計算機系統(tǒng)的組成及其結(jié)構(gòu)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——計算機系統(tǒng)的組成及其結(jié)構(gòu)摘要:本文將介紹計算機的根本組成及布局,通過介紹各個片面的根本原理,進而闡述計算機的現(xiàn)狀和未來進展方向

關(guān)鍵詞:硬件軟件存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2022.09.023

1引言

隨著科學技術(shù)的不斷進展,計算機的應(yīng)用越來越廣泛,所起的作用也越來越大,已經(jīng)成為我們?nèi)粘９ぷ骱蜕畹闹匾慕M成片面。計算機的組成主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。

2計算機系統(tǒng)各片面的組成及其布局

2.1計算機系統(tǒng)的根本組成

2.1.1計算機硬件系統(tǒng)

計算機系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大片面。硬件是指組成計算機的各種物理設(shè)備,也就是我們看得見,摸得著的實際物理設(shè)備。它包括計算機的主機和外部設(shè)備。概括由五大功能部件組成,即:運算器、操縱器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。這五大片面相互合作,協(xié)同工作。其簡樸工作原理為:首先由輸入設(shè)備采納外界信息(程序和數(shù)據(jù)),操縱器發(fā)出指令將數(shù)據(jù)送入(內(nèi))存儲器,然后向內(nèi)存儲器發(fā)出取指令命令。在取指令命令下,程序指令逐條送入操縱器。操縱器對指令舉行譯碼,并根據(jù)指令的操作要求,向存儲器和運算器發(fā)出存數(shù)、取數(shù)命令和運算命令,經(jīng)過運算器計算并把計算結(jié)果存在存儲器內(nèi)。結(jié)果在操縱器發(fā)出的取數(shù)和輸出命令的作用下,通過輸出設(shè)備輸出計算結(jié)果。

2.1.2計算機軟件系統(tǒng)

計算機軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。

>系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是指操縱和協(xié)調(diào)計算機及其外部設(shè)備,支持應(yīng)用軟件的開發(fā)和運行的軟件。其主要的功能是舉行調(diào)度、監(jiān)控和維護系統(tǒng)等等。系統(tǒng)軟件是用戶和裸機的接口,主要包括:

1)操作系統(tǒng)軟件,如DOS、WINDOWS98、WINDOWSNT、Linux,Netware等

2)各種語言的處理程序,如低級語言、高級語言、編譯程序、解釋程序。

3)各種服務(wù)性程序,如機器的調(diào)試、故障檢查和診斷程序、殺毒程序等

4)各種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),如SQLSever、Oracle、Informix、Foxpro等

>應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是用戶為解決各種實際問題而編制的計算機應(yīng)用程序及其有關(guān)資料。應(yīng)用軟件主要有以下幾種:

1)用于科學計算方面的數(shù)學計算軟件包、統(tǒng)計軟件包

2)文字處理軟件包(如WPS、WORD、Office2000)

3)圖像處理軟件包(如Photoshop、動畫處理軟件3DSMAX)

4)各種財務(wù)管理軟件、稅務(wù)管理軟件、工業(yè)操縱軟件、輔佐教導等專用軟件。

>硬件和軟件的關(guān)系

1)硬件與軟件是相輔相成的,硬件是計算機的物質(zhì)根基,沒有硬件就沒有計算機。

2)軟件是計算機的靈魂,沒有軟件,計算機的存在就毫無價值。

3)硬件系統(tǒng)的進展給軟件系統(tǒng)供給了良好的開發(fā)環(huán)境,而軟件系統(tǒng)進展又給硬件系統(tǒng)提出了新的要求。

2.2計算機硬件五大功能片面

2.2.1運算器

運算器又稱算術(shù)規(guī)律單元(ArithmeticLogicUnit簡稱ALU)。它是計算機對數(shù)據(jù)舉行加工處理的部件,包括算術(shù)運算(加、減、乘、除等)和規(guī)律運算(與、或、非、異或、對比等)。?

2.2.2操縱器

操縱器負責從存儲器中取出指令,并對指令舉行譯碼;根據(jù)指令的要求,按時間的先后依次,負責向其它各部件發(fā)出操縱信號,保證各部件協(xié)調(diào)一致地工作,一步一步地完成各種操作。操縱器主要由指令寄放器、譯碼器、程序計數(shù)器、操作操縱器等組成。

硬件系統(tǒng)的核心是中央處理器(CentralProcessingUnit,簡稱CPU)。它主要由操縱器、運算器等組成,并采用大規(guī)模集成電路工藝制成的芯片,又稱微處理器芯片。

