計算機的軟硬件組成

黃有飛

摘要：自從第一臺電子計算機在1946年2月14日問世以來，世界也發生了巨大的變化。計算機改變了世界的生活水平，改變了人們的生活方式，也改變人們對未來的設想。在人們的生活、工作、學習等方面都占據著重要的地位。多媒體電腦的出現，促使電腦成為家庭學習，生活，娛樂的重要組成部分。因此，使用電腦時，對電腦基礎理論知識的了解掌握，也是十分有必要的。

關鍵詞：計算機基本組成 基礎理論

1計算機的分類

可以把計算機分成以下兩大類：一類是電子模擬計算機，“模擬”就是相似的意思，模擬計算機的特點是是數值由連續量來表示，運算過程也是連續的;另一類是電子數字計算機，它是在算盤的基礎上發展起來的，是用數字來表示大小，主要特點是按位運算，并且不連續的跳動計算（計算機中的數值是用離散的數字來表示的）。本文打算寫一臺數字電子計算機的組成結構

硬件系統和軟件系統。

2計算機的硬件組成

2.1存儲器

2.1.1基本概念

（1）存儲元件：用一個具有兩種穩定狀態，并且在一定條件下狀態可相互轉換的物理器件來表示二進制數碼O和l，這種器件稱為存儲元件。

（2）存儲單元：由若干個存儲元組成一個存儲單元。

（3）存儲器：由若干個存儲單元組成了存儲器。存儲器是計算機系統中的記憶設備，用來存放程序和數據。

（4）對存儲器的要求是：容量大、速度快、成本低。

2.1.2存儲器分類

（1）按存儲介質分：磁表面、半導體、光盤

（2）按存取方式分：隨機、順序

（3）按存儲器的讀寫功能分：只讀、隨機讀寫

（4）按信息的可保性分：易失（揮發/非永久）性（RAM）、非易失性（ROM）

（5）按在計算機系統中的作用分：控制存儲器、高速緩存、主存、輔存

Cache用來解決CPU與主存之間速度不匹配問題;虛存用來解決主存和外存之間速度不匹配的問題。

2.2運算器

（l）計算機中常用的數據表示格式有兩種，一是定點格式，二是浮點格式。一般來說，定點格式容許的數字范圍有限，要求處理的硬件比較簡單而浮點格式容許的是指范圍大要求處理的硬件比較復雜。數的機器碼表示方式有：原碼、反碼、補碼、移碼。

（2）運算器包括：ALU（算數邏輯單元）、陣列乘除器、寄存器、多路開關、三態緩沖器、數據總線等等。

2.3控制器

計算機的控制器簡單來講就是中央處理器——CPU。

2.3.1 CPU的基本組成

CPU的基本部分是控制器、運算器、cache。

（l）控制器由程序計數器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器、時序產生器和操作控制器組成，它是發布命令的“決策機構”，即完成協調和指揮整個計算機系統的操作。

（2）運算器由算術邏輯單位（ALU）、累加寄存器（AC）、數據緩沖寄存器（DR）和狀態條件寄存器（PSW）組成，它是數據加工處理部件。

（3） cache分為數據cache和指令cache。

2.3.2 CPU中的主要寄存器

（l）數據緩沖寄存器DR

緩沖寄存器用來暫時存放由內存儲器讀出的一條指令或一個數據字;反之，當向內存存入一條指令或一個數據字時，也暫時將它們存放在緩沖寄存器中。

（2）指令寄存器IR

指令寄存器用來保存當前正在執行的一條指令。

（3）程序計數器PC

程序計數器中存放的是下一條指令在內存中的地址。

（4）數據地址寄存器AR

地址寄存器用來保存當前CPU所訪問的內存單元的地址。由于在內存和CPU之間存在著操作速度上的差別，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內存的讀/寫操作完成為止。

（5）通用寄存器（ROR3）

當算數邏輯單元（ALU）執行算數或邏輯運算時，為ALU提供一個工作區。

（6）狀態條件寄存器PSW

狀態條件寄存器是一個由各種狀態條件標志拼湊而成的寄存器。

（7）累加寄存器AC

累加寄存器AC通常簡稱為累加器，它的功能是：當運算器的算術邏輯單元（ALU）執行全部算術和邏輯運算時，為ALU提供一個工作區。累加寄存器是暫時存放ALU運算的結果信息。顯然，運算器中至少要有一個累加寄存器。

2 4適配器

輸入/輸出設備同CPU交換數據的過程：

輸入過程，包含以下三個步驟：CPU把一個地址值放到地址總線上，這一步將選擇哪個輸入設備 CPU等候輸入設備的數據成為有效 CPU從數據總線讀人數據，并放到一個相應的寄存器里面。

輸出過程，包含以下三個步驟：CPU把一個地址值放到地址總線上，這一步將選擇哪個輸出設備 CPU把數據放到數據總線上輸出設備認為數據有效，從而把數據取走。

CPU和外設之間信息交換的方式程序查詢方式、程序中斷方式、直接內存訪問（DMA）方式、通道方式、外圍處理機方式。

3計算機的軟件

軟件=程序+數據+文檔

軟件分類：軟件可以分為系統軟件和應用軟件，相應的系統軟件又包含操作系統、語言處理系統、實用程序;應用軟件又可分為辦公軟件、社交軟件、網絡軟件、圖型圖像處理軟件、其他應用軟件等等。

計算機的軟件與硬件的關系是：兩者相輔相成，不可分割，是個整體。

4.總結

計算機的應用在中國越來越普遍，中國計算機用戶的數量也不斷攀升，應用水平不斷提高，特別是互聯網、通信、多媒體等領域的應用取得了不錯的成績。在基本了解計算機的內部組成結構和計算機的整個組裝過程和注意事項之后可以根據個人的需求及預算情況，適當選用合理的配件自由組裝，滿足個^、的需求，控制了預算成本，制作出來性價比高的個人計算機。也可以更好的把理論知識后續應用于實踐。

參考文獻

[1]《匯編語言與接口技術》，王讓定，朱瑩編著，北京：清華大學出版社，2017.5.

[2]《計算機組成與設計》（美）David A.Patterson/（美）John L.Hennessv編著，北京：機械工業出版社，2012.L.

[3]《電腦組裝與硬件維修從入門到精通>，龍馬高新教育編著，北京：人民郵電出版社，2017.8.