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《计算机组成原理》计算机的主要部件及其功能是什么?

简介: 计算机作为一个整体,由软件和硬件两大部分组成,  (1)计算机硬件系统。    计算机的硬件系统结构有哈佛结构和冯·诺伊曼结构两种。哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容,解码后得到数据地址,再到相应的数据存储器中读取数据,并进行下一步的操作(通常是执行)。

计算机作为一个整体,由软件和硬件两大部分组成,

 (1)计算机硬件系统。

   计算机的硬件系统结构有哈佛结构和冯·诺伊曼结构两种。哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容,解码后得到数据地址,再到相应的数据存储器中读取数据,并进行下一步的操作(通常是执行)。程序指令存储和数据存储分开,可以使指令和数据有不同的数据宽度,如Microchip公司的PICl6芯片的程序指令是14位宽度,而数据是8位宽度。哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。其程序指令和数据指令分开组织和存储的,执行时可以预先读取下一条指令。

    目前使用哈佛结构的中央处理器和微控制器有很多,多数是嵌入式系统,除了上面提到的Microchip公司的PIC系列芯片,还有摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安谋公司的ARM9ARMlOARMll

    冯·诺伊曼结构,也称普林斯顿结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置,因此程序指令和数据的宽度相同,如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。

    目前使用冯·诺伊曼结构的中央处理器和微控制器有很多,流行的各种PC主要都采用这种结构。除了上面提到的英特尔公司的8086,英特尔公司的其他中央处理器、安谋公司的ARM7MIPS公司的MIPS处理器也采用了冯·诺伊曼结构。

计算机的硬件主要由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五部分组成,其中运算器和控制器构成了中央处理器。计算机硬件之间的连接线路分为网状结构与总线结构。通常采用的总线(BUS)结构有以CPU为中心的双总线结构、以存储器为中心的双总线结构和单总线结构3种。

主要功能是存放程序和数据,程序是计算机操作的依据,数据是计算机操作的对象。存储器是由存储体、地址译码器、读写控制电路、地址总线和数据总线组成。能由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为主存储器,磁盘、磁带、光盘等大容量存储器称为外存储器(或辅助存储器)。由主存储器、外部存储器和相应的软件,组成计算机的存储系统。

    ②中央处理器(CPU)

    中央处理器的主要功能是按存在存储器内的程序,逐条地执行程序所指定的操作。中央处理器由运算器和控制器构成。

    控制器由指令单元、时序单元和操作控制单元三大部件组成,其中指令单元包括程序计数器(PC),指令寄存器(IR)和指令译码器(ID),而时序单元产生定时节拍,一般由时钟信号源、节拍发生器及微操作电路组成。

    运算器完成二进制编码的算术或逻辑运算,由累加器LA、通用寄存器LB和算术逻辑单元ALU组成。

    ③外部设备

    用户与机器之间的桥梁。输入设备的任务是把用户要求计算机处理的数据、字符、文字、图形和程序等各种形式的信息转换为计算机所能接受的编码形式存入到计算机内。输出设备的任务是把计算机的处理结果以用户需要的形式(如屏幕显示、文字打印、图形图表、语言音响等)输出。输入输出接口是外部设备与中央处理器之间的缓冲装置,负责电气性能的匹配和信息格式的转换。

    (2)计算机软件系统

    计算机软件是能指挥计算机工作的程序与程序运行时所需要的数据,以及与这些程序和数据有关的文字说明和图表资料,其中文字说明和图表资料又称为文档。

    计算机软件分系统软件、应用软件两类。系统软件是计算机系统必备的软件,主要功能是管理、控制和维护计算机资源以及开发应用软件,包括操作系统、各种程序语言处理程序、系统支撑和服务程序、数据库管理系统等。应用软件是为解决某个实际问题而由用户自己编写的程序,可分为用户程序和应用软件包。

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