简述计算机系统的结构

简述计算机系统的硬件结构计算机系统是现代社会不可或缺的一部分，无论是个人使用还是商业运营，都需要计算机系统的支持。

计算机系统包括硬件和软件两部分，其中硬件是计算机系统的基础，也是支撑计算机系统运行的重要组成部分。

本文将简述计算机系统的硬件结构，为读者提供一些基础的计算机硬件知识。

一、计算机系统硬件结构概述计算机系统的硬件结构可以分为五个部分：中央处理器(CPU)、存储器、输入设备、输出设备和通信设备。

其中，中央处理器是计算机系统的核心部件，负责控制计算机系统的运行、执行指令、进行算术和逻辑运算等。

存储器用于存储计算机系统的程序和数据，包括随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两种类型。

输入设备用于将外界信息输入到计算机系统中，包括键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。

输出设备用于将计算机系统处理的信息输出到外界，包括显示器、打印机、扬声器等。

通信设备用于计算机系统之间或计算机系统与外界进行通信，包括调制解调器、网卡、路由器等。

二、中央处理器中央处理器是计算机系统的核心部件，也是计算机系统的重要组成部分。

中央处理器包括控制器和算术逻辑单元(ALU)两个部分。

控制器负责控制计算机系统的运行，执行指令、管理存储器等。

算术逻辑单元(ALU)负责进行算术和逻辑运算，包括加、减、乘、除、与、或、非等运算。

中央处理器的运行过程可以分为取指、译码、执行和存储四个步骤。

取指是指从存储器中读取指令，译码是指将指令翻译成机器语言，执行是指将指令转换成操作，并进行算术和逻辑运算，存储是指将运算结果存储到存储器中。

三、存储器存储器是计算机系统的重要组成部分，用于存储计算机系统的程序和数据。

存储器分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两种类型。

随机存储器(RAM)是一种易失性存储器，用于存储计算机系统的程序和数据，但当计算机系统关闭或断电时，存储器中的数据会丢失。

只读存储器(ROM)是一种非易失性存储器，用于存储计算机系统的程序和数据，但它的内容只能被读取，不能被写入或修改。

计算机系统的逻辑组成结构计算机系统是由硬件和软件两部分组成的。

其中，硬件是指计算机的物理设备，而软件是指运行在计算机上的程序和数据。

计算机系统的逻辑组成结构是指计算机系统中各个组成部分之间的逻辑关系和功能划分。

一、中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）中央处理器是计算机系统的核心，负责执行各种指令和进行数据处理。

它由控制器和运算器两部分组成。

控制器负责指令的解析和执行，运算器负责数据的运算和处理。

中央处理器通过控制总线、数据总线和地址总线与其他硬件设备进行通信。

二、存储器存储器是计算机系统中用于存储数据和程序的设备。

根据存取方式的不同，存储器可以分为随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM）和只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）。

RAM用于存储临时数据和程序，而ROM用于存储固定的程序和数据。

三、输入设备输入设备用于将外部数据或指令输入到计算机系统中。

常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。

输入设备将输入的数据转化为计算机可以识别和处理的形式，并通过输入接口传输给计算机系统。

四、输出设备输出设备用于将计算机系统处理后的数据或结果输出到外部环境中。

常见的输出设备有显示器、打印机、投影仪等。

输出设备将计算机系统的输出信号转化为人类可以理解的形式，并通过输出接口传输给外部环境。

五、外部存储器外部存储器用于扩展计算机系统的存储容量，可以独立于计算机系统进行数据的存储和读取。

常见的外部存储器有硬盘、光盘、U盘等。

外部存储器通过接口与计算机系统进行数据的传输和交换。

六、总线总线是计算机系统中各个硬件设备之间传输数据和信号的通道。

根据功能和传输速率的不同，总线可以分为数据总线、控制总线和地址总线。

数据总线用于传输数据，控制总线用于传输控制信号，地址总线用于传输设备地址。

七、操作系统操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机系统的各个硬件和软件资源。

简述冯.诺依曼计算机系统结构
冯·诺依曼计算机系统结构也被称为冯·诺依曼体系结构或冯·诺依曼体系，是现代计算机系统结构的基础和范例。

该结构由美国数学家冯·诺依曼于1945年提出，并在其著作《EDVAC报告》中详细阐述。

冯·诺依曼计算机系统结构包括以下几个关键部分：
1.中央处理器（CPU）：负责执行计算机指令和处理数据的核心部件，分为算术逻辑单元（ALU）和控制单元（CU）两部分。

2.存储器：用于存储指令和数据的设备，包括主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、固态硬盘等）。

3.输入/输出设备：用于与外部世界进行信息交互的设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。

4.指令集架构（ISA）：规定了计算机能够执行的指令集和操作码的集合，决定了计算机的编程模型和指令执行方式。

5.存储程序：计算机能够执行的指令和数据以二进制形式存储在存储器中，并按照顺序执行。

冯·诺依曼计算机系统结构的特点包括：
1.存储程序：指令和数据以相同的格式存储在存储器中，计算
机可以按顺序读取并执行。

2.存储器访问：计算机可以通过地址寻址方式从存储器中读取或写入指令和数据。

3.存储器分层：将存储器分为主存储器和辅助存储器，主存储器用于临时存储数据和指令，辅助存储器用于永久存储。

4.指令流水线：计算机可以将指令和数据进行流水线处理，以提高执行效率。

5.可编程性：冯·诺依曼计算机具有较高的可编程性，可以根据需求修改和执行不同的程序。

冯·诺依曼计算机系统结构的发展和应用为现代计算机科学和技术的进步提供了坚实的基础，并成为了普遍采用的计算机结构范例。

计算机系统的基本组成计算机系统的基本组成完整的计算机系统系统包括：硬件系统和软件系统。

硬件系统和软件系统互相依赖，不可分割，两个部分又由若干个部件组成(如图所示）。

硬件系统是计算机的“躯干”，是物质基础。

而软件系统则是建立在这个“躯干”上的“灵魂”。

（一）计算机硬件计算机硬件系统由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

（如下图所示）* 中央处理器（ CPU —— Central Processing Unit ）CPU由运算器、控制器和一些寄存器组成；1.运算器运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件，通常由算术逻辑运算部件（ALU）、累加器及通用寄存器组成。

