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计算机硬件系统组成及工作原理

一、计算机硬件系统组成

任何一台计算机,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

成,其结构框图如网1—1所示。

1.运算器

运算器是对数据进行运算的部件,它能够快速地对数据进行加、减、乘、除等基本算术运

算及“与”、“或”、“非“等逻辑运算。在运算过程

中,运算器不断得到由存储器提供的数据,运算

后把结果(包括中问结果)送回存储器保存起

来。整个运算过程是在控制器统一指挥下,按程

序中绢诽的操作次序进行的。

运算器主要由算术逻辑单元(A小hme小

L08icUn入简称Aeu)、寄存器以及一些控制

数据传送的电路组成。算术逻辑单元是运算器

中实现算术和逻辑运算的电路;寄存器是运算

器中的数据暂存器,在运算器中往往设置多个

寄存器,每个寄存器能够保存一个数据。寄存器

可以直接为算术逻辑单元提供参加运算的数

据,运算的中间结果也可以保存在寄存器中。这

样,一个简单的运算过程就可以在运算器内部

完成,避免了频繁地与存储器打交道的工作,从

而提高了运算速度。Atmel代理运算器中还设有标志寄存器,它用来存放运算结果的特征.如

进位标志

(c)、零标志(Z)、符号标志(s)等。在不同的机器中,标志寄存器的标志位有不同的规定。

2.控制器

控制器是计算机的控制中心,计算机的工作就是在控制器的控制下有条不亲地协调工

作。控制器通过地址访问内存储器,逐条取出选中单元的指令,分析指令,并根据指令码产

相应的控制信号作用于其他各个部件,控制这些部件完成指令要求的操作。上述过程周而复

始,保证了计算机能自动、连续地工作。

控制器主要由指令计数器(又称程序计数器)、指令寄存器、指令译码器、时序电路及操

作控制器等电路组成。当计算机执行程序时,指令计数器中保存的是耍执行的下一条指令的

地址,控制器根据这个地址,从内存中取出指令并送人指令寄存器。指令译码器对指令寄存

器中的指令代码进行分析后,发出各种相应的操作命令,指挥计算机的有关部件进行工作,

比如一次内存读/写操作,一个算术/逻辑运算操作,或一个输入/输出操作等。

指令计数器是控制器中的一个重要部件,它的功能是指示程序的执行顺序。在取指令阶

段它保留本条指令的地址,当指令执行完成后它存放的是下条将要执行的指令地址。它的位

长一般是能表示内存的最大容量。AT90CAN64下条指令地址的形成有两种可能,一种是顺

序执行,下条

指令地址通过指令计数器自动加1完成,另一种是通过转移指令形成下条指令地址。

通常将运算器和控制器合在一起称为中央处理单元CPU(CentralPr。cessinRUnlt),

cPu是计算机的核心部件,现已做在一块集成芯片里。

3.存储器

(1)内存和外存

存储器是用来存放信息的部件。计算机的存储器可分为内存储器(也称主存储器)

计算机的存储器可分为内存储器(也称主存储器)和外存储器(也称辅助存储器)。

内存直接与cPu相连,可由CPu直接读写信息,是cPu能根据地址线直接寻址的存

储空间。它一般用来存放正在执行的程序或正在处理的数据。由于内存的数据交换非常频

繁,因此内存的速度会直接影响整机的性能。目前的内存都是由半导体存储器芯片组成,其

特点是体积小、耗电低、存取速度快、可靠性好,并且集成度越来越高,而成本降低又很快,

此,即使是个人微机也可配置较大的内存[如32MB或64MB)。

外存储器不能与CPU直接交换信息,CPU需按输入/输出方式访问这部分存储空间。

外存一般用来存放暂时不用但又需长期保留的程序或数据。存放在外存的程序必须调入内

存后才能运行。外存一般是由磁性介质材料(如磁盘、磁带)或光盘制成,其上存放的信息不

会因断电而丢失。与内存相比,外存的存储容量较大,价格也相对便宜,但存取速度较促。

用的外存有软盘、硬盘、磁带及光盘等。

(2)半导体存储器的分类

目前各类计算机的内存普遍采用半导体存储器,从不同的角度可以对半导体存储器进

行不同的分类。

①按读写功能分类,可分为只读存储器和随机存储器。

只渎存储器简称ROM(ReadOnlyMemo,y),它需要领先写入程序或数据,写入的程序

称为固化程序,具有很高的可靠性。RoM的特点是在计算机正常工作时,其内容可以反复

被读出,但不能改写,掉电后信息不会丢失*只读存储器适用于数据写入后不变或极少需要

改变的应用场

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