計算機的基本組成及工作原理

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1、計算機的基本組成及工作原理1.3.1計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，這一節(jié)將分別介紹計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。計算機硬件是構(gòu)成計算機系統(tǒng)各功能部件的集合。是由電子、機械和光電元件組成的各種計算機部件和設(shè)備的總稱，是計算機完成各項工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。計算機硬件是看得見、摸得著的，實實在在存在的物理實體。計算機軟件是指與計算機系統(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)計語言描述的適合計算機執(zhí)行的語句指令序列。???圖1-6計算機系統(tǒng)的基本組成沒有安裝任何軟件的計算機通常稱為“裸機”，裸機是無法工作的。如果計算機硬件脫

2、離了計算機軟件，那么它就成為了一臺無用的機器。如果計算機軟件脫離了計算機的硬件就失去了它運行的物質(zhì)基礎(chǔ)；所以說二者相互依存，缺一不可，共同構(gòu)成一個完整的計算機系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)算術(shù)邏輯運算器(ALU)控制器(CU)中央處理器(CPU)內(nèi)存儲器隨機存取存儲器(RAM)?只讀存儲器(ROM)?硬盤(HardDisk)軟盤(FloppyDisk)外存儲器磁盤磁帶光盤(CD-ROMDVD-ROM)計算機系統(tǒng)軟件系統(tǒng)程序庫軟件包套裝軟件用戶自己開發(fā)的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件DOSWindowsXenix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)庫管理系統(tǒng)語言處理程序(匯編及各

3、種語言的編譯、解釋程序)系統(tǒng)實用程序輸入輸出設(shè)備(I/ODevices)鍵盤鼠標?描掃儀?光筆數(shù)字化儀顯示器打印機繪圖儀聯(lián)網(wǎng)通訊設(shè)備計算機系統(tǒng)的基本組成如圖1-6所示。1.3.2計算機硬件系統(tǒng)的基本組成及工作原理現(xiàn)代計算機是一個自動化的信息處理裝置，它之所以能實現(xiàn)自動化信息處理，是由于采用了“存儲程序”工作原理。這一原理是1946年由馮·諾依曼和他的同事們在一篇題為《關(guān)于電子計算機邏輯設(shè)計的初步討論》的論文中提出并論證的。這一原理確立了現(xiàn)代計算機的基本組成和工作方式。⑴計算機硬件由五個基本部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。⑵計算機內(nèi)部采用二進制來表示程

4、序和數(shù)據(jù)。⑶采用“存儲程序”的方式，將程序和數(shù)據(jù)放入同一個存儲器中（內(nèi)存儲器），計算機能夠自動高速地從存儲器中取出指令加以執(zhí)行?？梢哉f計算機硬件的五大部件中每一個部件都有相對獨立的功能，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，把表示計算步驟的程序和計算中需要的原始數(shù)據(jù)，在控制器輸入命令的控制下，通過輸入設(shè)備送入計算機的存儲器存儲。其次當計算開始時，在取指令作用下把程序指令逐條送入控制器?？刂破鲗χ噶钸M行譯碼，并根據(jù)指令的操作要求向存儲器和運算器發(fā)出存儲、取數(shù)命令和運算命令，經(jīng)過運算器計算并把結(jié)果存放在存儲器內(nèi)。在控制器

5、的取數(shù)和輸出命令作用下，通過輸出設(shè)備輸出計算結(jié)果。運算器存儲器控制器程序數(shù)據(jù)輸出結(jié)果控制流數(shù)據(jù)流圖1-7計算機基本硬件組成及簡單工作原理????1．運算器（ALU）運算器也稱為算術(shù)邏輯單元ALU（ArithmeticLogicUnit）。它的功能是完成算術(shù)運算和邏輯運算。算術(shù)運算是指加、減、乘、除及它們的復(fù)合運算。而邏輯運算是指“與”、“或”、“非”等邏輯比較和邏輯判斷等操作。在計算機中，任何復(fù)雜運算都轉(zhuǎn)化為基本的算術(shù)與邏輯運算，然后在運算器中完成。2．控制器（CU）控制器CU（ControllerUnit）是計算機的指揮系統(tǒng)，控制器一般由指令寄存器、指令譯碼器、時序電路

6、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。指令是指示計算機如何工作的一步操作，由操作碼（操作方法）及操作數(shù)（操作對象）兩部分組成?？刂破魍ㄟ^地址訪問存儲器、逐條取出選中單元指令，分析指令，并根據(jù)指令產(chǎn)生的控制信號作用于其它各部件來完成指令要求的工作。上述工作周而復(fù)始，保證了計算機能自動連續(xù)地工作。通常將運算器和控制器統(tǒng)稱為中央處理器，即CPU（CentralProcessingUnit）,它是整個計算機的核心部件，是計算機的“大腦”。它控制了計算機的運算、處理、輸入和輸出等工作。集成電路技術(shù)是制造微型機、小型機、大型機和巨型機的CPU的基本技術(shù)。它的發(fā)展使計算

7、機的速度和能力有了極大的改進。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個月就會翻一番。讓所有人感到驚奇的是，這個定律非常精確的預(yù)測了芯片的30年發(fā)展。1958年第一代集成電路僅僅包含兩個晶體管，而1997年，奔騰II處理器則包含了750萬個晶體管，2000年的Pentium4已達到了0.13微米技術(shù)，集成了4200萬個晶體管。CPU集成的晶體管數(shù)量越大，就意味著更強的芯片計算能力。３．存儲器（Memory）存儲器是計算機的記憶裝置，它的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。