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计算机硬件的基本结构

栏目: 计算机硬件 / 发布于: / 人气:2.77W

在当下这个信息社会,计算机扮演着十分重要的角色,下面是本站小编整理的关于计算机硬件基本结构的内容,欢迎阅读!

计算机硬件的基本结构

  电子数字计算机一开始是作为一个计算工具出现的。不难想象,计算机如能脱离人的干预而自动地完成计算,它必须具备以下几个基本功能:

①要有能进行运算的部件——运算器;

②要有能记忆原始数据、运算程序及运算结果的部件——存储器;

③要有能发出各种控制信息,以便使计算机各部件协调工作的部件——控制器;

④要有能将原始数据及运算程序输入计算机的部件——输入设备;

⑤要有能将结果及其它信息输出的部件——输出设备。

计算机的硬件就是由这五大部分构成,这种模型最早是由数学家冯·诺依曼提出的,故称为冯·诺依曼结构。

运算器称为ALU(Arithmatic Logical U—nit),它由部件及逻辑电路组成,其功能进行算术和逻辑运算。控制器发出各种控制信号,使整个运行过程自动进行。控制器和运算合称为中央处理单元(CentralProcessingUnit),简称CPU。CPU是一片大规模集成电路,在数据运算和数据传输过程中临时存储数据等。其中包含一个累加器(Accumulator,简称A)。累加器是一个具有特种功能的寄存器,它虽叫累加器,但并不能在其中进行加法运算,其主要作用是用来传输、临时存储ALU运算过程的结果和其它数据,并能把存在其中的数据左移或右移。存储器由记忆单元组成,用于存放数据、中间结果及一系列指令。输入输出设备称外部设备,简称外设,用于输人原始数据、控制命令及输出运行结果等。

在计算机中,有两股信息在流动。一股是数据流,各种原始数据由输入设备输入至运算器,再存人存储器中,在运算过程中,数据从存储器读入运算器进行运算,运算的中间结果存如存储器中或由外设输出。另一股信息流为控制信息流,人们给计算机的`各种命令(即程序)也以数据的形式由存储器送入控制器。由控制器译码后发出控制信号,控制计算机各部件的工作。

  中央处理器的基本组成:

①运算器ALU。

②累加器A。

③寄存器组。

④程序计数器:要求计算机能自动按程序要求的顺序执行程序,就必须把存在存储器中的指令码按顺序依次取出来加以执行,因此,必须有一个电路能追踪、记忆指令所在的地址,这就是程序计数器PC(ProgramCounter)。微机加电时,计算机的复位电路自动给PC赋以程序中的第一条指令所在地址。计算机根据这一地址取出第一条指令的第一字节(8位机每次取出一个指令字节)。PC的内容自动加1,以指向下一条指令的地址,计算机处理完一条指令(字节)后,根据PC记忆的地址,取下一条指令字节,PC再自动加1。只有当遇到跳转指令、调用子程序指令或遇到中断时,PC内容自动转到所需的地方。

⑤标志寄存器:用以指示运算结果状态(如加法运算进位时置1进位标志等等)和控制工作条件(如设置中断屏蔽标志等)。

⑥指令寄存器与指令译码器:指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时,先从存储器取出指令,并送至指令寄存器IR(1nstructionRegister),该寄存器的输出就是指令译码器ID(1nstructionDecoder)的输入,经ID译码(识别这条指令的功能)后,即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。

⑦操作控制器:从上述可知,CPU内的每个功能部件都完成一定的特定功能。然而信息怎样才能在各部件之间传送呢?也就是说,数据的流动是由什么部件控制的呢? 通常把许多数字部件之间传送信息的通路称为“数据通路”。信息从什么地方开始,中间经过哪个寄存器或多路开关,最后传到哪个寄存器,都要加以控制。在各寄存器之间建立数据通路的任务,是由称为“操作控制器”的部件来完成的。操作控制器的功能就是根据指令操作码和时序信号,产生各种操作控制信号,以便正确地建立数据通路,从而完成取指令和执行指令的控制。

⑧时序产生器:计算机时刻在高速地工作,每一个动作的时间是非常严格的,不能有任何差错。时序产生器的作用,就是对各种操作实施时间上的控制。