計算機的軟硬件組成

黃有飛

摘要：自從第一臺電子計算機在1946年2月14日問世以來，世界也發(fā)生了巨大的變化。計算機改變了世界的生活水平，改變了人們的生活方式，也改變?nèi)藗儗ξ磥淼脑O(shè)想。在人們的生活、工作、學習等方面都占據(jù)著重要的地位。多媒體電腦的出現(xiàn)，促使電腦成為家庭學習，生活，娛樂的重要組成部分。因此，使用電腦時，對電腦基礎(chǔ)理論知識的了解掌握，也是十分有必要的。

關(guān)鍵詞：計算機基本組成 基礎(chǔ)理論

1計算機的分類

可以把計算機分成以下兩大類：一類是電子模擬計算機，“模擬”就是相似的意思，模擬計算機的特點是是數(shù)值由連續(xù)量來表示，運算過程也是連續(xù)的;另一類是電子數(shù)字計算機，它是在算盤的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是用數(shù)字來表示大小，主要特點是按位運算，并且不連續(xù)的跳動計算（計算機中的數(shù)值是用離散的數(shù)字來表示的）。本文打算寫一臺數(shù)字電子計算機的組成結(jié)構(gòu)

硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

2計算機的硬件組成

2.1存儲器

2.1.1基本概念

（1）存儲元件：用一個具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，并且在一定條件下狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換的物理器件來表示二進制數(shù)碼O和l，這種器件稱為存儲元件。

（2）存儲單元：由若干個存儲元組成一個存儲單元。

（3）存儲器：由若干個存儲單元組成了存儲器。存儲器是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。

（4）對存儲器的要求是：容量大、速度快、成本低。

2.1.2存儲器分類

（1）按存儲介質(zhì)分：磁表面、半導體、光盤

（2）按存取方式分：隨機、順序

（3）按存儲器的讀寫功能分：只讀、隨機讀寫

（4）按信息的可保性分：易失（揮發(fā)/非永久）性（RAM）、非易失性（ROM）

（5）按在計算機系統(tǒng)中的作用分：控制存儲器、高速緩存、主存、輔存

Cache用來解決CPU與主存之間速度不匹配問題;虛存用來解決主存和外存之間速度不匹配的問題。

2.2運算器

（l）計算機中常用的數(shù)據(jù)表示格式有兩種，一是定點格式，二是浮點格式。一般來說，定點格式容許的數(shù)字范圍有限，要求處理的硬件比較簡單而浮點格式容許的是指范圍大要求處理的硬件比較復雜。數(shù)的機器碼表示方式有：原碼、反碼、補碼、移碼。

（2）運算器包括：ALU（算數(shù)邏輯單元）、陣列乘除器、寄存器、多路開關(guān)、三態(tài)緩沖器、數(shù)據(jù)總線等等。

2.3控制器

計算機的控制器簡單來講就是中央處理器——CPU。

2.3.1 CPU的基本組成

CPU的基本部分是控制器、運算器、cache。

（l）控制器由程序計數(shù)器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器、時序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。

（2）運算器由算術(shù)邏輯單位（ALU）、累加寄存器（AC）、數(shù)據(jù)緩沖寄存器（DR）和狀態(tài)條件寄存器（PSW）組成，它是數(shù)據(jù)加工處理部件。

（3） cache分為數(shù)據(jù)cache和指令cache。

2.3.2 CPU中的主要寄存器

（l）數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR

緩沖寄存器用來暫時存放由內(nèi)存儲器讀出的一條指令或一個數(shù)據(jù)字;反之，當向內(nèi)存存入一條指令或一個數(shù)據(jù)字時，也暫時將它們存放在緩沖寄存器中。

（2）指令寄存器IR

指令寄存器用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。

（3）程序計數(shù)器PC

程序計數(shù)器中存放的是下一條指令在內(nèi)存中的地址。

（4）數(shù)據(jù)地址寄存器AR

地址寄存器用來保存當前CPU所訪問的內(nèi)存單元的地址。由于在內(nèi)存和CPU之間存在著操作速度上的差別，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內(nèi)存的讀/寫操作完成為止。

（5）通用寄存器（ROR3）

當算數(shù)邏輯單元（ALU）執(zhí)行算數(shù)或邏輯運算時，為ALU提供一個工作區(qū)。

（6）狀態(tài)條件寄存器PSW

狀態(tài)條件寄存器是一個由各種狀態(tài)條件標志拼湊而成的寄存器。

（7）累加寄存器AC

累加寄存器AC通常簡稱為累加器，它的功能是：當運算器的算術(shù)邏輯單元（ALU）執(zhí)行全部算術(shù)和邏輯運算時，為ALU提供一個工作區(qū)。累加寄存器是暫時存放ALU運算的結(jié)果信息。顯然，運算器中至少要有一個累加寄存器。

2 4適配器

輸入/輸出設(shè)備同CPU交換數(shù)據(jù)的過程：

輸入過程，包含以下三個步驟：CPU把一個地址值放到地址總線上，這一步將選擇哪個輸入設(shè)備 CPU等候輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)成為有效 CPU從數(shù)據(jù)總線讀人數(shù)據(jù)，并放到一個相應(yīng)的寄存器里面。

輸出過程，包含以下三個步驟：CPU把一個地址值放到地址總線上，這一步將選擇哪個輸出設(shè)備 CPU把數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上輸出設(shè)備認為數(shù)據(jù)有效，從而把數(shù)據(jù)取走。

CPU和外設(shè)之間信息交換的方式程序查詢方式、程序中斷方式、直接內(nèi)存訪問（DMA）方式、通道方式、外圍處理機方式。

3計算機的軟件

軟件=程序+數(shù)據(jù)+文檔

軟件分類：軟件可以分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，相應(yīng)的系統(tǒng)軟件又包含操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、實用程序;應(yīng)用軟件又可分為辦公軟件、社交軟件、網(wǎng)絡(luò)軟件、圖型圖像處理軟件、其他應(yīng)用軟件等等。

計算機的軟件與硬件的關(guān)系是：兩者相輔相成，不可分割，是個整體。

4.總結(jié)

計算機的應(yīng)用在中國越來越普遍，中國計算機用戶的數(shù)量也不斷攀升，應(yīng)用水平不斷提高，特別是互聯(lián)網(wǎng)、通信、多媒體等領(lǐng)域的應(yīng)用取得了不錯的成績。在基本了解計算機的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)和計算機的整個組裝過程和注意事項之后可以根據(jù)個人的需求及預算情況，適當選用合理的配件自由組裝，滿足個^、的需求，控制了預算成本，制作出來性價比高的個人計算機。也可以更好的把理論知識后續(xù)應(yīng)用于實踐。

參考文獻

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