計算機基本工作原理即“存儲程序”原理，它是由馮·諾依曼提出的。

1946年，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼提出了關(guān)于計算機的構(gòu)成模式和工作原理的基本設(shè)想。

計算機基本構(gòu)成模式

計算機應(yīng)包括運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件

計算機中數(shù)的表示

計算機內(nèi)部應(yīng)采用二進制表示指令和數(shù)據(jù)

計算機的工作原理

計算機系統(tǒng)應(yīng)按照下述模式工作：將編好的程序和原始數(shù)據(jù)，輸入并存儲在計算機的內(nèi)存儲器中（即“存儲程序”）；計算機按照程序逐條取出指令加以分析，并執(zhí)行指令規(guī)定的操作（即“程序控制”）。這一原理稱為“存儲程序”原理，是現(xiàn)代計算機的基本工作原理，至今的計算機仍采用這一原理。

按照馮·諾依曼存儲程序的原理，計算機在執(zhí)行程序時須先將要執(zhí)行的相關(guān)程序和數(shù)據(jù)放入內(nèi)存儲器中，在執(zhí)行程序時CPU根據(jù)當(dāng)前程序指針寄存器的內(nèi)容取出指令并執(zhí)行指令，然后再取出下計算機工作原理一條指令并執(zhí)行，如此循環(huán)下去直到程序結(jié)束指令時才停止執(zhí)行。其工作過程就是不斷地取指令和執(zhí)行指令的過程，最后將計算的結(jié)果放入指令指定的存儲器地址中。計算機工作過程中所要涉及的計算機硬件部件有內(nèi)存儲器、指令寄存器、指令譯碼器、計算器、控制器、運算器和輸入/輸出設(shè)備等，在以后的內(nèi)容中將會著重介紹。

硬件通常是指構(gòu)成計算機的設(shè)備實體。一臺計算機的硬件系統(tǒng)應(yīng)由五個基本部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備。這五大部分通過系統(tǒng)總線完成指令所傳達的操作，當(dāng)計算機在接受指令后，由控制器指揮，將數(shù)據(jù)眾輸入設(shè)備傳送到存儲器存放，再由控制器將需要參加運算的數(shù)據(jù)傳送到運算器，由運算器進行處理，處理后的結(jié)果由輸出設(shè)備輸出。

中央處理器

CPU（central processing unit）意為中央處理單元，又稱中央處理器。CPU由控制器、運算器和寄存器組成，通常集中在一塊芯片上，是計算機系統(tǒng)的核心設(shè)備。計算機以CPU為中心，輸入和輸出設(shè)備與存儲器之間的數(shù)據(jù)傳輸和處理都通過CPU來控制執(zhí)行。微型計算機的中央處理器又稱為微處理器。

控制器

控制器是對輸入的指令進行分析，并統(tǒng)一控制計算機的各個部件完成一定任務(wù)的部件。它一般由指令寄存器、狀態(tài)寄存器、指令譯碼器、時序電路和控制電路組成。計算機的工作方式是執(zhí)行程序，程序就是為完成某一任務(wù)所編制的特定指令序列，各種指令操作按一定的時間關(guān)系有序安排，控制器產(chǎn)生各種最基本的不可再分的微操作的命令信號，即微命令，以指揮整個計算機有條不紊地工作。當(dāng)計算機執(zhí)行程序時，控制器首先從指令指針寄存器中取得指令的地址，并將下一條指令的地址存入指令寄存器中，然后從存儲器中取出指令，由指令譯碼器對指令進行譯碼后產(chǎn)生控制信號，用以驅(qū)動相應(yīng)的硬件完成指紋操作。簡言之，控制器就是協(xié)調(diào)指揮計算機各部件工作的元件，它的基本任務(wù)就是根據(jù)種類指紋的需要綜合有關(guān)的邏輯條件與時間條件產(chǎn)生相應(yīng)的微命令。

運算器

運算器又稱積極態(tài)度邏輯單元ALU（Arithmetic Logic Unit）。運算器的主要任務(wù)是執(zhí)行各種算術(shù)運算和邏輯運算。算術(shù)運算是指各種數(shù)值運算，比如：加、減、乘、除等。邏輯運算是進行邏輯判斷的非數(shù)值運算，比如：與、或、非、比較、移位等。計算機所完成的全部運算都是在運算器中進行的，根據(jù)指令規(guī)定的尋址方式，運算器從存儲或寄存器中取得操作數(shù)，進行計算后，送回到指令所指定的寄存器中。運算器的核心部件是加法器和若干個寄存器，加法器用于運算，寄存器用于存儲參加運算的各種數(shù)據(jù)以及運算后的結(jié)果。

存儲器分為內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存或主存）、外存儲器（簡稱外存或輔存）。外存儲器一般也可作為輸入/輸出設(shè)備。計算機把要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)存入內(nèi)存中，內(nèi)存一般由半導(dǎo)體器構(gòu)成。半導(dǎo)體存儲器可分為三大類：隨機存儲器、只讀存儲器、特殊存儲器。

