计算机知识1

1.计算机系统的组成

本文参考《计算机组成原理与操作系统》王玉娟
一个完整的计算机系统由计算机硬件系统和软件系统两部分组成。如果仅有硬件系统，计算机不能做任何有意义的工作，硬件仅仅的建立了计算机的物质基础。如果要计算机硬件发挥作用，必须配置软件系统，软件使计算机硬件具有了意义。计算机系统的组成如下图所示：

2.计算机系统的层次结构

前面提到计算机系统是一个十分复杂的硬件和软件结合体，两者不可分割，但处于不同层次。
计算机系统的层次一般由5个以上不同的级别组成，每一级都能进行程序设计，计算机层次结构图如下所示：

第0级，微程序设计级
这是一个实在的硬件级，它由机器硬件直接执行微指令。如果某一个应用程序直接用微指令来编写，那么可在这一级上运行该应用程序。
第1级，一般机器级
这一级也称为机器语言级，这一级由微程序解释机器指令系统，也是硬件级。
第2级，操作系统级
这一级它由操作系统程序实现，这些操作系统有机器指令和广义指令组成。广义指令是操作系统定义和解释的软件指令，所以这一级也成为混合级。
第3级，汇编语言级
这一级给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行。如果应用程序采用汇编语言编写，则机器必须要有这一级功能；如果应用程序不采用汇编语言编写，则这一级可以不要。
第4级，高级语言级，
它是面向用户的，为方便用户编写应用程序而设置，这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。
第5级，应用语言级
这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的,因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言。
这种层次结构的划分，有利于正确理解计算机系统的工作过程，明确了计算机硬件和软件在计算机系统中的地位和作用，以及计算机各层次之间的内在关系。了解计算机系统的层次结构，对于全面地认识计算机是非常有必要的。当然这种计算机层次的划分是相对而言的，它们之间也有交叉。随着计算机的发展以及集成电路技术的发展，软件功能可以由硬件实现，硬件功能可以由软件完成。

3. 计算机的硬件系统

计算机硬件主要由5大部件组成，即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，其中包含接口和其他外部设备。将这些硬件按照某一种方式有机地连接起来就是硬件系统。通常将运算器和控制器称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU），CPU和存储器一起称为主机，而输入设备和输出设备均称为外围设备。计算机硬件组成结构如图所示：


（1）运算器。运算器是计算机的数据加工处理部件，它的主要功能是进行算术运算和逻辑运算。
运算器通常由算术逻辑运算部件（Arithmetic Logical Unit，ALU）、通用寄存器组或累加器以及数据传送逻辑电路等组成，算术逻辑运算部件ALU可以完成算术运算和逻辑运算，其核心部分是加法器。寄存器组或累加器可以暂存数据，一个寄存器可以存放一个数据。

（2）控制器。控制器是统一指挥和控制计算机各部件工作的中央机构，它的主要功能是按照人们预先确定的操作步骤，控制整个计算机的各部件协调地进行工作。
控制器主要由指令部件、时序部件、控制信号形成部件组成，其结构示意图如图所示。控制器从内存储器中逐条地取出指令，并对该指令进行译码，产生相应的操作信号，控制计算机完成指令所规定的操作。时序部件用来产生各种时序信号，协调计算机的各部件有条不紊地工作。控制信号形成部件是控制器的核心，用来产生计算机工作时所需要的控制信号。可以用两种方式产生控制信号：一种是组合逻辑电路的方法，另一种是微程序技术。目前主要采用第二种方式产生计算机信号。

（3）存储器。存储器是计算机用来存放程序和数据的部件，具有“记忆”功能。它的基本功能是按照指定的存储位置“读出”或“写入”信息。
存储器主要由地址寄存器、数据寄存器、存储体及读/写控制电路等组成，其结构示意图如图所示。地址寄存器中保存“读/写”数据的存储单元地址，数据寄存器中保存要进行“读/写”的数据。存储体中包含若干个存储单元，存储单元可以存放一个数据或一条指令。

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