计算机工作原理及系统组成

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1、计算机工作原理及系统组成计算机的工作原理半个世纪以来，计算机已发展成为一个庞大的家族，尽管各种类型的性能、结构、应用等方面存在着差别，但是它们的基木组成结构却是相同的。现在我们所使用的计算机硬件系统的结构一肓沿用了由美籍著名数学家冯•诺依曼提出的模型，它由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大功能部件组成。随着信息技术的发展，各种各样的信息，例如：文字、图像、声音等经过编码处理，都可以变成数据。于是，计算机就能够实现多媒体信息的处理。各种各样的信息，通过输入设备，进入计算机的存储器，然后送到运算器，运算完毕把结果送到存储器存储，最后通过输出设备

2、显示出来。整个过程由控制器进行控制。计算机系统的基木硬件组成及工作原理示意图计算机系统的基木组成：完整的计算机系统系统包括：硬件系统和软件系统。硬件系统和软件系统互相依赖，不可分割，两个部分又由若干个部件组成硬件系统是计算机的“躯干”，是物质基础。而软件系统则是建立在这个“躯干”上的“灵魂”。(-)计算机硬件计算机硬件系统由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。中央处理器(CPUCentralProcessingUnit)CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元(寄存器)三大部分。如果将CPU集成在一块芯片上作为一个独立的

3、部件，该部件称为微处理器(Microprocessor,简称MP)。CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（指令），经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。1•运算器：是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件，通常由算术逻辑运算部件（ALU）、累加器及通用寄存器组成。2•控制器：用以控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各条指令，通常由指令部件、时序部件及操作控制部件组成。CPU的主要性能指标是字长和主频

4、。字长表示CPU每次计算数据的能力（二进制的位数）。如80486及Pentium系列的CPU一次可以处理32位二进制数据。主频也叫时钟频率，单位是MHz,用来表示CPU的运算速度。CPU的主频=外频X倍频系数。很多人以为认为CPU的主频指的是CPU运行的速度，实际上这个认识是很片面的。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力是没有直接关系的。当然，主频和实际的运算速度是有关的，但是目前还没有一个确定的公式能够实现两者之间的数值关系，而且CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。由于主频并不直接代表运算速度，

5、所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。因此主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。时钟频率主要以MHz为单位来度量，通常时钟频率越高，其处理速度也越快。0前的主流CPU的时钟频率已发展到500MHz以上，甚至高达2GHz（2000MHz）以上。3.存储器存储器的主要功能是用来保存各类程序的数据信息。存储器可分为主存储器和辅助存储器两类。①主存储器（也称为内存储器），属于主机的一部分。用于存放系统当前正在执行的数据和程序，属于临时存储器。①辅助存储器（也称外存储器），它属于外部设备。用于存放暂不用的数

6、据和程序，属于永久存储器。存储器与CPU的关系可用右图来表示。（1）内存储器一个二进制位（bit）是构成存储器的最小单位。实际上，常将每8位二进制位组成一个存储单位，简称字节（Byte）。字节是数据存储的基本单位。为了能存取到指定位置的数据，给每个存储单元编上一个号码，该号码称为内存地址。度量内存主要性能指标是存储容量和存取时间。存储容量是指存储可容纳的二进制信息量，描述存储容量的基本单位是字节。信息存储单位信息的单位常采用位、字节、字、机器字长等。1、位（bit,缩写为b）度量数据的最小单位，表示一位二进制信息。2、字节（byte,缩写为B）一个字节

7、由八位二进制数字组成，lbyte=8bit。字节是信息存储中的基木单位。每个英文字母要占一个字节，一个汉字要占两个字节。其它常用单位有:KB（千字节）1K二1024BMB（兆字节）1M二1024KGB（吉字节）1G二1024M3、若干个字节构成一个存储单元，每一个存储单元都有一个唯一的编号，称为“地址”，通过地址对存储单元进行访问。4、字（word）字是一个存储单元所存储的内容。常用的固定字长有8位、16位、32位等。5、机器字长机器字长指一个存储单元（或一个字）所含有的二进制数的位数，它是衡量计算机精度和运算速度的主要技术指标。机器的功能设计决定了机

8、器的字长。千，1KB二2的10次方=1024B,兆，1MB二2的20次方=1024*1024B