第五節(jié) 計算機(jī)系統(tǒng)

項目一 計算機(jī)系統(tǒng)組成及主要技術(shù)指標(biāo)

計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)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(jī)系統(tǒng)的組成和功能，弄清主要的技術(shù)指標(biāo)是全面理解計算機(jī)的基礎(chǔ)。

1. 計算機(jī)的工作原理

1946年，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼提出了電子計算機(jī)設(shè)計的基本思想，奠定了現(xiàn)代計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了計算機(jī)的程序設(shè)計時代。

馮·諾依曼思想的基本內(nèi)容是：數(shù)字計算機(jī)的數(shù)制采用二進(jìn)制；計算機(jī)系統(tǒng)由5大部件組成，分別是運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備；程序和數(shù)據(jù)同時存放在存儲器中，并按地址尋訪。

按照馮·諾依曼的設(shè)計思想，計算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成，如圖1.6所示。各部件在控制器的控制下協(xié)調(diào)一致地工作，工作過程為：數(shù)據(jù)和指令序列在控制器輸入命令的控制下，通過輸入設(shè)備送到計算機(jī)的存儲器存儲。當(dāng)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(jìn)行譯碼，并根據(jù)指令的操作要求向存儲器和運(yùn)算器發(fā)出讀/寫和運(yùn)算命令，經(jīng)過運(yùn)算器計算并把結(jié)果存放在存儲器內(nèi)。最后，在控制器的輸出命令下，通過輸出設(shè)備輸出運(yùn)算結(jié)果。

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

2. 計算機(jī)硬件和軟件

計算機(jī)硬件是指構(gòu)成計算機(jī)的物理設(shè)備，是由各種機(jī)械部件和電子元件構(gòu)成的實現(xiàn)各種具體功能的實體部件的總稱。計算機(jī)軟件由程序、數(shù)據(jù)和有關(guān)文檔等組成，用于管理控制計算機(jī)的軟、硬件，協(xié)調(diào)各部分有序工作。沒有安裝任何軟件的計算機(jī)被稱為“裸機(jī)”，“裸機(jī)”不能完成任何工作。一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，如圖1.7所示。

3. 計算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)

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

（1）字長。字長指計算機(jī)一次能并行處理的二進(jìn)制位數(shù)，字長總是8的整數(shù)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(yùn)算精度就越高。

（2）內(nèi)存容量。內(nèi)存容量指計算機(jī)內(nèi)存儲器所能容納信息的字節(jié)數(shù)。內(nèi)存容量越大，它所能存儲的數(shù)據(jù)和運(yùn)行的程序就越多，程序運(yùn)行的速度就越快。

（3）存取周期。存取周期指存儲器進(jìn)行一次完整讀/寫操作所需要的時間，也就是存儲器進(jìn)行連續(xù)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(jī)CPU的時鐘頻率，單位是MHz（兆赫茲）。主頻越高，計算機(jī)的運(yùn)算能力就越高。

（5）運(yùn)算速度。運(yùn)算速度指計算機(jī)在單位時間內(nèi)能執(zhí)行指令的條數(shù)，單位為MIPS（百萬條指令/秒）。

練一練

1. 時至今日，計算機(jī)仍采用程序內(nèi)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(jī)的設(shè)計依據(jù)的原理是馮·諾依曼的________。

A. 開關(guān)電路

B. 邏輯運(yùn)算

C. 二進(jìn)制

D. 存儲程序

3. 微機(jī)的字長是4字節(jié)，這意味著________。

A. 能處理的最大數(shù)值為4位十進(jìn)制數(shù)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(jìn)制代碼

D. 在CPU中運(yùn)算的最大結(jié)果為2的32次方

4. 一個完備的計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該包含計算機(jī)的________。

A. 主機(jī)和外設(shè)

B. 硬件和軟件（或者說：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)）

C. CPU和存儲器

D. 控制器和運(yùn)算器

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

A. 計算機(jī)運(yùn)行速度的快慢

B. 基本指令操作次數(shù)

C. 微處理器時鐘工作頻率

D. 單位時間的存取數(shù)量

6. 字長是CPU的主要性能指標(biāo)之一，它表示________。

A. CPU一次性能處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的最大位數(shù)

B. 最長的十進(jìn)制整數(shù)的位數(shù)

C. 最大的有效數(shù)字位數(shù)

D. 計算結(jié)果的有效數(shù)字長度

7. 計算機(jī)有多種技術(shù)指標(biāo)，其中決定計算機(jī)的計算精度的是________。

A. 運(yùn)算速度

B. 進(jìn)位數(shù)制

C. 存儲容量

D. 字長

8. “32位微型計算機(jī)”中的32指的是________。

A. 微機(jī)型號

B. 內(nèi)存容量

C. 運(yùn)算速度

D. 計算機(jī)的字長

9. 計算機(jī)的技術(shù)指標(biāo)有多種，決定計算機(jī)性能的主要指標(biāo)是________。

A. 語言、外設(shè)和速度

B. 主頻、字長和內(nèi)存容量

C. 外設(shè)、內(nèi)存容量和體積

D. 軟件、速度和質(zhì)量

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

A. 傳輸速率

B. 存儲器容量

C. 運(yùn)算速度

D. 字長