任務二　計算機的工作原理和體系結構

任務描述

計算機發展到今天，其性能已經發生了巨大的變化，但是無論速度如何提高、功能如何強大，軟件如何更新，其基本工作原理和體系結構卻沒有根本的改變。本任務首先要了解計算機依據什么原理工作，又是如何圍繞原理確立體系結構的，最后要了解計算機內信息是如何表示的。

任務實施

1.計算機工作原理

概括地說，計算機工作原理就是：存儲程序，逐條執行。這個工作原理是1945年由美籍匈牙利數學家馮·諾依曼最初提出來的，故稱為馮·諾依曼原理，基于這一原理制造的計算機，稱為馮·諾依曼計算機。

2.計算機的體系結構

馮·諾依曼計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備五個基本部分組成，這五大部分通過系統總線聯系成一體，在控制器指揮下，信息從輸入設備傳送到存儲器存放，需要時可以把它們讀出來，由程序控制計算機的操作，計算機按程序預先編排好的順序逐條執行程序的指令，其間不必人工干預，因而可以實現自動高速運算。此外，只要輸入不同的程序和數據，就可以讓計算機做不同的工作，即可以通過改變程序來改變計算機的行為。這就是所謂“程序控制工作方式”，也是計算機與其他信息處理機（如計算器、電報機、電話機、電視機等）的根本區別。這種體系結構和“存儲程序，逐條執行”的設計思想決定了計算機用串行方式工作。經過多年實踐后發現串行工作方式很難再提高計算機的運行速度，目前已經進行了并行計算機和并行算法的研究，并且在馮·諾依曼計算機體系結構下部分實現了一些并行處理。

3.計算機的信息表示

在解決信息在計算機內如何表示這個問題上，馮·諾依曼根據計算機內部電子線路容易實現兩種區別明顯的物理狀態（如電壓高低等）特點，提出用兩種區別明顯的物理狀態的不同組合來表示信息，為方便起見，這兩種物理狀態分別用0和1這兩個最簡單的數字來表示，由0和1兩個數碼表示數的方法就稱為二進制，0和1兩個數碼的組合表示的信息，稱為數字化信息，所以計算機內是用二進制來表示信息的，也就是說計算機只能處理數字化信息，其他信息須轉換成數字化信息計算機才可以處理，可以這么說，只要能將信息數字化，就可以用計算機來處理。