计算机硬件

发布时间:2022年10月07日 阅读:2535 次

1946年6月,美籍匈牙利人"冯·诺伊曼"(JohnVon Neumann)提出了"存储程序"的计算机方案,这就是EDVAC(ElectronicDiscrete Variable Automatic Computer)即:电子离散变量自动计算机

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EDVAC是第一台现代意义的通用计算机。和之前的世界上第一台电子计算机ENIAC不同,EDVAC首次使用二进制而不是十进制。整台计算机共使用大约6000个电子管和大约12000个二极管,功率为56KW,占地面积45.5平方米,重7850KG,使用时需要三十个技术人员同时操作。  

它由五个基本部分组成:1)运算器CA(2)控制器CC(3)存储器M(4)输入装置I(5)输出装置O;这种体系结构一直延续至今,现在使用的计算机,其基本工作原理仍然是存储程序和程序控制,所以现在一般计算机被称为冯·诺依曼结构计算机。鉴于冯·诺依曼在发明电子计算机中所起到关键性作用,他被西方人誉为"计算机之父"。

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   EDVAC还在两个方面进行了突出的关键性的改进:(1)把计算机要执行的指令和要处理的数据都采用二进制表示(2)把要执行的指令和要处理的数据按照顺序编成程序存储到计算机内部让它自动执行(存储程序控制原理)。


 现代计算机的物理结构:(1)运算器(2)控制器(3)存储器(4)输入设备(5)输出设备。如图1-8所示。

其中,控制器和运算器合称为中央处理器(CentralProcessing Unit,CPU)。早期的CPU由许多分立元件组成,但是自从20世纪70年代中期以来,CPU通常被制作在单片集成电路上。CPU和存储器通常组装在一个机箱内,合称为主机。除去主机以外的硬件装置称为外围设备。

计算机系统工作时,输入设备将程序与数据存入存储器,运行时,控制器从存储器中逐条取出指令,将其解释成控制命令,去控制各部件的动作。数据在运算器中加工处理,处理后的结果通过输出设备输出。

微型计算机同样遵循现代计算机的物理结构,只不过将运算单元和控制单元集成在一个电路芯片上,称为微处理器

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下面分别简述这五大部件的基本功能:

1.  运算器

又名“算术逻辑部件”,简称“逻辑部件ALU ( Arithmatic Logic Unit)”。它是实现各种算术运算和逻辑运行的实际执行部件。算术运算是指各种数值运算;逻辑运算则是指因果关系判断的非数值运算。运算器的核心部件就是加法器和高速寄存器,前者用于实施运算,后者用于存放参加运算的各类数据和运算结果。

2.控制器

控制器是分析和执行指令的部件,也是统一指挥和控制计算机各部件按时序协调操作的部件。计算机之所以能自动、连续地工作就是依靠控制器的统一指挥。控制器通常是由一套复杂的电子电路组成,现在普遍采用超大规模的集成电路。

控制器与运算器都集成在一块超大规模的芯片中,形成整个计算机系统的核心,这就是我们常说的中央处理器-CPU(Central Processing Unit)。中央处理器是计算机硬件的核心,是计算机的心脏。微型计算机的中央处理器又称为微处理器。

3.存储器

一般是指内部存储器,或称“主存储器” 。内部存储器是计算机的记忆部件,用于存放正在运行的程序及数据。内部存储器通常由许许多多的记忆单元组成,各种数据存放在这一个个存储单元中,当需要存入或取出时,可通过该数据所在单元的地址对该数据进行访问。

内部存储器按其存储信息的方式可以分为只读存储器ROM(Read Only Memory)、随机存储器RAM(RandomAccess Memory)和高速缓冲存储器Cache三种。

4.输入设备

输入设备是计算机用来接收外界信息的设备,人们利用它送入程序、数据和各种信息。输入设备一般是由两部分组成,即:输入接口电路和输入装置。输入接口电路是输入设备中将输入装置(外设的一类)与主机相连的部件,如键盘、鼠标接口,通常集成于计算机主板上。也就是说输入装置一般必须通过输入接口电路挂接在计算机上才能使用。最常见的输入设备当然就是键盘和鼠标了,扫描仪也是输入设备,现在还有一种用于手写输入的手写光电笔也属于输入设备。

5.输出设备

输出设备的功能与上面所介绍的“输入设备”相反,它是将计算机处理后的信息或中间结果以某种人们可以识别的形式表示出来。输出设备与输入设备一样,也包括两个部分,即输出接口电路和输出装置。输出接口电路是用来连接计算机系统与外部输出设备的,如显卡是用来连接显示器这样一种输出设备的,声卡可以连接主机与音箱之类的输出设备;打印机接口则是用来连接打印机与主机系统的。输出装置就是上面所说的显示器、音箱、打印机、绘图仪等。

6.总线

除了上述5大部件外,计算机系统中还必须有总线(Bus)。计算机系统通过总线将CPU、主存储器及I/O设备连接起来。

总线是构成计算机系统的骨架,是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。借助于总线连接,计算机在各部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。

按照信号类型,可将总线分为数据总线、地址总线和控制总线。其中,数据总线主要传送数据,是双向的,既可以输入,又可以输出;地址总线传送地址信息,是单向的,决定数据或命令传送给谁;而控制总线则传送各种控制信号。


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