6.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括兩大部分，即硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，二者協(xié)同工作，缺一不可。

6.2.1 計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

硬件是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物理裝置，是一些實(shí)實(shí)在在的有形實(shí)體。一個(gè)基本的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)從功能角度來看，由運(yùn)算器、控制器、主存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部件組成。其中把運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理機(jī)，簡稱CPU(在微機(jī)中，則稱為微處理器（MPU))，把中央處理機(jī)和主存儲(chǔ)器合稱為主機(jī)。

中央處理器是計(jì)算機(jī)的心臟，CPU品質(zhì)的高低直接決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的檔次。CPU能夠處理的數(shù)據(jù)位數(shù)是它的一個(gè)最重要的品質(zhì)標(biāo)志。

中央處理器具有如下功能。

(1)指令控制：因?yàn)槌绦蚴且淮噶畹男蛄?，所以必須按程序?guī)定的順序執(zhí)行，CPU可以控制機(jī)器以保證順序執(zhí)行程序。

(2)操作控制：一條指令的功能是由若干個(gè)操作信號組合來實(shí)現(xiàn)的，因此CPU根據(jù)指令分析產(chǎn)生的操作序列控制各個(gè)部件完成指令規(guī)定的操作。

(3)時(shí)間控制：對各種微操作實(shí)施時(shí)間控制，使計(jì)算機(jī)有條不紊地工作。

(4)數(shù)據(jù)加工：對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，以得到計(jì)算結(jié)果。

1.運(yùn)算器

運(yùn)算器是對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，它主要完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

不同的計(jì)算機(jī)，運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)也不同，但最基本的結(jié)構(gòu)都是由算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元（ALU)、寄存器組、多路轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)總線等邏輯部件組成。

2.控制器一

計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的基本操作叫做指令，一臺(tái)計(jì)算機(jī)的所有指令組成指令系統(tǒng)。指令由操作碼和地址碼兩部分組成，操作碼指明操作的類型，地址碼則指明操作數(shù)及運(yùn)算結(jié)果存放的地址。

控制器的主要功能是從內(nèi)存中取出指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置，將取出指令經(jīng)指令寄存器送往指令譯碼器，經(jīng)過對指令的分析發(fā)出相應(yīng)的指令和定時(shí)信息，控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊的工作，以完成指令所規(guī)定的操作。

控制器有程序計(jì)數(shù)器（簡稱PC)、指令寄存器、指令譯碼器、狀態(tài)/條件寄存器、時(shí)序產(chǎn)生器、微操作信號發(fā)生器組成，其主要作用如下。

(1)程序計(jì)數(shù)器：當(dāng)程序順序執(zhí)行時(shí)；每取出一條指令，PC內(nèi)容自動(dòng)增加一個(gè)值，指向下一條要取的指令；當(dāng)程序出現(xiàn)轉(zhuǎn)移時(shí)，則將轉(zhuǎn)移地址送入PC然后由PC指向新的程序地址。

(2)指令寄存器（IR):用于存放當(dāng)前要執(zhí)行的指令。

(3)指令譯碼器（ID):對現(xiàn)行指令進(jìn)行分析，確定指令類型、指令所要完成的操作以及尋址方式。

(4)狀態(tài)/條件寄存器：用于保存指令執(zhí)行完成后產(chǎn)生的條件碼，例如運(yùn)算是否有溢出，結(jié)果為正還是為負(fù)，是否有進(jìn)位等；此外，狀態(tài)/條件寄存器還保存中斷和系統(tǒng)工作狀態(tài)等信息。

(5)時(shí)序產(chǎn)生器：用于產(chǎn)生時(shí)序脈沖和節(jié)拍電位去控制計(jì)算機(jī)有序地工作。

(6)微操作信號發(fā)生器：把指令提供的操作信號、時(shí)序產(chǎn)生器提供的時(shí)序信號、以及由控制功能部件反饋的狀態(tài)信號等綜合成特定的操作序列，從而完成取指令的執(zhí)行控制。

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