad de almacenamiento interno y externo son:
①Bit/bit (bit): Esta es la unidad más pequeña en la memoria, un 0 en binario. secuencia numérica O un 1 es un bit. En una computadora, un bit corresponde a un transistor.
② Byte (B, Byte): Es la unidad de existencia más utilizada y básica en los ordenadores. Un byte equivale a 8 bits, es decir, 1 byte = 8 bits.
③ Kilobyte (KB, Kilo Byte): la capacidad de la memoria de la computadora es muy grande y generalmente se expresa en kilobytes. 1 KB = 1024 Bytes.
④Megabyte (MB): el disco duro y la memoria de las microcomputadoras populares en la década de 1990 se medían generalmente en megabytes (MB). 1 MB = 1024 KB.
⑤Gigabyte (GB, Giga Byte): Los discos duros de los microordenadores más populares actualmente en el mercado han alcanzado especificaciones como 4,3 GB, 6,4 GB, 8,1 GB, 12 GB y 13 GB. 1 GB = 1024 MB.
⑥Terabyte (TB, Terabyte): 1TB=1024GB.
(3) Dispositivos de entrada/salida
Los dispositivos de entrada se utilizan para aceptar datos sin procesar y programas ingresados por los usuarios, y convertirlos en binarios que la computadora pueda reconocer y almacenar en la memoria. . Los dispositivos de entrada más utilizados incluyen teclado, mouse, escáner, lápiz óptico, etc.
El dispositivo de salida se utiliza para convertir los resultados procesados por la computadora almacenados en la memoria en una forma aceptable para las personas para su salida. Los dispositivos de salida más utilizados incluyen monitores, impresoras, trazadores, etc.
(4) Bus
El bus es un conjunto de líneas de señales comunes para la transmisión de datos entre componentes del sistema. Tiene funciones tales como recopilar y distribuir señales de datos, seleccionar componentes que envían señales y componentes que reciben señales, y establecer y transferir derechos de control del bus. La estructura de un sistema informático de microcomputadora típico se muestra en la Figura 2-3. Por lo general, adopta una estructura de bus único. Los buses generalmente se dividen en tres grupos según el tipo de señal, entre los cuales AB (Bus de direcciones) es el bus de direcciones DB; (Bus de datos) es el bus de control CB (Bus de control);
(5) Principales indicadores técnicos de las microcomputadoras
①Tipo de CPU: se refiere al modelo de chip de CPU utilizado en el sistema de microcomputadora, que determina el grado del sistema de microcomputadora.
②Longitud de la palabra: se refiere al número máximo de dígitos binarios que la CPU puede transmitir y procesar al mismo tiempo. La longitud afecta directamente la función, el propósito y el alcance de la aplicación de la computadora.
Por ejemplo, Pentium es un microprocesador de longitud de palabra de 64 bits, es decir, el número de bits de datos es 64 bits y sus bits de direccionamiento son 32 bits.
③Frecuencia del reloj y ciclo de la máquina: la frecuencia del reloj también se denomina frecuencia principal. Se refiere a la frecuencia del oscilador de cristal interno de la CPU. La unidad común es el megabyte (MHz), que refleja el ritmo de trabajo básico. la CPU. Un ciclo de máquina consta de varios ciclos de reloj. En lenguaje de máquina, el número de ciclos de máquina necesarios para ejecutar una instrucción se utiliza para describir la velocidad de ejecución de la instrucción. Generalmente, el tipo de CPU y la frecuencia del reloj se utilizan para describir el grado de la computadora. Como Pentium III 500, etc.
④Velocidad de operación: se refiere al número de instrucciones que la computadora puede ejecutar por segundo. Las unidades incluyen MIPS (millones de instrucciones por segundo) y MFLOPS (millones de instrucciones de punto flotante por segundo).
⑤Velocidad de acceso: se refiere al tiempo necesario para que la memoria complete una operación de lectura o escritura. Se llama tiempo de acceso o tiempo de acceso a la memoria. El tiempo más corto requerido para dos bordes o escritura consecutivos se llama ciclo de almacenamiento. Para las memorias de semiconductores, el ciclo de acceso es de aproximadamente decenas a cientos de milisegundos. Su velocidad afectará la velocidad de la computadora.
