湖南商学院函授计算机系统原理

院校:湖南工商大学 发布时间:2020-01-27 16:25:41

计算机系统原理

1.冯·诺依曼计算机结构的基本思想

迄今,世界上各类计算机的基本结构大多数建立在冯·诺依曼(Von Neumann)计算机模型基础之上。美籍匈牙利数学家约翰·冯.诺依曼曾作为美国阿伯丁试验基地的顾问参加了ENIAC机的研制工作,得到很多启发。1947 年他在自己领导的计算机研制小组进行新方案的设计过程中,汲取了科学家们长期艰苦研究成果的精华,明确提出了两个极其重要的思想:存储程序和二进制。

任何复杂的运算都可以分解成一系列简单的操作步骤.这些简单操作应是计算机能直接实现的被称为“指令”的基本操作.如加法指令、减法指令等。解算一个新题目时,先确定分解的算法,编制运算过程,选取能实现其操作的适当指令,组成所谓“程序”。如果把程序和处理问题所需的数据均以计算机能接受的二进制编码形式预先按一定顺序存放到计算机的存储器里,计算机运行时从存储器取出第一条指令,实现第一个基本操作,以后自动地逐条取出指令,执行一系列的基本操作,其结果是完成了一个复杂的运算。这就是存储程序的基本思想。
“二进制”的基本思想是:计算机指令和数据均以二进制编码的形式存储。精通数学的冯.诺依曼提出了计算信息可以采用二进制。二进制只有“0”和“1"两个数符,用计算机电子器件的截止和饱和两个稳态,即高电平和低电平来表示“0”和“1”,其实现非常容易,并且二进制运算规则远比十进制简单,这样使计算机结构大为简化,运算速度大大提高。

2.计算机系统的基本结构

“存储程序”原理和“二进制”奠定了现代计算机设计的基础和计算机的基本组成与功能,因此计算机不仅是;个完成各类信息处理任务的集合体.而且是一个“系统".是一个能执行如输人/输出处理、在储和控制这些基本系统任务的、有内在联系的电子部件的结合。因此,计算机是提供给终端用户的功能极强的信息父上理工具。能认识到计算机是一个计算机系统,对于有效使用及管理计算机都是极其重要的。无论面对一台微型计算机,还是面对大型的计算机系统.以及面向经远程通信网络连接起来的跨地城的各种设备(包●括计算机),都把它们作为系统看待。
    
图4-1就表示组成-个计算机系统的硬件设备.这些设备组成的计算机系统可以实现以下功能。

(1)输人:计算机系统的输入设备,包括键盘、触摸式大屏幕、光笔、电子鼠标器、扫描仪等,它们将直接、间接或远程输人到计算机系统的数据转换成机器可读的电子格式(0/1数据代码)。

(2)数据处理与控制:中央处理器(computer processor unit. CPU)是计算机系统的核心部件。在微型计算机系统中,单片超大规模集成电路就形成了微处理器。CPU中的算术逻辑单元(arithmetical and logical unit, ALU)负责计算机的运算任务;CPU中的控制部件是计算机的指挥部,它处理计算机的程序指令和传送方向.实现各功能部件的联系.并控制执行程序。

(3)输出:计算机的输出设备包括视频显示器、各类打印机,如针式打印机、激光打印机.喷墨打印机、声音应答器等。它们将计算机产生的各类电子信息转换成终端用户可以观察理解的形式,如文字图形、声音等。

(4)主存储:计算机系统的存储功能由计算机的- - .级存储单元及二级存储单元组成。-级存储单元亦称为主存储器,主要是由半导体器件组成,存放计算机当前运行的程序和数据。二级存储单元也可以称为外存储器或辅助存储器,主要有磁带、磁盘、闪存、光碟,存放当前不用的海量信息。

(5)通信接口:随着计算机网络的发展,通信接口设备已发展成计算机的一个必不可少的功能部件,由它实现计算机与通信网络的连接。
总线则连接上述功能部件#在它们之间提供数据资料传送路径.地址信号传送路径与协同操作控制信号传送路径。