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计算机的基本结构 计算机的硬件系统

时间:2018-05-18 10:20来源:未知 作者:admin 点击:
世界上第一台电子数字式计算机ENIAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)(如图1所示)于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行,奠定了电子计算机的发展基础,开辟了一个

世界上第一台电子数字式计算机ENIAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)(如图1所示)于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行,奠定了电子计算机的发展基础,开辟了一个计算机科学技术的新纪元。


图1 ENIAC   1946年6月,美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出了重大的改进理论,主要有两点:其一是电子计算机应该以二进制为运算基础,其二是电子计算机应采用“存储程序”方式工作。冯·诺依曼体制的主要思想(如图2所示)包括:
  (1)采用二进制代码形式表示信息(数据、指令);
  (2)采用存储程序工作方式(冯·诺依曼思想最核心的概念);
  (3)计算机硬件系统由五大部件(运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备)组成。

图2 冯·诺依曼体制

 

这些思想奠定了现代计算机的基本结构,并且开创了程序设计的新时代。冯·诺依曼对计算机界的最大贡献在于“存储程序控制”概念的提出和实现,主要包含以下三个方面的思想。
(1)根据任务编制程序
   计算机对任务的处理,首先必须设计相应的算法,而算法是通过程序来实现的,程序就是一条条的指令,告诉计算机按照一定的步骤不断地去执行。程序中还应提供需要处理的数据,或者规定计算机在什么时候、什么情况下从输入设备取得数据,或向输出设备输出数据。
(2)将编制好的程序存储在计算机内部
   计算机只能识别二进制文件,也就是一串0和1的组合。我们编写的程序,不管使用哪种语言,如汇编语言、C、JAVA等,最终都要编译成二进制代码,也就是机器语言,计算机才能够读懂和识别,才能按照一条条指令去执行diangon.com。因此,编写好的程序最终将变为指令序列和原始数据,保存在存储器中,提供给计算机执行。
(3)计算机能够自动、连续地执行程序,并得到需要的结果
   存储器就是一个个小房间,并且按照一定的地址进行编号,需要执行的指令和数据都以二进制代码的形式存放在存储器中。计算机开始执行程序,设置一个程序计数器PC(Program Counter)指向需要执行的指令或者代码处,每执行一个字节的指令,PC计数器自动加1,如果程序需要转移,PC指向转移地址处,按照转移地址读取后续指令。计算机就是这样能够自动地、连续不断地从存储器中逐条读取指令,并且完成相应操作,直到整个程序执行完毕。
   冯·诺依曼的这些理论的提出,解决了计算机运算自动化的问题和速度配合问题,对后来计算机的发展起到了决定性的作用。直至今天,绝大部分的计算机还是采用冯·诺依曼方式工作。

 

按照冯·诺依曼的计算机结构,整个计算机硬件系统是由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备等五大部件组成的,如图1所示。


图1 计算机硬件系统结构图

(1)运算器 

运算器又称算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit,简称ALU)。它是计算机对数据进行加工处理的部件,包括算术运算(加、减、乘、除等)和逻辑运算(与、或、非、异或、比较等)。 

(2)控制器 

控制器负责从存储器中取出指令,并对指令进行译码。根据指令的要求,按时间的先后顺序,负责向其它各部件发出控制信号,保证各部件协调一致地工作,一步一步地完成各种操作。控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成。 

(3)存储器 

存储器是计算机记忆或暂存数据的部件。存储器分为内存储器(内存)和外存储器(外存)两种。

(4)输入设备 
    输入设备是给计算机输入信息的设备,负责将输入的信息(包括数据和指令)转换成计算机能识别的二进制代码,送入存储器保存

(5)输出设备 

输出设备是输出计算机处理结果的设备,大多数情况下,它将这些结果转换成便于人们识别的形式。

输入设备和输出设备常常被简称为I/O设备。

现代计算机可认为是由三大部件组成:CPU、I/O设备及主存储器MM,如图2所示。


图2 现代计算机的组成框图

(责任编辑:admin)
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