⑥ Capacidad de memoria interna y externa: se refiere a la capacidad de almacenamiento de la memoria, es decir, la cantidad de bytes que el almacenamiento de contenidos puede almacenar información. La memoria externa es un medio de almacenamiento que puede almacenar programas y datos de forma permanente, y se puede decir que su capacidad es ilimitada. Por ejemplo, los discos duros y los disquetes son dispositivos externos indispensables en los sistemas de microcomputadoras. Hasta la fecha, todos los sistemas informáticos se basan en el principio de los programas almacenados de von Neumann. Cuanto mayor sea la capacidad de la memoria interna y externa, más ricas serán las funciones del software que se pueden ejecutar. La alta velocidad de la CPU y la baja velocidad de la memoria externa son los principales obstáculos en el proceso de trabajo del sistema de microcomputadora. Sin embargo, debido a la mejora continua de la velocidad de acceso al disco duro, este fenómeno se ha mejorado.
Comencemos con las primeras computadoras. Cuando las personas diseñaron computadoras por primera vez, adoptaron este modelo:
Las personas ingresan la información que necesita ser procesada en la computadora a través de dispositivos de entrada, y la computadora utiliza procesamiento central Después de que la computadora procesa la información, le informa a las personas los resultados procesados a través del dispositivo de salida.
De hecho, este modelo es muy simple. Para dar un ejemplo simple, la información que desea procesar es 1 1. Después de ingresar esta información en la computadora, la computadora la procesará internamente y luego el resultado procesado será Te lo diré.
Los dispositivos de entrada de las primeras computadoras estaban muy atrasados y no había teclados ni ratones. En ese momento, las computadoras todavía eran grandes y las primeras computadoras tenían hasta dos pisos. Las personas solo pueden ingresar información en la computadora girando las innumerables teclas en el enorme panel de la computadora. Después de que la computadora procesa la información, el dispositivo de salida también es bastante simple, que son innumerables luces de señal en el panel de la computadora. Entonces, la computadora en ese momento simplemente no podía manejar la variedad de información como ahora. En realidad, solo podía realizar operaciones numéricas.
Era muy agotador para la gente utilizar ordenadores en aquella época. Pero en ese momento, incluso este tipo de computadora era extremadamente avanzada porque liberaba a las personas de arduos cálculos manuales y aumentaba considerablemente la velocidad de cálculo.
Con el uso de las computadoras, la gente ha descubierto que las capacidades informáticas de los modelos anteriores son limitadas y son cada vez más incapaces de manejar grandes cantidades de datos. Algunas personas han mejorado el modelo de ordenador y han propuesto este modelo:
Añade una memoria interna junto al procesador central. Lo bueno de este modelo es. Por ejemplo, si el profesor te pide que calcules mentalmente un problema sencillo, definitivamente podrás calcularlo sin esfuerzo. Sin embargo, si el profesor te pide que calcules la multiplicación de 20 números de tres dígitos, definitivamente te resultará muy difícil. Debes calcular mentalmente, pero si te dan un papel borrador, podrás resolverlo rápidamente.
Después de tener el disco, es mucho más conveniente para las personas usar computadoras. No solo pueden almacenar los resultados del procesamiento de datos en el disco, sino que también pueden almacenar una gran cantidad de datos ingresados en la computadora. el disco, para que los datos puedan ser El uso repetido evita la duplicación del trabajo.
Pero no mucho después, la gente descubrió otro problema: querían almacenar cada vez más contenido en el disco y era muy inconveniente almacenar mucha información junta. Esto da como resultado la creación del archivo.
Esto es algo similar a los archivos de nuestra vida diaria. Los archivos de nuestra vida diaria se componen de información relacionada, y lo mismo ocurre con los archivos de computadora. La gente clasifica la información en archivos y los almacena en el disco. De esta manera, hay Archivo 1, Archivo 2... en el disco.
Sin embargo, durante el proceso de uso, la gente descubrió gradualmente que es muy doloroso administrar cada vez más archivos manualmente. Para resolver este problema, la gente desarrolló un software llamado sistema operativo.
De hecho, el sistema operativo es un tipo de software que administra las computadoras por nosotros. Antes de la aparición del sistema operativo, solo los profesionales sabían cómo usar las computadoras. Después de la aparición del sistema operativo, no importa. Ya sea que te hayas graduado con especialización en informática o no, con una formación sencilla podrás dominar las computadoras fácilmente.
Una vez que tenemos un sistema operativo, no tratamos directamente con el hardware de la computadora ni le damos órdenes directamente. Le decimos al sistema operativo lo que queremos hacer y el sistema operativo luego organiza lo que necesita. que se debe hacer en la computadora Simplemente hágalo, y una vez que la computadora haya terminado, el sistema operativo nos dirá los resultados, lo que le ahorrará muchos problemas.
Antes de la llegada del sistema operativo, los comandos que la gente daba a la computadora a través del teclado eran todos términos muy profesionales. Con la llegada del sistema operativo, las conversaciones entre las personas y las computadoras pueden ser más fáciles. comprender términos en lugar de memorizar términos técnicos.
