計(jì)算機(jī)的基本組成及工作原理

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1、計(jì)算機(jī)的基本組成及工作原理1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，這一節(jié)將分別介紹計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)硬件是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各功能部件的集合。是由電子、機(jī)械和光電元件組成的各種計(jì)算機(jī)部件和設(shè)備的總稱，是計(jì)算機(jī)完成各項(xiàng)工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)硬件是看得見(jiàn)、摸得著的，實(shí)實(shí)在在存在的物理實(shí)體。計(jì)算機(jī)軟件是指與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作有關(guān)的各種程序以及任何與之相關(guān)的文檔和數(shù)據(jù)的集合。其中程序是用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言描述的適合計(jì)算機(jī)執(zhí)行的語(yǔ)句指令序列。???圖1-6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成沒(méi)有安裝任何軟件的計(jì)算機(jī)通常稱為

2、“裸機(jī)”，裸機(jī)是無(wú)法工作的。如果計(jì)算機(jī)硬件脫離了計(jì)算機(jī)軟件，那么它就成為了一臺(tái)無(wú)用的機(jī)器。如果計(jì)算機(jī)軟件脫離了計(jì)算機(jī)的硬件就失去了它運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)；所以說(shuō)二者相互依存，缺一不可，共同構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)算術(shù)邏輯運(yùn)算器(ALU)控制器(CU)中央處理器(CPU)內(nèi)存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)?只讀存儲(chǔ)器(ROM)?硬盤(pán)(HardDisk)軟盤(pán)(FloppyDisk)外存儲(chǔ)器磁盤(pán)磁帶光盤(pán)(CD-ROMDVD-ROM)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)程序庫(kù)軟件包套裝軟件用戶自己開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件DOSWindowsXen

3、ix其它界面工具程序編輯程序鏈接裝配程序其它操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)語(yǔ)言處理程序(匯編及各種語(yǔ)言的編譯、解釋程序)系統(tǒng)實(shí)用程序輸入輸出設(shè)備(I/ODevices)鍵盤(pán)鼠標(biāo)?描掃儀?光筆數(shù)字化儀顯示器打印機(jī)繪圖儀聯(lián)網(wǎng)通訊設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成如圖1-6所示。1.3.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成及工作原理現(xiàn)代計(jì)算機(jī)是一個(gè)自動(dòng)化的信息處理裝置，它之所以能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化信息處理，是由于采用了“存儲(chǔ)程序”工作原理。這一原理是1946年由馮·諾依曼和他的同事們?cè)谝黄}為《關(guān)于電子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)的初步討論》的論文中提出并論證的。這一原理確立了現(xiàn)代計(jì)

4、算機(jī)的基本組成和工作方式。⑴計(jì)算機(jī)硬件由五個(gè)基本部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。⑵計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來(lái)表示程序和數(shù)據(jù)。⑶采用“存儲(chǔ)程序”的方式，將程序和數(shù)據(jù)放入同一個(gè)存儲(chǔ)器中（內(nèi)存儲(chǔ)器），計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)高速地從存儲(chǔ)器中取出指令加以執(zhí)行。可以說(shuō)計(jì)算機(jī)硬件的五大部件中每一個(gè)部件都有相對(duì)獨(dú)立的功能，分別完成各自不同的工作。如圖1-7所示，五大部件實(shí)際上是在控制器的控制下協(xié)調(diào)統(tǒng)一地工作。首先，把表示計(jì)算步驟的程序和計(jì)算中需要的原始數(shù)據(jù)，在控制器輸入命令的控制下，通過(guò)輸入設(shè)備送入計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。其次當(dāng)計(jì)算開(kāi)始時(shí)

5、，在取指令作用下把程序指令逐條送入控制器。控制器對(duì)指令進(jìn)行譯碼，并根據(jù)指令的操作要求向存儲(chǔ)器和運(yùn)算器發(fā)出存儲(chǔ)、取數(shù)命令和運(yùn)算命令，經(jīng)過(guò)運(yùn)算器計(jì)算并把結(jié)果存放在存儲(chǔ)器內(nèi)。在控制器的取數(shù)和輸出命令作用下，通過(guò)輸出設(shè)備輸出計(jì)算結(jié)果。運(yùn)算器存儲(chǔ)器控制器程序數(shù)據(jù)輸出結(jié)果控制流數(shù)據(jù)流圖1-7計(jì)算機(jī)基本硬件組成及簡(jiǎn)單工作原理????1．運(yùn)算器（ALU）運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元ALU（ArithmeticLogicUnit）。它的功能是完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。算術(shù)運(yùn)算是指加、減、乘、除及它們的復(fù)合運(yùn)算。而邏輯運(yùn)算是指“與”、“或”、“非”等邏輯

6、比較和邏輯判斷等操作。在計(jì)算機(jī)中，任何復(fù)雜運(yùn)算都轉(zhuǎn)化為基本的算術(shù)與邏輯運(yùn)算，然后在運(yùn)算器中完成。2．控制器（CU）控制器CU（ControllerUnit）是計(jì)算機(jī)的指揮系統(tǒng)，控制器一般由指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序電路和控制電路組成。它的基本功能是從內(nèi)存取指令和執(zhí)行指令。指令是指示計(jì)算機(jī)如何工作的一步操作，由操作碼（操作方法）及操作數(shù)（操作對(duì)象）兩部分組成。控制器通過(guò)地址訪問(wèn)存儲(chǔ)器、逐條取出選中單元指令，分析指令，并根據(jù)指令產(chǎn)生的控制信號(hào)作用于其它各部件來(lái)完成指令要求的工作。上述工作周而復(fù)始，保證了計(jì)算機(jī)能自動(dòng)連續(xù)地工作。通常

7、將運(yùn)算器和控制器統(tǒng)稱為中央處理器，即CPU（CentralProcessingUnit）,它是整個(gè)計(jì)算機(jī)的核心部件，是計(jì)算機(jī)的“大腦”。它控制了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、處理、輸入和輸出等工作。集成電路技術(shù)是制造微型機(jī)、小型機(jī)、大型機(jī)和巨型機(jī)的CPU的基本技術(shù)。它的發(fā)展使計(jì)算機(jī)的速度和能力有了極大的改進(jìn)。在1965年，芯片巨人英特爾公司的創(chuàng)始人戈登·摩爾，給出了著名的摩爾定律：芯片上的晶體管數(shù)量每隔18~24個(gè)月就會(huì)翻一番。讓所有人感到驚奇的是，這個(gè)定律非常精確的預(yù)測(cè)了芯片的30年發(fā)展。1958年第一代集成電路僅僅包含兩個(gè)晶體管，而1997

8、年，奔騰II處理器則包含了750萬(wàn)個(gè)晶體管，2000年的Pentium4已達(dá)到了0.13微米技術(shù)，集成了4200萬(wàn)個(gè)晶體管。CPU集成的晶體管數(shù)量越大，就意味著更強(qiáng)的芯片計(jì)算能力。３．存儲(chǔ)器（Memory）存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的記憶裝置，它的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。