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第二章 计算机系统 2.1 计算机系统的组成与工作原理2.1.1计算机系统的组成 计算机系统由硬件系统与软件系统两部分组成。 硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备的总称。 纯硬件系统又称裸机。 软件系统是为运行、管理和维护计算机而编制的程序、数据和文档的总称。 计算机系统的组成 2.1.2计算机硬件组成 计算机硬件包括主机与外部设备 主机包括CPU和内存 外部设备包括输入、输出设备，外存与网络设备等。 计算机的五大功能部件 冯.诺依曼研制的EDVAC为计算机的体系结构与工作原理奠定了基础。冯.诺依曼计算机的特点是： （1）计算机由五大功能部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 （2）程序与数据按同等地位存放在存储器中，并按地址访问 （3）程序与数据以二进制表示 五大部件操作举例： 例：从键盘上输入两个数，计算它们的和，并通过显示器输出结果。 控制器在程序指导下的操作步骤： （1）从键盘上取第1个数，放到内存中的某个单元 （2）从键盘上取第2个数，放到内存中的另一个单元 （3）运算器以内存中的两个数作为操作对象，做加法运算，运算结果又放到内存中。 （4）从内存中取出运算结果，送屏幕输出。 可以翻译为如下的汇编语言： LD R0，1 LD R1，2 ADD R0，R1 OUT R0 1. 运算器（又称算术逻辑单元，ALU） 运算器的功能是进行算术和逻辑运算。 算术运算是指加、减、乘、除运算。 逻辑运算指逻辑判断、关系比较及其他基本逻辑运算，如与、或、非等。 运算器中的数据取自内存，运算结果又送回内存。 2. 控制器 控制器是计算机的神经中枢与指挥中心。以存储程序为依据，在控制器的指挥下，计算机才能工作。 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，指挥计算机各部分协同工作。 控制器的工作过程也就是计算机的工作原理。 控制器由 程序计数器（PC）、指令寄存器（IR），指令译码器（ID），时序控制电路以及微操作控制电路组成。 （1）程序计数器 指出下一条要读取的指令的位置 （2）指令寄存器 保存读取的指令 （3）指令译码器 把指令转换为具体的控制信号 （4）时序控制电路 协调在指令执行周期内各部件的工作 （5）微操作控制电路 产生控制操作命令 运算器与控制器一般做在一个芯片中，叫做中央处理器（CPU） Z80 CPU 3 . 存储器 存储器的功能是存放程序与数据。 读操作 从存储器中读出信息。读操作不破坏原来的内容。 写操作 把新的信息写入存储器。写操作 用新内容替换旧内容。 存储器分为内存储器与外存储器 1）内存储器 内存又称为主存，是计算机信息交流的中心。在计算机工作时，需要把程序和数据先调入到内存，然后计算机在内存中取程序和数据进行工作。内存要与计算机的各个部件打交道，进行数据交换。 如果把存储器视为空间，则内存是计算机工作的场所。 内存一般按地址访问存储单元。 在器件上，内存有RAM（随机存储器）和ROM（只读存储器）。它们都是半导体存储器。 2） 外存储器 外存储器设置在主机外部，又称辅助存储器。主要的用途保存程序和数据。常见的外存有磁盘、磁带、光盘等。 外存是保存数据的仓库。 外存一般以块（比如512个字节）为单位进行存取。 外存与内存的区别： 1、外存信息可以保存较长时间，内存信息是易失的。 2、外存容量比内存大。 3、外存访问速度比内存慢。 总结： 存储器的有关术语： （1）位（bit） 代表一个二进制位。如: 8 bits，简称 8b。 （2）字节（Byte） 8个二进制位称为一个字节，存储器一般以字节为单位进行编址。如：16Bytes，简称16B。 （3）字长 这是衡量CPU能力的一个指标。指CPU能一次处理的二进制数据的位数。主要参照是CPU中的累加器的长度。 （4）地址 整个内存被字节单位按顺序进行编排，每个存储单元都有一个编号，称为地址。CPU能够访问内存的最大范围与CPU的地址线的根数有关。 如CPU的地址线有20根，则寻址范围为 0 ~ 220 - 1 Intel 2114 是一种 1K × 4 的静态 RAM 存储器芯片 4. 输入设备 5. 输出设备 外存储器 即可作为输入设备，又可作为输出设备。 总线（BUS）——数据传输的通路 五大功能部件是由总线连结在一