El sistema operativo no sólo transfiere información entre ordenadores y personas, sino que también se encarga de gestionar los dispositivos internos y externos del ordenador. Administra la creciente cantidad de archivos para las personas para que puedan encontrarlos y usarlos fácilmente; administra los discos para las personas e informa el uso del disco en cualquier momento; administra la memoria de las computadoras para que las computadoras puedan funcionar de manera más eficiente y segura; También es responsable de administrar varios dispositivos externos, como impresoras, etc. Con su administración, estos dispositivos periféricos pueden servir de manera efectiva a los usuarios.
Precisamente porque el sistema operativo es tan importante, la gente lo mejora constantemente para hacerlo más cómodo de usar y más potente. Para las microcomputadoras que utilizamos ahora, el sistema operativo ha pasado principalmente por varias etapas de desarrollo: DOS, Windows 3.X, Windows95 y Windows98.
En la etapa de DOS, cuando las personas interactuaban con las computadoras, todavía dependían principalmente de ingresar comandos: "Los comandos que ingresa, los hará la computadora. Si no los ingresa, la computadora no hará nada". " En esta etapa, las personas todavía necesitan recordar muchos comandos y su uso. Si los olvidan o no los saben, no hay nada que puedan hacer. Por lo tanto, las computadoras en ese momento todavía eran grandes y fáciles de usar, y los sistemas operativos se encontraban en sus primeras etapas de desarrollo. La aparición de Windows ha compensado en gran medida esta deficiencia. Cuando las personas usan Windows, no necesitan recordar ningún comando y pueden completar una gran cantidad de trabajo con solo señalar con el mouse. Y cuando el sistema operativo pasó a ser Windows95, usar la computadora se volvió más fácil.
Ahora resumamos brevemente parte del contenido del que hablamos anteriormente. Después de décadas de esfuerzos de la gente, la estructura de composición de las computadoras está básicamente finalizada. Ahora el hardware de las microcomputadoras que usamos a diario se puede representar con la siguiente figura: Aquí CPU es la abreviatura en inglés de la unidad central de procesamiento de la que hablamos antes. y otros circuitos auxiliares forman el corazón de una computadora. La información que ingresamos a través de teclados y otros dispositivos de entrada es procesada por éste y mostrada en el monitor. Durante el proceso de procesamiento de información, la CPU debe intercambiar información con frecuencia con la memoria y, una vez completado el trabajo, los datos de la memoria deben guardarse en el disco.
Lo anterior es el principio de funcionamiento del hardware, entonces, en términos de software, ¿cómo usamos las computadoras?
Como decíamos antes, podemos asignar trabajo al ordenador a través del sistema operativo, y el sistema operativo también puede decirnos los resultados del trabajo del ordenador. Sin embargo, las funciones del sistema operativo no son ilimitadas. De hecho, muchas funciones de la computadora se realizan mediante una variedad de aplicaciones de software. El sistema operativo generalmente solo es responsable de administrar la computadora para que pueda funcionar correctamente. Y numerosos programas de aplicación aprovechan plenamente el papel de las computadoras. Pero todo este software de aplicación está integrado en el sistema operativo. Generalmente, cierto tipo de software está diseñado para un sistema operativo específico, porque este software no puede intercambiar información directamente con la computadora y necesita pasar la información a través del sistema operativo.
Esta es la llamada combinación "dura" y "blanda". El hardware son las cosas que podemos ver: host, monitor, teclado, mouse, etc., mientras que el software es invisible para nosotros y existe dentro de la computadora. Por ejemplo, el hardware es como el cuerpo humano y el software es como la mente humana. Sin el cuerpo, la mente no puede existir, pero el cuerpo sin la mente es sólo un estado vegetativo. Si una persona normal quiere completar una tarea, todo lo hace el cuerpo bajo el control de la mente. Las computadoras son similares a esto. Sin hardware como hosts, el software no puede existir y una computadora sin software es solo un montón de chatarra.
Hay otro concepto importante que no se ha tratado, es decir, ¿cómo gestiona los archivos el sistema operativo? De hecho, es muy simple. Cada archivo tiene su propio nombre, llamado nombre de archivo, que se utiliza para distinguir diferentes archivos. Hay muchos, decenas de miles de archivos en la computadora, y no es conveniente buscar simplemente distinguiéndolos por nombre. Por lo tanto, la computadora tiene el concepto de carpetas que se almacenan en diferentes carpetas, lo que hace que la búsqueda sea más rápida. Si hay más, no será demasiado complicado. Si hay demasiados archivos, se pueden almacenar en carpetas diferentes. Cuando hay demasiadas carpetas, algunas carpetas relacionadas se pueden almacenar en carpetas más recientes. Esta es una forma más científica de administrar archivos.