第1讲-计算机系统与数制
1.1 计算机系统组成及工作原理 1.2 微机硬件组成及主要技术指标 1.3 数制转换及运算 1.4 计算机中数据的表示 1.1 计算机系统的基本组成 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。如图1.1所示。 硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础，如CPU 、存储器、输人设备、输出设备等。硬件系统又称为裸机，裸机只能识别由0 、1 组成的机器代码，没有软件系统的计算机几乎是没有用的。 软件是由程序、程序运行所需的数据以及开发、使用和维护这些程序所需的文档3 部分组软件系统是计算机系统中各种软件的总称。 在计算机系统中，对于软件和硬件的功能没有一个明确的分界线。软件实现的功能可以用硬件来实现，称为硬化或固化，例如，微机的ROM 芯片中就固化了系统的引导程序； 同样，硬件实现的功能也可以用软件来实现，称为硬件软化，例如，在多媒体计算机中，视频卡用于对视频信息进行处理(包括获取、编码、压缩、存储、解压缩和回放等)，而现在大多数计算机都通过软件(如播放软件)来实现此功能。 1.1.1 计算机硬件系统 硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备的总称，可以将其理解为我们所看到的实际物理设备。此部分将会以冯.若依曼思想为主线，对计算机硬件系统进行论述，而各种具体的硬件信息，将会在下一节中进行描述。 计算机的工作过程就是执行程序的过程。怎样组织程序，涉及计算机体系结构问题。 对后来的计算机在体系结构和工作原理上具有重大影响的是在同一时期由美籍匈牙利数学家冯? 诺依曼和他的同事们研制的EDVAC 计算机。在EDVAC 中采用了“存储程序”的概念。以此概念为基础的各类计算机统称为冯? 诺依曼机。它的主要特点可以归结为： ① 计算机应由5 个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输人设备和输出设备，其结构如图1.2，图中实线为数据流，虚线为控制流。 ② 程序和数据以同等地位存放在存储器中，并按地址访问。 ③ 程序和数据以二进制表示。 下面将分别介绍，冯? 诺依曼提出的计算机5个基本部分的具体内容。 1、运算器 运算器的主要功能是算术运算和逻辑运算。计算机中最主要的工作是运算，大量的数据运算任务是在运算器中进行的。 运算器又称算术逻辑单元(Arithmetic and Logic Unit , ALU )。 在计算机中，算术运算是指加、减、乘、除等基本运算；逻辑运算是指逻辑判断、关系比较以及其他的基本逻辑运算，如“与”、“或”、“非”等。但不管是算术运算还是逻辑运算，都是基本运算。也就是说，运算器只能做这些最简单的运算，复杂的运算都要通过基本运算的组合来一步步地实现。然而，运算器的速度却快得惊人，因此计算机才有高速的信息处理功能。 运算器中的数据取自内存，运算的结果又送回内存。运算器对内存的读写操作，是在控制器的控制下进行的。 2、控制器 控制器是计算机的“神经中枢”和“指挥中心”，只有在它的控制之下整个计算机才能有条不紊地工作，自动执行程序。控制器的功能是依次从存储器取出指令、分析指令、向其他部件发出控制信号、指挥计算机各个部件协同工作。 3、存储器 存储器是计算机用来存放程序和数据的部件，是计算机中各种信息存储和交流的中心。它的基本功能是能够按照指定位置存入或取出信息。 存储器通常分为内存储器和外存储器。 (1)内存储器 内存储器(简称内存，又称主存)被划分为很多单元，每个单元称为存储单元，每个存储单元可以存储一定数量的二进制数据，各种信息进人计算机后，都要转换成0 或1的二进制形式；每个存储单元都有惟一的编号，称为存储单元的地址。当计算机要把一个数据存入某存储单元或从某存储单元取出时，首先要提供存储单元的地址，然后查找相应的存储单元才能进行信息的存取。 内存又分为以下两类： ① 随机存储器(Random Access Memory，RAM ) 通常RAM 指计算机的主存，CPU 既可从中读出数据又可向它写入数据。但是，一旦关机断电，RAM 中的信息将全部消失。 ② 只读存储器(Read onlv Memory，ROM ) CPU 对它只取不存，它里面存放的信息一般由计算机制造厂写入并经固化处理，用户是无法修改的。即使断电，ROM 中的信息也不会丢失。因此，ROM 中一般存放计算机系统管理程序，如基本榆人输出系统B10S ( Basic Inpu /Output System )。 (2)外存储器 外存储器设置在主机外部，简称外存(又称辅存)，主要用来长期存放“暂时不用”的程序和数据。通常外存不和计算机的其他部件直接交换数据，只和内存交换数据，而且不是按单个数据进行存取，而是成批地
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