计算机的组成及结构

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1、计算机的组成及结构1.2.2计算机的基本结构计算机是由大量数字电路组成并融合数学、逻辑学、控制技术的高科技产品。从最初的计算机发展到今天的微型计算机，其基本工作原理相同，但机器结构却发生了深刻的变化。1.计算机的基本组成计算机由五个基本部分组成，如图1-13所示，它们分别是运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，并采用“存储程序”原理工作。这是由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出的计算机基本理论。图1-13计算机的基本组成输入设备用于输入程序和需参加运算的数据，存储器用于存放所输入的程序和数据，运算器用于执行程序设计的各

2、种运算。控制器根据程序指令控制全机各个部件协同工作，直至完成整个运算过程。输出设备用于输出程序的运算结果。计算机运行的程序由指令组成，指令和数据都采用二进制的形式来表示。指令是指定计算机进行某种运算或操作的命令。例如，机器码0406是一条加法指令，这条指令的功能是把某一个数据加上数据06，这个功能是由这条指令的操作码04所规定的。虽然对于这种格式的指令功能难以看懂，但它是计算机能直接认识和执行的指令。后来，为便于编程和阅读理解，出现了用符号语言来表示机器码指令。例如，加法指令0406可表示为ADDX，06，即把某数据X加上数据06。

3、这种17符号语言就是汇编语言。计算机所有指令的集合称为操作系统。现在人们所用的各种高级语言或系统软件，都是依据计算机的操作系统而开发出来。这些高级语言或系统软件的程序，最终都必须编译为机器码程序才能被执行。2.微型计算机的基本结构在微型计算机中，运算器和控制器一起被集成到中央处理器CPU内部，以CPU为中心的微型计算机的基本结构如图1-14所示。图1-14微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构由中央处理器、存储器、I/O接口电路及外部设备组成。⑴中央处理器中央处理器CPU内部包含运算器和控制器，因此它是全机的运算中心和控制中心，所

4、有的数据运算和处理都在CPU内进行，它的性能决定着计算机的主要性能。CPU通过系统总线读写存储器和I/O接口。所谓系统总线，是指系统各部件之间公用的一组信号线，它包含有地址总线、数据总线和控制总线。当执行一条指令时，CPU输出的存储器地址或接口地址通过地址总线来传输，CPU发送或接收的数据通过数据总线来传输，控制信号则通过控制总线进行传输。⑵存储器图中的存储器由半导体存储器芯片组成，是CPU能够直接寻址和访问的存储器，称为计算机的内部存储器。内存用于存放当前运行或已启动的程序，为程序的运行提供足够的存储空间。按工作方式分，内部存储器

5、分为读写存储器RAM（RandomAccessMemory）和只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）。CPU对17RAM存储器可读可写，但一旦断电，其存放的内容即丢失。这种存储器由用户使用，但系统也要使用其中的一小部分。CPU对ROM存储器只能读，断电后其存放的内容依然存在，用于存放机器内部的系统管理程序—基本输入输出系统BIOS（BasicInput/OutputSystem）。通常，ROM的容量很小，内存是指RAM存储器。存储器内部包含有一个一个的存储单元，每个存储单元存放一个字节（8位二进制数字，即8bit）的指令或

6、数据，CPU通过系统总线输出地址来访问每一个存储单元。当CPU读存储器时，CPU通过地址总线向存储器发送地址，同时通过控制总线向存储器发送读控制信号。被地址指定的存储单元中的内容，通过数据总线流向CPU，最后被CPU读取。当CPU写存储器时，CPU发送地址和写控制信号，同时发送要写入存储器的数据，在写控制信号的控制下把数据写入地址指定的存储单元。⑶I/O接口电路I/O（Input/Output）接口电路是一种连接外部设备的电路，由这种电路提供连接外部设备的接口。接口电路接收来自CPU的地址、数据和控制信号，执行对外部设备输入/输出数

7、据。每一个I/O地址，指定一个CPU读写的端口。如果一个I/O接口电路不仅能为相应的外部设备传送数据，还能对输入/输出的数据进行处理，这样的I/O接口电路就是一个I/O控制器。每一种外部设备，都需要通过相应的接口电路才能输入/输出数据。例如，在键盘上按下一个键，表示这个键的编码要通过键盘接口电路送到系统总线上才能供CPU读取，从而识别这个按键表示的字符。外部设备和CPU进行数据传送的方式，有程序方式、中断方式和DMA(DirectMemoryAccess)方式。程序方式是由CPU发出指令来读写外部设备数据的方式。中断方式是打断CPU

8、目前正在进行的操作，使CPU即时为某个外部设备进行数据传送服务的方式。究竟为哪一个外部设备进行数据传送的服务，在实际的计算机中需要有一个称为中断控制器的部件来管理。DMA方式是外部设备和内存直接进行数据传送的方式。采用这种方式传送数据