计算机的基本组成及工作原理

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1、计算机的基本组成及工作原理1.3.1计算机系统的组成计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成，这一节将分别介绍计算机硬件系统和软件系统。计算机硬件是构成计算机系统各功能部件的集合。是由电子、机械和光电元件组成的各种计算机部件和设备的总称，是计算机完成各项工作的物质基础。计算机硬件是看得见、摸得着的，实实在在存在的物理实体。计算机软件是指与计算机系统操作有关的各种程序以及任何与之相关的文档和数据的集合。其中程序是用程序设计语言描述的适合计算机执行的语句指令序列。   图1-6计算机系统的基本组成没有安装任何

2、软件的计算机通常称为“裸机”，裸机是无法工作的。如果计算机硬件脱离了计算机软件，那么它就成为了一台无用的机器。如果计算机软件脱离了计算机的硬件就失去了它运行的物质基础；所以说二者相互依存，缺一不可，共同构成一个完整的计算机系统。硬件系统算术逻辑运算器(ALU)控制器(CU)中央处理器(CPU)内存储器随机存取存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 硬盘(HardDisk)软盘(FloppyDisk)外存储器磁盘磁带光盘(CD-ROMDVD-ROM)计算机系统软件系统程序库软件包套装软件用户自己开发的软件系统系

3、统软件应用软件DOSWindowsXenix其它界面工具程序编辑程序链接装配程序其它操作系统数据库管理系统语言处理程序(汇编及各种语言的编译、解释程序)系统实用程序输入输出设备(I/ODevices)键盘鼠标숀描扫仪쳌光笔数字化仪显示器打印机绘图仪联网通讯设备计算机系统的基本组成如图1-6所示。1.3.2计算机硬件系统的基本组成及工作原理现代计算机是一个自动化的信息处理装置，它之所以能实现自动化信息处理，是由于采用了“存储程序”工作原理。这一原理是1946年由冯·诺依曼和他的同事们在一篇题为《关于电子计算机逻

4、辑设计的初步讨论》的论文中提出并论证的。这一原理确立了现代计算机的基本组成和工作方式。⑴计算机硬件由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。⑵计算机内部采用二进制来表示程序和数据。⑶采用“存储程序”的方式，将程序和数据放入同一个存储器中（内存储器），计算机能够自动高速地从存储器中取出指令加以执行。可以说计算机硬件的五大部件中每一个部件都有相对独立的功能，分别完成各自不同的工作。如图1-7所示，五大部件实际上是在控制器的控制下协调统一地工作。首先，把表示计算步骤的程序和计算中需要的原始数据

5、，在控制器输入命令的控制下，通过输入设备送入计算机的存储器存储。其次当计算开始时，在取指令作用下把程序指令逐条送入控制器。控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求向存储器和运算器发出存储、取数命令和运算命令，经过运算器计算并把结果存放在存储器内。在控制器的取数和输出命令作用下，通过输出设备输出计算结果。运算器存储器控制器程序数据输出结果控制流数据流图1-7计算机基本硬件组成及简单工作原理    1．运算器（ALU）运算器也称为算术逻辑单元ALU（ArithmeticLogicUnit）。它的功能是完成算术运

6、算和逻辑运算。算术运算是指加、减、乘、除及它们的复合运算。而逻辑运算是指“与”、“或”、“非”等逻辑比较和逻辑判断等操作。在计算机中，任何复杂运算都转化为基本的算术与逻辑运算，然后在运算器中完成。2．控制器（CU）控制器CU（ControllerUnit）是计算机的指挥系统，控制器一般由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。它的基本功能是从内存取指令和执行指令。指令是指示计算机如何工作的一步操作，由操作码（操作方法）及操作数（操作对象）两部分组成。控制器通过地址访问存储器、逐条取出选中单元指令，分析

7、指令，并根据指令产生的控制信号作用于其它各部件来完成指令要求的工作。上述工作周而复始，保证了计算机能自动连续地工作。通常将运算器和控制器统称为中央处理器，即CPU（CentralProcessingUnit）,它是整个计算机的核心部件，是计算机的“大脑”。它控制了计算机的运算、处理、输入和输出等工作。集成电路技术是制造微型机、小型机、大型机和巨型机的CPU的基本技术。它的发展使计算机的速度和能力有了极大的改进。在1965年，芯片巨人英特尔公司的创始人戈登·摩尔，给出了著名的摩尔定律：芯片上的晶体管数量每隔18

8、~24个月就会翻一番。让所有人感到惊奇的是，这个定律非常精确的预测了芯片的30年发展。1958年第一代集成电路仅仅包含两个晶体管，而1997年，奔腾II处理器则包含了750万个晶体管，2000年的Pentium4已达到了0.13微米技术，集成了4200万个晶体管。CPU集成的晶体管数量越大，就意味着更强的芯片计算能力。３．存储器（Memory）存储器是计算机的记忆装置，它的主要功能是存放程序和数据。