第2章计算机系统知识资料.doc

第2章　计算机系统知识 随着信息技术的发展，计算机已应用到我们的工作和生活中。好计算机，必须计算机的系统组成、工作原理，以及计算机中数值和信息的表示方法等基础知识。 2．1　计算机系统结构 目前世界上使用的计算机仍然使用冯·诺依曼体系结构，从计算机系统的组成来看，一个完整的计算机系统由硬件系统和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。软件系统是为运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。 硬件系统与软件系统两者之间的关系是：硬件系统是软件系统发挥作用的基础，软件系统是使计算机系统发挥强大功能的“灵魂”，硬件系统的发展给软件系统提供了良好的开发环境，而软件系统的发展又给硬件系统提出了新的要求。 计算机系统的组成，如图2-1所示。 计算机系统 图2-1　计算机系统的组成结构图 2．1.1　计算机硬件系统 硬件系统也称硬件设备，即机器系统。硬件是计算机中的各种看得见、摸得着的物理设备。它是由电子的、电磁的、光学的、机械的元件、部件及各种设备组成的计算机实体，包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，它们之间的联系如图2-2所示。硬件是计算机工作的基础。 图2-2　计算机的基本结构 1．运算器 运算器也称算术逻辑单元(ALU)，是计算机进行算术运算和逻辑运算的部件。算术运算有加、减、乘、除等；逻辑运算有比较、移位、与运算、或运算、非运算等。 在控制器的控制下，运算器从存储器中取出数据进行运算，然后将运算结果写回存储器中。 2．控制器 控制器主要用来控制程序和数据的输入和输出，以及各个部件之间的协调运行。控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器和其他控制单元组成。控制器工作时，它根据程序计数器中的地址，从存储器中取出指令送到指令寄存器中，经译码单元译码后，再由控制器发出一系列命令信号，送到有关硬件部位引起相应动作，完成指令所规定的操作。 3．存储器 存储器的主要功能是存放程序和数据。对于从存储器中取出信息，但不破坏其中内容的操作被称为对存储器的读操作；也可以把信息写入存储器而覆盖其原有的内容，这种操作被称为对存储器的写操作。存储器容量越大，表明它所能容纳的信息越多。 存储器是由一些能表示二进制数0和1的物理器件组成的，这种器件称为记忆单元或存储介质。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)，是计算机中信息交换的中心。用户通过输入设备输入到计算机中的程序和数据最初被送入内存，由控制器从内存中取出并执行操作指令，运算器则主要完成算术与逻辑运算，其运算所需数据和计算所得结果都存放在内存中；对于输出设备而言，所输出的信息也来自内存。对于内存中的信息，如果需要长期保存，应送到外存储器中。 总之，内存要与计算机的各个部件进行数据交换。因此，内存的存取速度直接影响着计算机系统整体的运算速度。缓存是CPU的一部分，它存在于CPU中CPU存取数据的速度非常的快，一秒钟能够存取、处理十亿条指令和数据，而内存就慢很多，内存能几十兆，可见两者的速度差异是多么的大缓存是为了解决CPU速度和内存速度的速度差异问题内存中被CPU访问最频繁的数据和指令被复制入CPU中的缓存，这样CPU就可以不经常到象“蜗牛”一样慢的内存中去取数据了，CPU只要到缓存中去取就行了，而缓存的速度要比内存快很多 (2)外存储器 外存储器，简称外存(又称辅助存储器)，主要用来长期存放暂时不用的程序和数据。通常情况下，外存不与计算机的其他部件直接交换数据，只与内存交换数据，并且是成批地进行数据交换。 关于存储器，常用到以下一些术语： (1)位(Bit) 用来表示二进制数中的一位数字(0或1)的存储装置称为位，英文名是Bit，音译为“比特”。位是计算机存储数据和进行运算的最小单位。 (2)字节(Byte) 一个字节由8个比特构成，英文名是Byte，简写为B，它是计算机存储和运算的基本单位，其结构如图2-3所示。字节最左边的一位称为最高有效位，最右边的一位称为最低有效位。 图2-3　字节的基本结构 (3)内存容量 内存容量是指存储单元中的总字节数，计算机的存储器容量及文件的大小通常都以字节为单位表示。因为字节这个单位非常小，为便于描述大量数据或大容量存储设备的存储容量，一般用KB(千字节)、MB(兆字节)、GB(吉字节)、TB(太字节)、PB(拍字节)来表示，它们之间的对应换算关系如下： 1KB＝1024B＝210B　　　　1MB＝1024KB＝220B　　　1GB＝1024MB＝230B 1TB＝1024GB＝240B 1PB＝1024TB＝250B (4)字长 字长是指计算机一次能直接处理二进制数据的位数，它是由CPU本身的硬件结构所决定的，字长是衡量计算机性能的一个重要指标。一般来说字长越长，计算机