1.计算机的硬件

1.计算机的硬件

计算机包含四大类硬件：

• 运算器
• 存储器
• 控制器
• 适配器与输入/输出设备

1.1 运算器

运算器主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算，此外还可以进行逻辑运算，通常称为ALU（算术逻辑运算部件）。

1.2 存储器

目前采用半导体器件来作为存储器。一个半导体触发器由于只有0和1两种状态，可以记忆一个二进制代码。一个数假定用16位二进制代码表示，那么就需要有16个触发器来保存这些代码。通常，在存储器中把保存一个数的16个触发器称作一个存储单元。存储器是由许多存储单元组成的，每个存储单元都有编号，称为地址。向存储器中存数或者从存储器中取数，都要按照给定的地址来寻找所选的存储单元。

存储器包括了外存储器和内存储器。

1.3 控制器

控制器是计算机中发号施令的部件，它控制计算机的各个部件进行工作。

1. 计算程序

   运算器只能完成四则运算及其他一些辅助操作，对于复杂的计算题目，计算机必须在运算前将其化为若干步的四则运算来做。每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，叫做该问题的计算程序。

2. 指令的形式

   每条指令应当明确告诉控制器，从存储器的哪个单元取数，并进行何种操作。这样可知指令的内容包括两部分：操作码、地址码。

   其中操作码指出指令所进行的操作，如四则运算、取数、存数等，而地址码表示参加运算的数据应从存储器的哪个单元中取来，或者运算结果应该存到哪个单元中去。

3. 控制器的基本任务

   计算机进行计算时，指令必须是按一定的顺序执行的。控制器的基本任务，就是按照计算程序所排的指令序列，先从存储器中取出一条指令放到控制器中，对该指令的操作码由译码器进行分析判别，然后根据指令性质，执行这条指令，进行相应的操作。

   通常把取指令的一段时间叫做取指周期，而把执行指令的一段时间叫做执行周期。因此，控制器反复交替地处在取指周期与执行周期中，每取出一条指令，控制器中的指令计数器就加1，从而为取下一条指令做好准备，这也是指令在存储器中顺序存放的原因。

   在计算机系统中，运算器和控制器通常被组合在一个集成电路芯片中，合称为中央处理器，简称CPU。

4. 指令流和数据流

   位（bit）是计算机的最小信息单位。字节（B）包含8个位。

   由于计算机使用的信息既有指令又有数据，所以计算机字既可以代表指令，也可以代表数据。如果某字代表要处理的数据，则称为数据字；如果某字为一条指令，则称为指令字。取指周期从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器；执行周期中从内存读出的信息是数据流，它由内存流向运算器。

1.4 适配器与输入/输出设备

计算机的输入/输出设备通常称为外围设备，通过适配器与主机联系。适配器的作用相当于一个转换器，它可以保证外围设备用计算机系统特性所要求的形式发送或接受信息。

1.5 总线

系统总线是构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。借助系统总线，计算机在各系统部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。