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计算机的基本组成 1.1 概述 1.1.1 计算机的组成 1．计算机硬件系统组成 从1946年第一台以电子管为基本元件的计算机诞生到今天，计算机经过了几代的更新换代，已经形成了一个庞大的计算机家族。尽管计算机在应用领域、硬件配置和工作速度上有着很大的差别，然而从组成结构上来看，各种计算机的硬件结构基本上还是相同的。 任何一台计算机，其硬件都是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件组成的，其硬件结构框图如图1-1所示。 图1-1 计算机硬件结构框图 在硬件系统中，通常把CPU、内存以及连接主要输入输出设备的接口电路统称为主机，其他部分则称为外部设备。现在，生产厂家已能将主机制作在一块印制电路板上，这就是通常所说的主机板，简称主板。 2．指令和指令系统 （1）指令（instruction） 指令是指要计算机完成某个操作所发出的指示或命令，且由计算机直接识别执行。一台计算机可以有许多指令，作用也各不相同，所有指令的集合称为计算机的指令系统。 指令通常包含操作码（operation code）和操作数（operand）两个部分，操作码指明计算机应该执行的某种操作的性质与功能，即指示计算机执行何种操作；操作数指出参加操作的数据或数据所在单元的地址。 用机器指令编写的程序称为机器语言程序。 指令按其功能可分为两种类型：一类是命令计算机的各个部件完成基本的算术逻辑运算、数据存取和数据传送等操作，属于操作类指令；另一类则是用来控制程序本身的执行顺序，实现程序的分支、转移等操作，属于控制转移类指令。 （2）指令系统 指令系统能具体而集中的体现计算机的基本功能。从计算机系统结构的角度看，指令系统是软件和硬件的界面，指令是对计算机进行程序控制的最小单位。 指令系统的内核是硬件，当一台机器指令系统确定之后，硬件设计师根据指令系统的约束条件构造硬件组织，由硬件支持指令系统使其功能得以实现。而软件设计师在指令系统的基础上建立程序系统，扩充和发挥机器的功能。 对不同种类的机器而言，指令系统的指令数目与种类呈现出比较大的差异。指令系统决定了计算机的能力，也影响着计算机的体系结构。一台计算机的指令种类总是有限的，但在人们的精心设计下，可以编制出各式各样的程序。计算机的能力固然取决于它自身的性能，但更取决于编程人员的聪明才智。 3．计算机软件概述 所谓软件，就是计算机用户把要求计算机执行的各种操作按照一定的格式编写成的命令集。有了软件，计算机就能脱离人的直接干预自动进行运算和处理。计算机在运行时，预先把相应的软件存入计算机的存储器中，这些软件称为用户程序（又称源程序），然后再用编译的方法或解释的方法把源程序翻译成计算机能够认识的机器指令（又称目标程序），并执行该机器指令。 （1）机器语言 所谓机器语言，是指能为计算机识别的指令代码，它是一组二进制代码，每一种计算机都有一种指令代码集。指令代码的功能越丰富，则计算机的性能越好，能执行操作的种类越多。由于机器语言的形式是以二进制代码出现的，所以对于一般的人员来说，辨认它很不方便，即使是专业人员要认识它并熟练地用它进行编程也不是一件容易的事，因此机器语言被称为低级语言。 （2）高级语言 为了克服低级语言的不易认识的缺点，人们用英文字符按一定的格式组成命令符号来代替机器语言的二进制代码。由于英文的命令符号的形式可以组合得很接近实际命令的意思，所以这一类的命令容易记忆，也容易理解，因此称为高级语言。显然，要使计算机能够执行用高级语言编写出来的命令程序，计算机在执行该程序之前，就要把高级语言编写的程序翻译成计算机能够辨认的机器语言。 4．微型计算机结构特点 计算机通常分成大、中、小和微型计算机。 微型计算机（简称微型机，微机）与一般大、中、小型计算机并无本质区别，但微型机有自己的特点，主要表现在两个方面。 （1）采用微处理器作为CPU 微处理器是采用大规模或超大规模集成电路技术将运算器和控制器集成在一块芯片上，各种类型的微型机均采用微处理器作为CPU。此外，内存储器、接口电路也采用大规模集成电路器件，从而使微型机的主机可由为数不多的几块芯片组装而成，使微型机体积小、重量轻、成本低、工作可靠。 （2）采用总线实现系统连接 所谓总线（BUS）是指信号线的集合，通过总线可以实现相互的信息或数据交换。在微型机中，各个有联系的部件不是单独地使用导线连接，而是连到总线上，这就使部件间的通信关系变成面向总线的单一关系，所以总线是各部件共用的。采用总线结构，简化了连线，增加了可靠性，并便于部件和设备的扩充，尤其是制定了统一的总线标准后，不同设备之间容易实现互连。 根据总线上传送信息的不同，微型机中的总线分为数据总线（data bus，DB）、地址总线（address bus，AB）和控制总线（control bus，