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計算機硬體的基本結構

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在當下這個資訊社會,計算機扮演著十分重要的角色,下面是本站小編整理的關於計算機硬體基本結構的內容,歡迎閱讀!

計算機硬體的基本結構

  電子數字計算機一開始是作為一個計算工具出現的。不難想象,計算機如能脫離人的干預而自動地完成計算,它必須具備以下幾個基本功能:

①要有能進行運算的部件——運算器;

②要有能記憶原始資料、運算程式及運算結果的部件——儲存器;

③要有能發出各種控制資訊,以便使計算機各部件協調工作的部件——控制器;

④要有能將原始資料及運算程式輸入計算機的部件——輸入裝置;

⑤要有能將結果及其它資訊輸出的部件——輸出裝置。

計算機的硬體就是由這五大部分構成,這種模型最早是由數學家馮·諾依曼提出的,故稱為馮·諾依曼結構。

運算器稱為ALU(Arithmatic Logical U—nit),它由部件及邏輯電路組成,其功能進行算術和邏輯運算。控制器發出各種控制訊號,使整個執行過程自動進行。控制器和運算合稱為中央處理單元(CentralProcessingUnit),簡稱CPU。CPU是一片大規模積體電路,在資料運算和資料傳輸過程中臨時儲存資料等。其中包含一個累加器(Accumulator,簡稱A)。累加器是一個具有特種功能的暫存器,它雖叫累加器,但並不能在其中進行加法運算,其主要作用是用來傳輸、臨時儲存ALU運算過程的結果和其它資料,並能把存在其中的資料左移或右移。儲存器由記憶單元組成,用於存放資料、中間結果及一系列指令。輸入輸出裝置稱外部裝置,簡稱外設,用於輸人原始資料、控制命令及輸出執行結果等。

在計算機中,有兩股資訊在流動。一股是資料流,各種原始資料由輸入裝置輸入至運算器,再存人儲存器中,在運算過程中,資料從儲存器讀入運算器進行運算,運算的中間結果存如儲存器中或由外設輸出。另一股資訊流為控制資訊流,人們給計算機的`各種命令(即程式)也以資料的形式由儲存器送入控制器。由控制器譯碼後發出控制訊號,控制計算機各部件的工作。

  中央處理器的基本組成:

①運算器ALU。

②累加器A。

③暫存器組。

④程式計數器:要求計算機能自動按程式要求的順序執行程式,就必須把存在儲存器中的指令碼按順序依次取出來加以執行,因此,必須有一個電路能追蹤、記憶指令所在的地址,這就是程式計數器PC(ProgramCounter)。微機加電時,計算機的復位電路自動給PC賦以程式中的第一條指令所在地址。計算機根據這一地址取出第一條指令的第一位元組(8位機每次取出一個指令位元組)。PC的內容自動加1,以指向下一條指令的地址,計算機處理完一條指令(位元組)後,根據PC記憶的地址,取下一條指令位元組,PC再自動加1。只有當遇到跳轉指令、呼叫子程式指令或遇到中斷時,PC內容自動轉到所需的地方。

⑤標誌暫存器:用以指示運算結果狀態(如加法運算進位時置1進位標誌等等)和控制工作條件(如設定中斷遮蔽標誌等)。

⑥指令暫存器與指令譯碼器:指令暫存器用來儲存當前正在執行的一條指令。當執行一條指令時,先從儲存器取出指令,並送至指令暫存器IR(1nstructionRegister),該暫存器的輸出就是指令譯碼器ID(1nstructionDecoder)的輸入,經ID譯碼(識別這條指令的功能)後,即可向操作控制器發出具體操作的特定訊號。

⑦操作控制器:從上述可知,CPU內的每個功能部件都完成一定的特定功能。然而資訊怎樣才能在各部件之間傳送呢?也就是說,資料的流動是由什麼部件控制的呢? 通常把許多數字部件之間傳送資訊的通路稱為“資料通路”。資訊從什麼地方開始,中間經過哪個暫存器或多路開關,最後傳到哪個暫存器,都要加以控制。在各暫存器之間建立資料通路的任務,是由稱為“操作控制器”的部件來完成的。操作控制器的功能就是根據指令操作碼和時序訊號,產生各種操作控制訊號,以便正確地建立資料通路,從而完成取指令和執行指令的控制。

⑧時序產生器:計算機時刻在高速地工作,每一個動作的時間是非常嚴格的,不能有任何差錯。時序產生器的作用,就是對各種操作實施時間上的控制。