2.控制器控制器用以控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各条指令，通常由指令部件、时序部件及操作控制部件组成。

运算器和控制器是计算机的核心部件，这两部分合称中央处理单元（Centre Process Unit，简称CPU），如果将CPU集成在一块芯片上作为一个独立的部件，该部件称为微处理器（Microprocessor，简称MP）。

运算器进行各种算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥系统；CPU 的主要性能指标是主频和字长。

字长表示CPU每次计算数据的能力。

如80486及Pentium系列的CPU一次可以处理32位二进制数据。

时钟频率主要以MHz为单位来度量，通常时钟频率越高，其处理速度也越快。

目前的主流CPU的时钟频率已发展到500MHz以上，甚至高达２GHz以上。

*存储器存储器的主要功能是用来保存各类程序的数据信息。

存储器可分为主存储器和辅助存储器两类。

①主存储器（也称为内存储器），属于主机的一部分。

用于存放系统当前正在执行的数据和程序，属于临时存储器。

①辅助存储器（也称外存储器），它属于外部设备。

用于存放暂不用的数据和程序，属于永久存储器。

存储器与 CPU的关系可用 (图 1）来表示。

( 图 1）（ 1）内存储器一个二进制位（ bit）是构成存储器的最小单位。

计算机系统结构复习总结计算机系统结构复习总结一、计算机系统结构概念1.1 计算机系统结构：程序员所看到的计算机的基本属性，即概念性结构与功能特性。

*注意：对不同层次上的程序员来说，由于使用的程序设计语言不同，可能看到的概念性结构和功能特性会有所不同。

1.2 计算机系统的层次结构现代计算机是一种包括机器硬件、指令系统、系统软件、应用程序和用户接口的集成系统。

现代计算机结构图*注意：计算机结构的层次模型依据计算机语言广义的理解，可将计算机系统看成由多级“虚拟”计算机所组成。

从语言层次上画分可得下图：计算机结构的层次模型1.3计算机系统结构组成与实现计算机系统结构：是计算机系统的软件与硬件直接的界面计算机组成：是指计算机系统结构的逻辑实现计算机实现：是指计算机组成的物理实现*计算机系统结构、组成与实现三者间的关系：计算机系统结构不同会影响到可用的计算机组成技术不同，而不同的计算机组成又会反过来影响到系统结构的设计。

因此，计算机系统结构的设计必须结合应用来考虑，要为软件和算法的实现提供更多更好的硬件支持，同时要考虑可能采用和准备采用哪些计算机组成技术，不能过多或不合理地限制各种计算机组成、实现技术的采用与发展。

计算机组成与计算机实现可以折衷，它主要取决于器件的来源、厂家的技术特长和性能价格比能否优化。

应当在当时的器件技术条件下，使价格不增或只增很少的情况下尽可能提高系统的性能。

1.4 计算机系统结构的分类计算机结构分类方式主要有三种：（1）按“流”分类按“流”分类法是Flynn教授在1966年提出的一种分类方法，它是按照计算机中指令流（Instruction Stream）和数据流（Data Stream）的多倍性进行分类。

指令流是指机器执行的指令序列，数据流是指指令流调用的数据序列。

多倍性是指在计算机中最受限制（瓶颈最严重）的部件上，在同一时间单位中，最多可并行执行的指令条数或处理的数据个数。

*注意：按“流”分类法，即Flynn分类法的逻辑结构类型：①SISD计算机②SIMD计算机③MISD计算机④MIMD计算机（2）按“并行性”和“流水线”分类（3）按计算机系统结构的最大并行度进行分类1.5计算机系统的设计与实现随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统软、硬件间界限已经变得模糊了。

计算机硬件系统的基本结构并简述各部分的基本功能
答:计算机硬件系统的基本结构并简述各部分的基本功能如下:
(1)中央处理单元CPU:主要包括运算器和控制器。

运算器是对数据信息进行处理和运算的部件;控制器统一指挥和有效控制计算机各部件协调工作.
(2)存储器:包括内存和外存。

内存可由CPU直接访问,存取速度快、容量小,一般用来存放当前运行的程序和处理的数据;外存存取熟读较慢,容量大,价格较低,一般用来存放当前不参与运行的程序和数据,是内存(或称主存)的补充和后援。

(3)输入/输出设备:输入设备的作用是把原始数据以及处理这些数据的程序转换为计算机能识别和接受的信息表示方式,然后放入存储器;输出设备用于把各种计算机结果数据或信息
以数字、字符、图像、声音等形式表示出来.
(4)输入/输出接口:作用是协调外部设备和计算机的工作。

功能大致包括:数据隔离;数据缓冲;数据变换;记录外设与接口的工作状态,据此调整对外设与数据接口的指令;实现主机与外设之间的通信联络控制。

(5)总线:是一组公共信号线,能分时地发送和接收各部件的信息.其优点是,可减少计算机系统中信息传输线的数量,有利于提高系统可靠性;使计算机系统便于实现模块化,从而提高计算机扩充内存容量及外部设备数量的灵活性。