計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成

隨著科技的發(fā)展,計(jì)算機(jī)進(jìn)入了各行各業(yè)唾糯。發(fā)展到如今怠硼,人們的工作和生活已經(jīng)離不開計(jì)算機(jī)。


PC計(jì)算機(jī)的模型

關(guān)于計(jì)算機(jī)移怯,特別是它的結(jié)構(gòu)與組成香璃,有很多地方值得我們?nèi)ヌ剿饕环?/p>

早在1945年,數(shù)學(xué)家馮·諾依曼(Von Neumann)和他的同事們在共同討論的基礎(chǔ)上芋酌,起草了一個全新的“存儲程序通用電子計(jì)算機(jī)方案”增显,即EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer),這個方案對計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)有決定性的影響脐帝,特別是確定計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)同云。


馮·諾依曼

馮·諾依曼在研究EDVAC的時候,提出了“存儲程序”的概念堵腹。這個概念很重要炸站,此后,以此概念為基礎(chǔ)的各類計(jì)算機(jī)通稱為馮·諾依曼機(jī)疚顷。

馮·諾依曼機(jī)的特點(diǎn)可以歸結(jié)為六點(diǎn)

①計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器旱易、存儲器控制器腿堤、輸入設(shè)備輸出設(shè)備五大部件組成阀坏;

②計(jì)算機(jī)的指令數(shù)據(jù)同等地位存放于存儲器內(nèi),并可以按照地址尋訪笆檀;

③指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制數(shù)表示忌堂;

④指令由操作碼地址碼組成,操作碼用來表示操作的性質(zhì)酗洒,地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置士修;

⑤指令在存儲器內(nèi)按順序存放。(一般樱衷,指令是按順序執(zhí)行棋嘲,特定情況下,指令可以根據(jù)運(yùn)算結(jié)果或根據(jù)設(shè)定的條件改變執(zhí)行順序矩桂。)

⑥機(jī)器以運(yùn)算器為中心沸移,輸入輸出設(shè)備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送通過運(yùn)算器完成。

一個典型的馮·諾依曼計(jì)算機(jī),是以運(yùn)算器為中心的阔籽。


馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)圖



不同于馮·諾依曼計(jì)算機(jī)流妻,我們在現(xiàn)代使用的計(jì)算機(jī)已經(jīng)轉(zhuǎn)化為以存儲器為中心的整體結(jié)構(gòu),但各類部件依舊同于馮·諾依曼機(jī)笆制。


現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

可以看出,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的部件組成和馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的相同涣达,可以這樣講在辆,計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)就是由馮·諾依曼奠定的。

以存儲器為核心的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)度苔,由五大部件組成匆篓,也叫作五大子系統(tǒng),每一部件(子系統(tǒng))都有自己相應(yīng)的功能寇窑。

運(yùn)算器鸦概,用來完成算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算,并將運(yùn)算的中間結(jié)果暫存在運(yùn)算器內(nèi)甩骏。

存儲器窗市,用來存放數(shù)據(jù)和程序。

控制器饮笛,用來控制咨察、指揮程序和數(shù)據(jù)的輸入、運(yùn)行以及處理運(yùn)算結(jié)果福青。

輸入設(shè)備摄狱,用來將人們熟悉的信息形式轉(zhuǎn)換為機(jī)器能識別的信息形式。(常用的有鍵盤无午、鼠標(biāo)媒役。)

輸出設(shè)備,可以將機(jī)器運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為人們熟悉的信息形式宪迟。(打印機(jī)輸出酣衷、顯示器輸出等。)

計(jì)算機(jī)的五大部件(五大子系統(tǒng))在控制器的統(tǒng)一指揮下踩验,完成自動工作鸥诽。

自二十世紀(jì)五六十年代以來,隨著大規(guī)模集成電路制作工藝的出現(xiàn)箕憾,并且計(jì)算機(jī)的部件運(yùn)算器控制器邏輯關(guān)系電路結(jié)構(gòu)上聯(lián)系十分緊密牡借,兩大部件被集成在同一芯片上,這類芯片就是我們常說的CPU(Central Processing Unit)袭异,即中央處理器钠龙。

CPU的核心部件由兩個單元組成。一個是算術(shù)邏輯單元(ALU,Arithmetic Logic Unit)碴里,簡稱算邏部件沈矿,用來完成算術(shù)邏輯運(yùn)算。另一個是控制單元(CU咬腋,Control Unit)羹膳,用來解釋存儲器中的指令,并發(fā)出各種操作命令來執(zhí)行指令根竿。

ALU和CU是CPU的核心部件陵像。

計(jì)算的存儲器,也被叫作主存儲器(MM寇壳,Main Memory)醒颖,用來存放程序和數(shù)據(jù),可以直接與CPU交換信息壳炎。和主存儲器相對應(yīng)的是輔助存儲器泞歉,簡稱輔存,又稱外存匿辩。

輸入設(shè)備和輸出設(shè)備也常被簡稱為I/O設(shè)備(Input/Output Equipment)腰耙。

因此,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)是由三大部分組成撒汉,CPU沟优、I/O設(shè)備和主存儲器


現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的組成圖



如圖所示睬辐,CPU和主存儲器一般都被統(tǒng)一叫作主機(jī)挠阁,I/O設(shè)備則被稱為外部設(shè)備

我們在日常工作和生活中使用的計(jì)算機(jī)溯饵,其結(jié)構(gòu)與組成侵俗,便是這樣。

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