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网络工程师培训 计算机体系结构与操作系统知识 冯·诺依曼体系结构 计算机工作原理采用的是“存储程序”原理，由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼（J. Von Neumann）提出的。 “存储程序”原理核心内容如下： 计算机硬件包括控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5部分。 计算机的指令和数据都用二进制数表示。 程序存放在存储器中，计算机自动执行程序中的指令。 由以上原理可知，计算机要完成一项任务，首先要编写该任务的程序，然后将程序装入计算机的存储器，再运行该程序即可。 计算机系统的组成 计算机硬件系统结构 运算器与控制器 运算器 运算器又称算术逻辑单元，是对信息进行加工、运算的部件。 运算器的主要功能是对二进制编码进行算术运算和逻辑运算。 控制器 控制器是整个计算机的控制指挥中心。 功能是从存储器中取出指令，确定指令的类型，并对指令进行译码，然后执行该指令。 运算器和控制器又统称为中央处理器（CPU），是计算机系统的核心硬件。 它的用超大规模集成电路制成的CPU芯片称为微处理器。 Pentium处理器逻辑结构图 存储器 存储器 存储器是用来存放数据和程序的部件。 存储器分为内存储器（简称内存）和外存储器（简称外存）两大类。 内存储器可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。 RAM既可以读出数据，也可以写入数据，断电后数据消失。 ROM中的数据在制作时就存储在里面了，只能读出不能写入，断电后数据不会消失。 主存储器 主存储器又称内存储器或内存，直接与CPU相连，是主机不可缺少的一部分，用来存储计算机运行中的程序和各种数据。 主存由超大规模集成电路存储器芯片组成，存取速度快，但容量较小。主存储器又分为RAM和ROM。 RAM（Random Access Memory）即随机存取存储器。即可从其中读取信息，也可向其中写入信息。开机之前RAM中没有信息，开机后操作系统对其管理，关机后其中的信息都将消失。RAM中的信息可随时根据需要而改变。 Rom(Read Only Memory)即只读存储器。只可从其中读取信息，不可向其中写入信息，在开机之前ROM中已经事先存有信息，关机后其中的信息不会消失。 辅助存储器 辅助存储器又称为外存储器，或外存。其容量相对较大，一般用来存放长期保存或相对来说暂时不用的各种程序和信息。计算机实际执行程序和加工处理数据时，辅存中的信息需要先传送到主存后才能被CPU使用。 辅存容量大，能长期可靠地保存信息，存取方便 目前，微机中常用辅存有软磁盘存储器，硬磁盘存储器和光盘存储器。 存储器层次结构图 输入/输出设备 输入设备 输入设备的任务是接受操作者提供给计算机的原始信息，并将其转换为计算机能识别和接受的信息方式。 最常用的输入设备有键盘和鼠标。 输出设备 输出设备的主要作用是把计算机内部的数据转变为人们习惯接受的或能被其他机器所接受的信息形式输出。 常用的输出设备有显示器和打印机。 总线 定义 总线上连接计算机各个部件的通信线路和相关的控制电路， 三种信号 数据信号（总线）--是CPU与内存输入/输出接口之间传输数据的通道 地址信号（总线）--用于传送内存、输入/输出接口地址数据，CPU按此地址寻找数据 控制信号（总线）--传送CPU发出或接收的控制信号。 总线（续） 微机中常用总线： ①ISA总线：工业标准总线，也叫AT总线，数据16位 ②EISA总线：扩展的工业标准总线与ISA总线兼容，数据线32位 ③PCI总线：局部总线标准，数据线32-64位。 总线 CPU工作原理 计算机运行程序的过程就是执行程序中指令的过程，执行指令有以下3个步骤： 取指令：CPU根据其内部的程序计数器的内容，从存储器中取出对应的指令，同时程序计数器增加一个数，使其为下一条指令的地址。 分析指令：CPU分析所取出的指令，确定要进行的操作。 执行指令：CPU根据指令的分析结果，向有关的部件发出相应的控制信号，相关的部件进行工作，完成指令规定的操作。 计算机的工作原理 指令 指令的格式 指令系统 程序 指令 指令是用来规定计算机执行的操作和操作对象所在存储位置的一个二进位串。 一条指令由操作码和地址码两部分组成。例如二地址指令格式如下： 操作码 地址码1 地址码2 操作码：具体说明指令的性质或功能，每条指令只有一个操作码 地址码 :包括着操作数的来源，结果的去向或下一条指令的地址等信息，不同指令中地址码的个数可以不一样。 指令系统 指令系统定义 一台计算机所能识别并执行的全部指令的集合，称为该台计算机的指令系统。指令系统中有数以百计的不同指令。 兼容性问题 每种CPU都有自己独特的指令系统，用某一类计算机的机器语言编制的程序难以在其他各类计算机上运行，这个问题称之为指令不兼容。 向下兼容： 如586机器语言向下兼