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計算機組成原理

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概論[編輯]

計算機系統是當代生活中比較常見的複雜系統之一。隨着科技的發展,計算機系統正變得愈加成熟。

究其本質,計算機系統由硬件和軟件兩大部分組成。硬件的工作依靠軟件的控制,軟件的運行依託硬件的支持。兩者相互依存,不可分割。

硬件指的是計算機的實體部分,也就是「看得見,摸得着」的部分,由各類電子元器件以及光、電、機等相關設備組成,包括主機和外設等。

現在最常見的計算機系統,是1945年編制的馮·諾依曼計算機。我們日常所指的計算機,基本都是馮·諾依曼計算機。讀本所介紹的,也是馮·諾依曼計算機。

硬件系統(主機)[編輯]

在現代計算機中,人們將運算器、控制器、高速緩衝存儲器(cache)三者封裝在一個集成電路塊中,稱之為中央處理器(CPU)。而將中央處理器、存儲器、輸入輸出接口(I/O接口)和系統總線組裝在一個機殼內,合稱為主機。

中央處理器[編輯]

英特爾酷睿i7-940中央處理器,是現在比較常見的處理器形態。

中央處理器中的控制器是整個計算機系統的指揮中心,它協調和控制計算機中的各個部件完成工作。計算機運行時,內部有兩種信息在持續流動。一種叫做控制信息(又稱操作命令),它的發出者就是控制器,流向各個部件以控制該部件運行,一種叫做數據信息,在部件之中互相流動,邊流動邊被各個部件加工和處理。

運算器則是進行各種數學運算和邏輯運算的部件,由以下的幾部分組成。

  • 算數邏輯單元(Arithmetical Logical Unit):是在計算機中進行數學運算和邏輯運算的核心部件,也是中央處理器的重要組成部分。在運算過程中,算數邏輯單元可以主要是根據控制信息集中執行數據處理工作。可以直接處理的運算是加法、減法和乘法等二元算術。
  • 中間寄存器:若干個寄存器的作用是用來給算數邏輯單元暫存操作數,其存取速度比存儲器快得多。
  • 運算累加器:
  • 描述字寄存器:

存儲器[編輯]

輸入輸出接口[編輯]

系統總線[編輯]

軟件系統[編輯]

系統軟件[編輯]

應用軟件[編輯]

外設[編輯]

輸入設備[編輯]

輸出設備[編輯]