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计算机硬件系统基础知识大全

计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。其中，计算机

的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大基本部

件组成。运算器也称为算术逻辑部件(ALU)，主要功能是对二进制数码

进行算术或逻辑运算。控制器是计算机的神经中枢，指挥计算机各个

部件自动、协调地工作。在计算机的5个基本部件中，运算器和控制

器共同组成了中央处理器(CPU)，而CPU和和存储器又构成了计算机

的主机。下面将具体介绍各个部件。

4.1运算器

(1)运算器的组成

运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，即数据的算术

运算和逻辑运算。运算器由算术逻辑单元、累加器、状态寄存器、通

用寄存器组等组成。

运算器包括寄存器、执行部件和控制电路三个部分。运算器中的

寄存器用于I临时保存参加运算的数据和运算的中间结果等。执行部件

包括一个加法器和各种类型的输入输出门电路。控制电路按照一定的

时间顺序发出不同的控制信号，使数据经过相应的门电路进人寄存器

或加法器，完成规定的操作。

运算器主要由算术逻辑部件、通用寄存器组和状态寄存器组成。

·算术逻辑部件ALU。ALU主要完成对二进制信息的定点算术运

算、逻辑运算和各种移位操作。ALU能处理的数据位数(即字长)与机器

有关。

·通用寄存器组：近期设计的机器的运算器都有一组通用寄存器。

主要用来保存参加运算的操作数和运算的结果。

·状态寄存器：状态寄存器用来记录算术、逻辑运算或测试操作的

结果状态。程序设计中，这些状态通常用作条件转移指令的判断条件，

所以又称为条件码寄存器。

(2)与运算器相关的性能指标包括计算机的字长和运算速度

·字长：指计算机运算部件～次能同时处理的二进制数据的位数。

作为存储数据，字长越长，则计算机的运算精度就越高；作为存储指

令，字长越长，则计算机的处理能力就越强。

·运算速度：计算机的运算速度通常是指每秒钟所能执行的

加法指令的数目。常用百万次/秒(MillionInstructionsPer

Second，MIPS)来表示。这个指标更能直观地反映机器的速度。

4.2控制器

控制器是计算机的重要部件，它对输入的指令进行分析，并统一

控制计算机的各个部件完成一定的任务。控制器是发布命令的“决策

机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。

控制器由指令寄存器、指令译码器、程序计数器和操作控制器四

个部件组成。指令寄存器用以保存当前执行或即将执行的指令代码；

指令译码器用来解析和识别指令寄存器中所存放指令的性质和操作方

法；操作控制器则根据指令译码器的译码结果，产生该指令执行过程

中所需的全部控制信号和时序信号；程序计数器总是保存下一条要执

行的指令地址，从而使程序可以自动、持续地运行。

控制器的功能如下。

·数据缓冲：由于I/O设备的速率较低而CPU和内存的速率却很

高，故在控制器中必须设置缓冲器。

·差错控制：设备控制器还兼管对由I/O设备传送来的数据进行差

错检测。

·数据交换：这是指实现CPU与控制器之间、控制器与设备之间

的数据交换。为此，在控制器中需设置数据寄存器。

·状态说明：标识和报告设备的状态控制器应记下设备的状态供

CPU了解。

·接收和识别命令：CPU可以向控制器发送多种不同的命令，设备

控制器应能接收并识别这些命令。

·地址识别：就像内存中的每一个单元都有一个地址一样，系统中

的每一个设备也都有一个地址，而设备控制器又必须能够识别它所控

制的每个设备的地址。此外，为使CPU能向(或从)寄存器中写入(或读

出)数据，这些寄存器都应具有唯一的地址。

4.3存储器

存储器是存储程序和数据的部件。它可以自动完成程序或数据的

存取。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中

间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中，存储器是计算机系统

中的记忆设备。按用途存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外

存)两大类。CPU不能直接访问外存，当需要某一程序或数据时．首先

应调入内存，然后再运行。

1．内存