计算机系统的组成

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1、1.2计算机系统的组成1.2.1计算机系统的组成概述1.计算机系统的基本组成一个完整的计算机系统是由计算机硬件系统和计算机软件系统两部分组成。仅有硬件而没有配备软件的计算机称为裸机。硬件是软件发挥作用的物质基础，软件是硬件与用户之间的接口，是计算机系统发挥强大功能的灵魂，两者相辅相成，缺一不可。2.计算机硬件系统的组成计算机的硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备与输出设备五部分组成。其中由控制器、运算器、寄存器组成中央八处理器（CPU）3.计算机软件系统的组成软件系统包括系统软件和应用软件。系统软件包括操作系统（OS）、程

2、序设计语言、系统检测诊断程序、编译系统、通用数据库管理系统等。应用软件包括管理软件、办公软件、应用数据库管理软件、图形图像处理软件及为用户需求开发设计的软件等。应用软件是在系统软件的支持下工作的，决定了计算机发挥的作用，因而，目前应用软件开发正在向标准化、模块化方向发展，提高应用软件的兼容性与可扩充性。1.2.2计算机的工作原理1.冯．诺依曼原理美籍匈牙利科学家冯．诺依曼被人们称为“现代计算机之父”。他提出了“程序存储和程序控制”的计算机体系设计思想，主要内容包括以下三个方面：（1）计算机硬件设备由控制器、运算器、存储器、输

3、入设备与输出设备五部分组成；（2）计算机内部采用二进制；（3）程序存储和程序控制冯．诺依曼机的工作原理：数据或指令通过输入设备输入计算机，存储在存储器中。在运行过程中，数据从存储器读入运算器运算，中间结果也要存入存储器中，最终将结果经输出设备输出。人们用机器自身具有的指令编排的指令序列，即程序，也是数据的形式由存储器送入控制器，再由控制器向机器的各个部分发出相应的控制信号。另一种信息是控制信息，它由控制器发出，用来控制机器的各部件执行指令规定的各种操作。2.计算机的工作过程微型计算机工作过程如下：（1）CPU访问输出输入接口

4、（2）读入数据并运行（3）暂存结果（4）输出结果1.2.3中央处理器1.运算器运算器是负责对数据进行算术运算和逻辑运算的部件。运算器由算术逻辑运算单元（ALU）、累加器。状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元是用于完成加、减、乘、除等算术运算，与、或、非等逻辑运算及移位、求补等操作的部件。累加器是用于暂存被操作数和中间运算结果。通用寄存器组是一组寄存器，运算时用于暂存操作数或数据地址。状态寄存器也称标志寄存器，它用于存放运算中产生的状态信息。算术逻辑运算单元、累加器和通用寄存器的位数决定了CPU的字长。2.控制器控

5、制器是计算机的控制中心，用来实现计算机本身运算过程的自动化，其作用是控制整个计算机的工作，其工作是取指令、解释指令、以及完成指令的执行。控制器由指令指针寄存器、指令寄存器、控制逻辑电路和时钟控制电路等组成。指令指针寄存器用于产生及存放下条代取的指令地址。指令寄存器用于存放正在执行的指令。指令从内存中取出后放入指令寄存器。指令执行完成前指令寄存器中一直保存着该指令。控制逻辑电路用于产生执行微操作所需要的控制信号。时钟控制电路用于产生指令执行过程中所需要的时间控制信号。时钟控制电路要与控制逻辑电路配合才能使指令正确执行。3.寄存

6、器寄存器是CPU的一个重要组成部分，它是CPU内部的临时存储单元，它用于存储运算中的数据、中间结果、地址和状态信息等。但是寄存器的数量不能太多，寄存器数量太多会使寄存器地址编码位数增加，使指令长度增加。1.2.4存储器为了解决存取速度、存储容量。存储器价格这三个方面的矛盾，人们提出了多层次存储系统的概念。按多层次存储系统的概念，计算机的存储系统由高速缓冲存储器（Cache）、随机读写存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器、优盘存储器等组成。（1）按存储介质的材料分类有半导体存储器、磁表面存

7、储器和光存储器（2）按存储器的工作方式分类，存储器可以分为随机读写存储器、顺序读写存储器和只读存储器等。（3）按计算机系统结构分类有内存储器和外存储器。1.内存储器内存储器又称主存，内存储器由随机读写存储器（RAM）、高速缓冲存储器（Cache）、只读存储器（ROM）组成。作用是在计算机工作过程中存储正在执行的程序和程序所需要的数据。具有密度大、体积小、重量轻和存取速度快等特点。为了查找存储单元，每个存储单元有一个地址，存储地址有二进制数表示。内存容量是指RAM的容量。（1）随机读写存储器根据制造原理的不同RAM可分为静态随

8、机存储器SRAM和动态随机存储器DRAM两种。1.随机存储器（SRAM）。SRAM存储单元的基本结构是一个双稳态电路，由写电路控制读、写的转换。只要写电路有电，其开关元件的状态就是保持不变，不需要电流刷新。由于开关元件由晶体管代替，而晶体管的转换时间一般都小于20ns，因此，SRAM的读写