電腦系統

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什麼是電腦系統

  電腦系統電腦硬體和軟體兩部分組成。硬體包括中央處理機、存儲器和外部設備等;軟體是電腦的運行程式和相應的文檔。電腦系統具有接收和存儲信息、按程式快速計算和判斷並輸出處理結果等功能。常見的系統有Windows,Linux等。

電腦系統的特點

  電腦系統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,還能聯成網路

  ①計算:一切複雜的計算,幾乎都可用電腦通過算術運算和邏輯運算來實現。

  ②判斷:電腦有判別不同情況、選擇作不同處理的能力,故可用於管理、控制、對抗、決策、推理等領域。

  ③存儲:電腦能存儲巨量信息。

  ④精確:只要字長足夠,計算精度理論上不受限制。

  ⑤快速:電腦一次操作所需時間已小到以納秒計。⑥通用:電腦是可編程的,不同程式可實現不同的應用。

  ⑦易用:豐富的高性能軟體及智能化的人-機介面,大大方便了使用。

  ⑧聯網:多個電腦系統能超越地理界限,藉助通信網路,共用遠程信息與軟體資源。

電腦系統的組成

  硬體

  硬體系統主要由中央處理器、存儲器、輸入輸出控制系統和各種外部設備組成。中央處理器是對信息進行高速運算處理的主要部件,其處理速度可達每秒幾億次以上操作。存儲器用於存儲程式、數據和文件,常由快速的主存儲器(容量可達數百兆位元組,甚至數G位元組)和慢速海量輔助存儲器(容量可達數十G或數百G以上)組成。各種輸入輸出外部設備是人機間的信息轉換器,由輸入-輸出控制系統管理外部設備與主存儲器(中央處理器)之間的信息交換

  軟體

  軟體分為系統軟體、支撐軟體和應用軟體。系統軟體由操作系統、實用程式、編譯程式等組成。操作系統實施對各種軟硬體資源的管理控制。實用程式是為方便用戶所設,如文本編輯等。編譯程式的功能是把用戶用彙編語言或某種高級語言所編寫的程式,翻譯成機器可執行的機器語言程式。支撐軟體有介面軟體、工具軟體、環境資料庫等,它能支持用機的環境,提供軟體研製工具。支撐軟體也可認為是系統軟體的一部分。應用軟體是用戶按其需要自行編寫的專用程式,它藉助系統軟體和支援軟體來運行,是軟體系統的最外層。

计算机系统组成

電腦系統的分類

  電腦系統可按系統的功能、性能或體繫結構分類。

  ①專用機與通用機:早期電腦均針對特定用途而設計,具有專用性質。60年代起,開始製造兼顧科學計算、事務處理和過程式控制制三方面應用的通用電腦。特別是系列機的出現,標準文本的各種高級程式語言的採用,操作系統的成熟,使一種機型系列選擇不同軟體、硬體配置,就能滿足各行業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展,例如連續動力學系統的全數字模擬機,超微型的空間專用電腦等。

  ②巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機:電腦是以大、中型機為主線發展的。60年代末出現小型電腦,70年代初出現微型電腦,因其輕巧、價廉、功能較強、可靠性高,而得到廣泛應用。70年代開始出現每秒可運算五千萬次以上的巨型電腦,專門用於解決科技、國防、經濟發展中的特大課題。巨、大、中、小、微型機作為電腦系統的梯隊組成部分,各有其用途,都在迅速發展。

  流水線處理機與並行處理機:在元件、器件速度有限的條件下,從系統結構與組織著手來實現高速處理能力,成功地研製出這兩種處理機。它們均面向ɑiθbi=ci(i=1,2,3,…,n;θ為算符)這樣一組數據(也叫向量)運算。流水線處理機是單指令數據流(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。並行處理機是單指令流多數據流(SIMD)的,它利用並行原理,重覆設置多個處理部件,同時並行處理向量各元素來獲得高速度(見並行處理電腦系統)。流水和並行技術還可結合,如重覆設置多個流水部件,並行工作,以獲得更高性能。研究並行演算法是發揮這類處理機效率的關鍵。在高級程式語言中相應地擴充向量語句,可有效地組織向量運算;或設有向量識別器,自動識別源程式中的向量成分。

  一臺普通主機(標量機)配一臺數組處理器(僅作高速向量運算的流水線專用機),構成主副機系統,可大大提高系統的處理能力,且性能價格比高,應用相當廣泛。

  ④多處理機與多機系統、分佈處理系統和電腦網:多處理機與多機系統是進一步發展並行技術的必由之路,是巨型、大型機主要發展方向。它們是多指令流多數據流(MIMD)系統,各機處理各自的指令流(進程),相互通信,聯合解決大型問題。它們比並行處理機有更高的並行級別,潛力大,靈活性好。用大量廉價微型機,通過互連網路構成系統,以獲得高性能,是研究多處理機與多機系統的一個方向。多處理機與多機系統要求在更高級別(進程)上研究並行演算法,高級程式語言提供併發、同步進程的手段,其操作系統也大為複雜,必須解決多機間多進程的通信、同步、控制等問題。

  分佈系統是多機系統的發展,它是由物理上分佈的多個獨立而又相互作用的單機,協同解決用戶問題的系統,其系統軟體更為複雜(見分佈電腦系統)。

  現代大型機幾乎都是功能分佈的多機系統,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)、管理遠程終端及網路通信的通信控制處理機、全系統維護診斷的維護診斷機和從事資料庫管理的資料庫處理機等。這是分佈系統的一種低級形態。

  多個地理上分佈的電腦系統,通過通信線路和網路協議,相互聯絡起來,構成電腦網。它按地理上分佈的遠近,分為局部(本地)電腦網和遠程電腦網。網路上各電腦可相互共用信息資源和軟硬體資源。訂票系統、情報資料檢索系統都是電腦網應用的實例。

  ⑤諾依曼機與非諾依曼機:存儲程式和指令驅動的諾依曼機迄今仍占統治地位。它順序執行指令,限制了所解問題本身含有的並行性,影響處理速度的進一步提高。突破這一原理的非諾依曼機,就是從體繫結構上來發展並行性,提高系統吞吐量,這方面的研究工作正在進行中。由數據流來驅動的數據流電腦以及按歸約式控制驅動和按需求驅動的高度並行計算機,都是有發展前途的非諾依曼電腦系統。

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