計算機組成硬件系統)

各位計算機協會的成員大家好，很高興大家能陪我們走過這段難忘的時光。為了讓大家更好的學到東西，我們特地將計算機方面的東西整理成技術文檔，共大家使用，祝大家學得愉快！

湘信院計算機協會

一：計算機工作原理

計算機相信大家應該都會使用了，但有很多人都不知道計算機的組成，今天我們就跟大家介紹下計算機組成原理:計算機硬件系統　計算機硬件系統是指構成計算機的所有實體部件的集合，通常這些部件由電路(電子元件)、機械等物理部件組成，它們都是看得見摸得著的，故通常稱為硬件，它是計算機系統的物質基礎。　　絕大多數計算機都是根據馮·諾依曼計算機體系結構的思想來設計的。故具有共同的基本配置，即由五大部件組成：主機部分由運算器、控制器、存儲器組成，外設部分由輸入設備和輸出設備組成，其中核心部件是運算器。這種硬件結構也可稱為馮·諾依曼結構，如圖1-1所示。

圖1-1 計算機硬件的基本組成

計算機硬件的基本組成演示　　計算機各部件之間的聯系是通過兩股信息流動而實現的，寬的一股代表數據流，窄的代表控制流。數據由輸入設備輸入至運算器，再存于存儲器中，在運算處理過程中，數據從存儲器讀入運算器進行運算，運算的中間結果存入存儲器，或由運算器經輸出設備輸出。指令也以數據形式存于存儲器中，運算時指令由存儲器送入控制器，由控制器產生控制流控制數據流的流向并控制各部件的工作，對數據流進行加工處理。　　1. 運算器　　運算器是完成二進制編碼的算術或邏輯運算的部件。運算器由累加器(用符號A表示)、通用寄存器(用符號B表示)和算術邏輯單元(用符號ALU表示)組成，其結構如圖1-2所示，其核心是算術邏輯單元。

圖1-2 運算器結構示意圖

通用寄存器B用于暫存參加運算的一個操作數，此操作數來自總線。現代計算機的運算器有多個寄存器，稱之為通用寄存器組。　　累加器A是特殊的寄存器，它既能接受來自總線的二進制信息作為參加運算的一個操作數，向算術邏輯單元ALU輸送，又能存儲由ALU運算的中間結果和最后結果。算術邏輯單元由加法器及控制門等邏輯電路組成，以完成A和B中的數據的各種算術與邏輯運算。　　運算器一次運算二進制數的位數，稱為字長。它是計算機的重要性能指標。常用的計算機字長有8位、16位、32位及64位。寄存器、累加器的長度應與ALU的字長相等。　　2. 存儲器　　存儲器的主要功能是存放程序和數據。不管是程序還是數據，在存儲器中都是用二進制的形式表示，統稱為信息。　　目前，計算機采用半導體器件來存儲信息。數字計算機的最小信息單位稱為位(bit)，即一個二進制代碼。能存儲一位二進制代碼的器件稱為存儲元。　　通常，CPU向存儲器送入或從存儲器取出信息時，不能存取單個的“位”，而是用B(字節)和W(字)等較大的信息單位來工作。一個字節由8位二進制位組成，而一個字則至少由一個以上的字節組成。通常把組成一個字的二進制位數叫做字長。　　在存儲器中把保存一個字節的8位觸發器稱為一個存儲單元。存儲器是由許多存儲單元組成的。每個存儲單元對應一個編號，用二進制編碼表示，稱為存儲單元地址。向存儲器中存數或者從存儲器中取數，都要將給定的地址進行譯碼，找到相應的存儲單元。存儲單元的地址只有一個，固定不變，而存儲在存儲單元中的信息是可以更換的。

圖1-3存儲器組成框圖

存儲器組成框圖演示　　存儲器所有存儲元的總數稱為存儲器的存儲容量，通常用單位KB，MB(1B＝1個字節＝8位二進制代碼)來表示。存儲容量越大，表示計算機記憶儲存的信息就越多。　　半導體存儲器的存儲容量有限，計算機中又配備了存儲容量更大的磁盤存儲器和光盤存儲器，稱為外存儲器。相對而言，半導體存儲器稱為內存儲器，簡稱內存。　　3. 控制器　　控制器是全機的指揮中心，它控制各部件動作，使整個機器連續地、有條不紊地運行。控制器工作的實質就是解釋程序。　　控制器每次從存儲器讀取一條指令，經過分析譯碼，產生一串操作命令，發向各個部件，進行相應的操作。接著從存儲器取出下一條指令，再執行這條指令，依次類推。通常把取指令的一段時間叫做取指周期，而把執行指令的一段時間叫做執行周期。因此，控制器反復交替地處在取指周期與執行周期之中，直至程序執行完畢。　　在早期的計算機術語中，通常把運算器和控制器合在一起稱為中央處理器。簡稱CPU，而將CPU和存儲器 等設備合在一起稱為主機。　　4. 輸入輸出設備　　輸入設備是變換輸入形式的部件。它將人們的信息形式變換成計算機能接收并識別的信息形式。目前常用的輸入設備是鍵盤、鼠標器、數字掃描儀以及模數轉換器等。　　輸出設備是變換計算機輸出信息