计算机系统基本结构

微机总线结构示意图下面将具体介绍计算机各组成部件。

三、中央处理器（CPU）中央处理器（CPU，Central Processing Unit）主要包括运算器(ALU)和控制器(CU)两大部件。

它是计算机的核心部件。

CPU是一体积不大而元件的集成度非常高、功能强大的芯片，又称微处理器（MPU，Micro Processing Unit）。

计算机的所有操作都受CPU控制，所以它的品质直接影响着整个计算机系统的性能。

CPU和内存储器构成了计算机的主机，是计算机系统的主体。

输入/输出（I/O）设备和辅助存储器（又称外存）统称为外部设备（简称外设），它们是沟通人与主机联系的桥梁。

CPU的性能指标直接决定了由它构成的微型计算机系统性能指标。

CPU的性能指标主要包括字长和时钟主频。

字长表示CPU每次处理数据的能力，如80286型号的CPU每次能处理16位二进制数据，而80386型号的CPU和80486型号的CPU每次能处理32位二进制数据，当前流行的PentiumⅢ型号每次能处理64位二进制数据；时钟主频以MHz（兆赫兹）为单位来度量。

通常，时钟主频越高，其处理数据的速度相对也就越快。

CPU 的时钟主频已由过去的33MHz、66MHz发展到现在的466MHz、800MHz、900MHz甚至到了1GHz以上。

随着CPU主频的不断提高，它对内存RAM的存取更快了，而RAM的响应速度达不到CPU的速度，这样就可能成为整个系统的“瓶颈”。

为了协调CPU与RAM 之间的速度差问题，在CPU芯片中又集成了高速缓冲存储器（Cache），一般在几十KB到几百KB之间。

所以，可以CPU主要包括运算器（ALU）和控制器（CU）两大部件，此外，还包括：若干寄存器和高速缓冲存储器（Pentium以后，都含有Cache了）。

四、存储器存储器分为两大类：一类是设在主机中的内存储器，也叫主存储器，用于存放当前运行的程序和程序所用的数据，属于临时存储器；另一类是属于计算机外部设备的存储器，叫外部存储器，简称外存，也叫辅助存储器（简称辅存）。

简述计算机系统的结构
计算机系统的结构可以分为以下几个层次：
1. 硬件层：计算机系统的物理设备，包括处理器、内存、硬盘、输入设备和输出设备等。

2. 操作系统层：管理计算机硬件资源的软件，提供文件管理、进程管理、设备管理等基本功能。

3. 应用软件层：运行在操作系统之上的软件，包括办公软件、游戏、浏览器等。

4. 用户界面层：用户与计算机系统交互的接口，包括命令行界面、图形用户界面等。

5. 网络通信层：支持计算机系统之间的通信和数据交换，包括网络协议、通信接口等。

这些层次之间相互协作，共同构成了一个完整的计算机系统。

其中，硬件层是计算机系统的基础，操作系统层是计算机系统的核心，应用软件层是计算机系统
的功能体现，用户界面层是计算机系统与用户之间的桥梁，网络通信层则是计算机系统与外部世界之间的联系纽带。

1.2计算机系统的组成1.2.1 计算机系统的组成概述1.计算机系统的基本组成一个完整的计算机系统是由计算机硬件系统和计算机软件系统两部分组成。

仅有硬件而没有配备软件的计算机称为裸机。

硬件是软件发挥作用的物质基础，软件是硬件与用户之间的接口，是计算机系统发挥强大功能的灵魂，两者相辅相成，缺一不可。

2.计算机硬件系统的组成计算机的硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备与输出设备五部分组成。

其中由控制器、运算器、寄存器组成中央八处理器（CPU）3.计算机软件系统的组成软件系统包括系统软件和应用软件。

系统软件包括操作系统（OS）、程序设计语言、系统检测诊断程序、编译系统、通用数据库管理系统等。

应用软件包括管理软件、办公软件、应用数据库管理软件、图形图像处理软件及为用户需求开发设计的软件等。

应用软件是在系统软件的支持下工作的，决定了计算机发挥的作用，因而，目前应用软件开发正在向标准化、模块化方向发展，提高应用软件的兼容性与可扩充性。

1.2.2 计算机的工作原理1.冯．诺依曼原理美籍匈牙利科学家冯．诺依曼被人们称为“现代计算机之父”。

他提出了“程序存储和程序控制”的计算机体系设计思想，主要内容包括以下三个方面：（1）计算机硬件设备由控制器、运算器、存储器、输入设备与输出设备五部分组成；（2）计算机内部采用二进制；（3）程序存储和程序控制冯．诺依曼机的工作原理：数据或指令通过输入设备输入计算机，存储在存储器中。

在运行过程中，数据从存储器读入运算器运算，中间结果也要存入存储器中，最终将结果经输出设备输出。

人们用机器自身具有的指令编排的指令序列，即程序，也是数据的形式由存储器送入控制器，再由控制器向机器的各个部分发出相应的控制信号。

另一种信息是控制信息，它由控制器发出，用来控制机器的各部件执行指令规定的各种操作。

2.计算机的工作过程微型计算机工作过程如下：（1）CPU访问输出输入接口（2）读入数据并运行（3）暂存结果（4）输出结果1.2.3中央处理器1.运算器运算器是负责对数据进行算术运算和逻辑运算的部件。

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。

一、计算机系统的基本组成一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。

计算机硬件系统是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这些部件由电路（电子元件）、机械和光电元器件等物理部件组成。

直观地看，计算机硬件是一大堆设备，它们图1-4 微型计算机系统组成框图都是看得见摸得着的，是计算机进行工作的物质基础，也是计算机软件发挥作用、施展其技能的舞台。

计算机软件是指在硬件设备上运行的各种程序以及有关资料。

所谓程序实际上是用户用于指挥计算机执行各种动作以便完成指定任务的指令的集合。

用户要让计算机做的工作可能是很复杂的，因而指挥计算机工作的程序也可能是庞大而复杂的，有时还可能要对程序进行修改与完善。

因此，为了便于阅读和修改，必须对程序作必要的说明或整理出有关的资料。

这些说明或资料（称之为文档）在计算机执行过程中可能是不需要的，但对于用户阅读、修改、维护、交流这些程序却是必不可少的。

因此，也有人简单地用一个公式来说明包括其基本容：软件=程序+文档。

通常，人们把不装备任何软件的计算机称为硬件计算机或裸机。

裸机由于不装备任何软件，所以只能运行机器语言程序，这样的计算机，它的功能显然不会得到充分有效的发挥。

普通用户面对的一般不是裸机，而是在裸机之上配置若干软件之后构成的计算机系统。

有了软件，就把一台实实在在的物理机器（有人称为实机器）变成了一台具有抽象概念的逻辑机器（有人称为虚机器），从而使人们不必更多地了解机器本身就可以使用计算机，软件在计算机和计算机使用者之间架起了桥梁。

正是由于软件的丰富多彩，可以出色地完成各种不同的任务，才使得计算机的应用领域日益广泛。

当然，计算机硬件是支撑计算机软件工作的基础，没有足够的硬件支持，软件也就无常工件。

实际上，在计算机技术的发展进程中，计算机软件随硬件技术的迅速发展而发展；反过来，软件的不断发展与完善又促进了硬件的新发展，两者的发展密切地交织着，缺一不可。

计算机系统的组成如图1-4所示。