RAM

RAM是隨機存取存儲器（Random Access Memory），其特點是可以讀寫，存取任一單元所需的時間相同，通電是存儲器內(nèi)的內(nèi)容可以保持，斷電后，存儲的內(nèi)容立即消失。RAM可分為動態(tài)（Dynamic RAM）和靜態(tài)（StaticRAM）兩大類。所謂動態(tài)隨機存儲器DRAM是用MOS電路和電容來作存儲元件的。由于電容會放電，所以需要定時充電以維持存儲內(nèi)容的正確，例如互隔2ms刷新一次，因此稱這為動態(tài)存儲器。所謂靜態(tài)隨機存儲器SRAM是用雙極型電路或MOS電路的觸發(fā)器來作存儲元件的，它沒有電容放電造成的刷新問題。只要有電源正常供電，觸發(fā)器就能穩(wěn)定地存儲數(shù)據(jù)。DRAM的特點是集成密度高，主要用于大容量存儲器。SRAM的特點是存取速度快，主要用于調(diào)整緩沖存儲器。

ROM

ROM是只讀存儲器（Read Only Memory），它只能讀出原有的內(nèi)容，不能由用戶再寫入新內(nèi)容。原來存儲的內(nèi)容是由廠家一次性寫放的，并永久保存下來。ROM可分為可編程（Programmable）ROM、可擦除可編程（Erasable Programmable）ROM、電擦除可編程（Electrically Erasable Programmable）ROM。如，EPROM存儲的內(nèi)容可以通過紫外光照射來擦除，這使它的內(nèi)可以反復(fù)更改。

特殊固態(tài)存儲器

包括電荷耦合存儲器、磁泡存儲器、電子束存儲器等，它們多用于特殊領(lǐng)域內(nèi)的信息存儲。

此外，描述內(nèi)、外存儲容量的常用單位有：

①位/比特（bit）：這是內(nèi)存中最小的單位，二進制數(shù)序列中的一個0或一個1就是一比比特，在電腦中，一個比特對應(yīng)著一個晶體管。

②字節(jié)（B、Byte）：是計算機中最常用、最基本的存在單位。一個字節(jié)等于8個比特，即1 Byte＝8bit。

③千字節(jié)（KB、Kilo Byte）：電腦的內(nèi)存容量都很大，一般都是以千字節(jié)作單位來表示。1KB＝1024Byte。

④兆字節(jié)（MB　Mega Byte）：90年代流行微機的硬盤和內(nèi)存等一般都是以兆字節(jié)（MB）為單位。1 MB＝1024KB。

⑤吉字節(jié)（GB、Giga Byte）：目前市場流行的微機的硬盤已經(jīng)達到4.3GB、6.4GB、8.1GB、12G、13GB等規(guī)格。1GB＝1024MB。

⑥太字節(jié)（TB、Tera byte）：1TB＝1024GB。

輸入設(shè)備是用來接受用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序，并將它們變?yōu)橛嬎銠C能識別的二進制存入到內(nèi)存中。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆等。

輸出設(shè)備用于將存入在內(nèi)存中的由計算機處理的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兡芙邮艿男问捷敵?。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀等。

總線是一組為系統(tǒng)部件之間數(shù)據(jù)傳送的公用信號線。具有匯集與分配數(shù)據(jù)信號、選擇發(fā)送信號的部件與接收信號的部件、總線控制權(quán)的建立與轉(zhuǎn)移等功能。典型的微機計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，通常多采用單總線結(jié)構(gòu)，一般按信號類型將總線分為三組，其中AB（Address Bus）為地址總線；DB(Data Bus)為數(shù)據(jù)總線；CB（Control Bus）控制總線。

①CPU類型：是指微機系統(tǒng)所采用的CPU芯片型號，它決定了微機系統(tǒng)的檔次。

②字長：是指CPU一次最多可同時傳送和處理的二進制位數(shù)，字長直接影響到計算機的功能、用途和應(yīng)用范圍。如Pentium是64位字長的微處理器，即數(shù)據(jù)位數(shù)是64位，而它的尋址位數(shù)是32位。

③時鐘頻率和機器周期：時鐘頻率又稱主頻，它是指CPU內(nèi)部晶振的頻率，常用單位為兆（MHz），它反映了CPU的基本工作節(jié)拍。一個機器周期由若干個時鐘周期組成，在機器語言中，使用執(zhí)行一條指令所需要的機器周期數(shù)來說明指令執(zhí)行的速度。一般使用CPU類型和時鐘頻率來說明計算機的檔次。如Pentium III 500等。

④運算速度：是指計算機每秒能執(zhí)行的指令數(shù)。單位有MIPS（每秒百萬條指令）、MFLOPS（秒百萬條浮點指令）

⑤存取速度：是指存儲器完成一次讀取或?qū)懘娌僮魉璧臅r間，稱為存儲器的存取時間或訪問時間。而邊連續(xù)兩次或?qū)懰枰淖疃虝r間，稱為存儲周期。對于半導(dǎo)體存儲器來說，存取周期大約為幾十到幾百毫秒之間。它的快慢會影響到計算機的速度。

⑥內(nèi)、外存儲器容量：是指內(nèi)存存儲容量，即內(nèi)容儲存器能夠存儲信息的字節(jié)數(shù)。外儲器是可將程序和數(shù)據(jù)永久保存的存儲介質(zhì)，可以說其容量是無限的。如硬盤、軟盤已是微機系統(tǒng)中不可缺少的外部設(shè)備。迄今為止，所有的計算機系統(tǒng)都是基于馮·諾依曼存儲程序的原理。內(nèi)、外存容量越大，所能運行的軟件功能就越豐富。CPU的高速度和外存儲器的低速度是微機系統(tǒng)工作過程中的主要瓶頸現(xiàn)象，不過由于硬盤的存取速度不斷提高，目前這種現(xiàn)象已有所改善。

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