NOIP初赛指南/计算机的系统及工作原理

冯·诺依曼结构

1945 年，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼 (von Neumann) 提出了冯·诺依曼结构，这是一种对计算机基本组成和工作方法的设想，为计算机的诞生与发展提供了理论基础。

理论要点：

1. 计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备这五部分组成。

2. 存储程序思想：把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。

计算机系统可划分为软件系统与硬件系统两大类。

计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备五部分组成。（冯·诺依曼理论）

输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏、麦克风等。

输出设备：显示器、打印机、音箱等。

中央处理器 (CPU, Central Processing Unit)：主要由运算器、控制器组成，其他部件还有寄存器、缓存等。运算器进行算术和逻辑运算。控制器是计算机的指挥系统。

CPU 缓存 (CPU Cache)：用于减少 CPU 访问 RAM（见下文）的等待时间。如缓存中已有要访问的数据，则直接返回，不再访问 RAM。

存储器：具有记忆功能，用于存储信息。分为内部存储器（内存）和外部存储器（外存）。

内存：CPU 能直接访问的存储器称为内存，又称为主存储器（主存）。内存按断电后能否保存数据，分为易失性内存和非易失性内存两种。

ROM (Read-only Memory): 非易失性内存的代表。通常只能读，不能写。生产时由厂家写入，写入后数据不易丢失。

RAM (Random Access Memory): 易失性内存的代表。可读可写，断电后数据将丢失。

外存：CPU 不能直接访问的存储器称为外存，又称为辅助存储器（辅存），如硬盘、软盘、光盘等。外存中的信息必须调入内存才能被 CPU 处理。外存一般容量较大，但速度比内存要慢。

计算机软件主要分为系统软件和应用软件。

系统软件：用于使用或管理计算机的软件。如操作系统软件 Windows、UNIX 等。

应用软件：为某个应用目的编写的软件。如办公软件 Microsoft Office、工具软件等。