第五節 計算機系統

項目一 計算機系統組成及主要技術指標

計算機的應用領域不同，其配置也各不相同，但其基本組成和工作原理都一樣。了解計算機系統的組成和功能，弄清主要的技術指標是全面理解計算機的基礎。

1. 計算機的工作原理

1946年，美籍匈牙利數學家馮·諾依曼提出了電子計算機設計的基本思想，奠定了現代計算機的基本結構，開創了計算機的程序設計時代。

馮·諾依曼思想的基本內容是：數字計算機的數制采用二進制；計算機系統由5大部件組成，分別是運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備；程序和數據同時存放在存儲器中，并按地址尋訪。

按照馮·諾依曼的設計思想，計算機硬件系統由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備組成，如圖1.6所示。各部件在控制器的控制下協調一致地工作，工作過程為：數據和指令序列在控制器輸入命令的控制下，通過輸入設備送到計算機的存儲器存儲。當計算開始時，在取指令作用下把程序指令逐條送入控制器。控制器對指令進行譯碼，并根據指令的操作要求向存儲器和運算器發出讀/寫和運算命令，經過運算器計算并把結果存放在存儲器內。最后，在控制器的輸出命令下，通過輸出設備輸出運算結果。

以“存儲程序控制”原理為基礎的計算機被稱為馮·諾依曼型計算機，這樣的計算機至今仍占市場主流。

2. 計算機硬件和軟件

計算機硬件是指構成計算機的物理設備，是由各種機械部件和電子元件構成的實現各種具體功能的實體部件的總稱。計算機軟件由程序、數據和有關文檔等組成，用于管理控制計算機的軟、硬件，協調各部分有序工作。沒有安裝任何軟件的計算機被稱為“裸機”，“裸機”不能完成任何工作。一個完整的計算機系統由硬件系統和軟件系統兩大部分組成，如圖1.7所示。

3. 計算機的主要技術指標

不同用途的計算機具有不同的衡量指標。通常，衡量計算機性能的好壞主要使用以下幾項技術指標。

（1）字長。字長指計算機一次能并行處理的二進制位數，字長總是8的整數倍，通常PC的字長為16位（早期）、32位、64位。一般來說，字長越長，運算精度就越高。

（2）內存容量。內存容量指計算機內存儲器所能容納信息的字節數。內存容量越大，它所能存儲的數據和運行的程序就越多，程序運行的速度就越快。

（3）存取周期。存取周期指存儲器進行一次完整讀/寫操作所需要的時間，也就是存儲器進行連續讀/寫操作所允許的最短時間間隔。存取周期越短，則意味著讀/寫的速度越快。

（4）主頻。主頻指計算機CPU的時鐘頻率，單位是MHz（兆赫茲）。主頻越高，計算機的運算能力就越高。

（5）運算速度。運算速度指計算機在單位時間內能執行指令的條數，單位為MIPS（百萬條指令/秒）。

練一練

1. 時至今日，計算機仍采用程序內存或稱存儲程序原理，該原理的提出者是_______。

A. 科得（E. F. Codd）

B. 比爾·蓋茨

C. 馮·諾依曼

D. 莫爾

2. 目前計算機的設計依據的原理是馮·諾依曼的________。

A. 開關電路

B. 邏輯運算

C. 二進制

D. 存儲程序

3. 微機的字長是4字節，這意味著________。

A. 能處理的最大數值為4位十進制數9999

B. 能處理的字符串最多由4個字符組成

C. 在CPU中作為一個整體加以傳送處理的32位二進制代碼

D. 在CPU中運算的最大結果為2的32次方

4. 一個完備的計算機系統應該包含計算機的________。

A. 主機和外設

B. 硬件和軟件（或者說：硬件系統和軟件系統）

C. CPU和存儲器

D. 控制器和運算器

5. 微型計算機的主頻很大程度上決定了計算機的運行速度，它是指________。

A. 計算機運行速度的快慢

B. 基本指令操作次數

C. 微處理器時鐘工作頻率

D. 單位時間的存取數量

6. 字長是CPU的主要性能指標之一，它表示________。

A. CPU一次性能處理二進制數據的最大位數

B. 最長的十進制整數的位數

C. 最大的有效數字位數

D. 計算結果的有效數字長度

7. 計算機有多種技術指標，其中決定計算機的計算精度的是________。

A. 運算速度

B. 進位數制

C. 存儲容量

D. 字長

8. “32位微型計算機”中的32指的是________。

A. 微機型號

B. 內存容量

C. 運算速度

D. 計算機的字長

9. 計算機的技術指標有多種，決定計算機性能的主要指標是________。

A. 語言、外設和速度

B. 主頻、字長和內存容量

C. 外設、內存容量和體積

D. 軟件、速度和質量

10. 用MIPS為單位來衡量計算機的性能，它指的是計算機的________。

A. 傳輸速率

B. 存儲器容量

C. 運算速度

D. 字長