2.2.3存儲器

存儲器是計算機記憶或暫存數(shù)據(jù)的部件。計算機中的全部信息,包括原始的輸入數(shù)據(jù)。經(jīng)過初步加工的中間數(shù)據(jù)以及結(jié)果處理完成的有用信息都存放在存儲器中。而且,指揮計算機運行的各種程序,即規(guī)定對輸入數(shù)據(jù)如何舉行加工處理的一系列指令也都存放在存儲器中。存儲器分為內(nèi)存儲器(內(nèi)存)和外存儲器(外存)兩種。

2.2.4輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是給計算機輸入信息的設(shè)備。它是重要的人機接口,負責將輸入的信息(包括數(shù)據(jù)和指令)轉(zhuǎn)換成計算機能識別的二進制代碼,送入存儲器保存。

2.2.5輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是輸出計算機處理結(jié)果的設(shè)備。在大多數(shù)處境下,它將這些結(jié)果轉(zhuǎn)換成便于人們識別的形式。

2.3計算機的總線布局

微型計算機硬件布局的最重要特點是總線(Bus)布局。它將信號線分成三大類,并歸結(jié)為數(shù)據(jù)總線(DateBus)、地址總線(AddressBus)和操縱總線(ControlBus)。這樣就很適合計算機部件的模塊化生產(chǎn),促進了微計算機的普及。微型計算機的總線化硬件布局圖如下圖。

微型計算機總線化硬件布局圖

2.4存儲器

計算機的存儲器由兩片面組成——內(nèi)存儲器和外存儲器。內(nèi)存儲器最突出的特點是存取速度快,但是容量小、價格貴;外存儲器的特點是容量大、價格低,但是存取速度慢。內(nèi)存儲器用于存放那些立刻要用的程序和數(shù)據(jù);外存儲器用于存放暫時不用的程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)存儲器和外存儲器之間往往頻繁地交換信息。外存儲器主要有磁盤存儲器、磁帶存儲器和光盤存儲器。

微型計算機的內(nèi)存儲器是由半導體器件構(gòu)成的。從使用功能上分,有隨機存儲器(RandomAccessMemory,簡稱RAM),又稱讀寫存儲器;只讀存儲器(ReadOnlyMemory,簡稱為ROM)。

2.5計算機的主要性能指標

對于不同用途的計算機,其對不同部件的性能指標要求有所不同。例如:對于用作科學計算為主的計算機,其對主機的運算速度要求很高;對于用作大型數(shù)據(jù)庫處理為主的計算機,其對主機的內(nèi)存容量、存取速度和外存儲器的讀寫速度要求較高;對于用作網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠嬎銠C,那么要求有很高的I/O速度,因此應(yīng)當有高速的I/O總線和相應(yīng)的I/O接口。

2.5.1運算速度

計算機的運算速度是指計算機每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)。單位為每秒百萬條指令(簡稱MIPS)或者每秒百萬條浮點指令(簡稱MFPOPS)。它們都是用基準程序來測試的。影響運算速度的有如下幾個主要因素:

>CPU的主頻。指計算機的時鐘頻率。它在很大程度上抉擇了計算機的運算速度。例如,Intel公司的CPU主頻最高己達3.20GHz以上,AMD公司的可達400MHz以上。

>字長。CPU舉行運算和數(shù)據(jù)處理的最根本、最有效的信息位長度。PC機的字長,已由8088的準16位(運算用16位,I/O用8位)進展到現(xiàn)在的32位、64位。

>指令系統(tǒng)的合理性。每種機器都設(shè)計了一套指令,一般均有數(shù)十條到上百條,例如:加、浮點加、規(guī)律與、跳轉(zhuǎn)……等等,組成了指令系統(tǒng)。

2.5.2存儲器的指標

>存取速度。

內(nèi)存儲器完成一次讀(取)或?qū)?存)操作所需的時間稱為存儲器的存取時間或者訪問時間。而連續(xù)兩次讀(或?qū)?所需的最短時間稱為存儲周期。對于半導體存儲器來說,存取周期約為幾十到幾百ns(10-9秒)。

>存儲容量。

存儲容量一般用字節(jié)(Byte)數(shù)來度量。PC機的內(nèi)存儲器已由286機配置的1MB,進展到現(xiàn)在2G,甚至2G以上。內(nèi)存容量的加大,對于運行大型軟件特別必要,否那么會感到慢得無法忍受。

>I/O的速度

主機I/O的速度,取決于I/O總線的設(shè)計。這對于慢速設(shè)備(例如鍵盤、打印機)關(guān)系不大,但對于高速設(shè)備那么效果特別明顯。例如對于當前的硬盤,它的外部傳輸率已可達20MB/S、4OMB/S以上。

3終止語

我們相信,新型計算機與相關(guān)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用,是二