计算机的软硬件组成

黄有飞

摘要：自从第一台电子计算机在1946年2月14日问世以来，世界也发生了巨大的变化。计算机改变了世界的生活水平，改变了人们的生活方式，也改变人们对未来的设想。在人们的生活、工作、学习等方面都占据着重要的地位。多媒体电脑的出现，促使电脑成为家庭学习，生活，娱乐的重要组成部分。因此，使用电脑时，对电脑基础理论知识的了解掌握，也是十分有必要的。

关键词：计算机基本组成 基础理论

1计算机的分类

可以把计算机分成以下两大类：一类是电子模拟计算机，“模拟”就是相似的意思，模拟计算机的特点是是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的;另一类是电子数字计算机，它是在算盘的基础上发展起来的，是用数字来表示大小，主要特点是按位运算，并且不连续的跳动计算（计算机中的数值是用离散的数字来表示的）。本文打算写一台数字电子计算机的组成结构

硬件系统和软件系统。

2计算机的硬件组成

2.1存储器

2.1.1基本概念

（1）存储元件：用一个具有两种稳定状态，并且在一定条件下状态可相互转换的物理器件来表示二进制数码O和l，这种器件称为存储元件。

（2）存储单元：由若干个存储元组成一个存储单元。

（3）存储器：由若干个存储单元组成了存储器。存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。

（4）对存储器的要求是：容量大、速度快、成本低。

2.1.2存储器分类

（1）按存储介质分：磁表面、半导体、光盘

（2）按存取方式分：随机、顺序

（3）按存储器的读写功能分：只读、随机读写

（4）按信息的可保性分：易失（挥发/非永久）性（RAM）、非易失性（ROM）

（5）按在计算机系统中的作用分：控制存储器、高速缓存、主存、辅存

Cache用来解决CPU与主存之间速度不匹配问题;虚存用来解决主存和外存之间速度不匹配的问题。

2.2运算器

（l）计算机中常用的数据表示格式有两种，一是定点格式，二是浮点格式。一般来说，定点格式容许的数字范围有限，要求处理的硬件比较简单而浮点格式容许的是指范围大要求处理的硬件比较复杂。数的机器码表示方式有：原码、反码、补码、移码。

（2）运算器包括：ALU（算数逻辑单元）、阵列乘除器、寄存器、多路开关、三态缓冲器、数据总线等等。

2.3控制器

计算机的控制器简单来讲就是中央处理器——CPU。

2.3.1 CPU的基本组成

CPU的基本部分是控制器、运算器、cache。

（l）控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。

（2）运算器由算术逻辑单位（ALU）、累加寄存器（AC）、数据缓冲寄存器（DR）和状态条件寄存器（PSW）组成，它是数据加工处理部件。

（3） cache分为数据cache和指令cache。

2.3.2 CPU中的主要寄存器

（l）數据缓冲寄存器DR

缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个数据字;反之，当向内存存入一条指令或一个数据字时，也暂时将它们存放在缓冲寄存器中。

（2）指令寄存器IR

指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。

（3）程序计数器PC

程序计数器中存放的是下一条指令在内存中的地址。

（4）数据地址寄存器AR

地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止。

（5）通用寄存器（ROR3）

当算数逻辑单元（ALU）执行算数或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。

（6）状态条件寄存器PSW

状态条件寄存器是一个由各种状态条件标志拼凑而成的寄存器。

（7）累加寄存器AC

累加寄存器AC通常简称为累加器，它的功能是：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。累加寄存器是暂时存放ALU运算的结果信息。显然，运算器中至少要有一个累加寄存器。

2 4适配器

输入/输出设备同CPU交换数据的过程：

输入过程，包含以下三个步骤：CPU把一个地址值放到地址总线上，这一步将选择哪个输入设备 CPU等候输入设备的数据成为有效 CPU从数据总线读人数据，并放到一个相应的寄存器里面。

输出过程，包含以下三个步骤：CPU把一个地址值放到地址总线上，这一步将选择哪个输出设备 CPU把数据放到数据总线上输出设备认为数据有效，从而把数据取走。

CPU和外设之间信息交换的方式程序查询方式、程序中断方式、直接内存访问（DMA）方式、通道方式、外围处理机方式。

3计算机的软件

软件=程序+数据+文档

软件分类：软件可以分为系统软件和应用软件，相应的系统软件又包含操作系统、语言处理系统、实用程序;应用软件又可分为办公软件、社交软件、网络软件、图型图像处理软件、其他应用软件等等。

计算机的软件与硬件的关系是：两者相辅相成，不可分割，是个整体。

4.总结

计算机的应用在中国越来越普遍，中国计算机用户的数量也不断攀升，应用水平不断提高，特别是互联网、通信、多媒体等领域的应用取得了不错的成绩。在基本了解计算机的内部组成结构和计算机的整个组装过程和注意事项之后可以根据个人的需求及预算情况，适当选用合理的配件自由组装，满足个^、的需求，控制了预算成本，制作出来性价比高的个人计算机。也可以更好的把理论知识后续应用于实践。

参考文献

[1]《汇编语言与接口技术》，王让定，朱莹编著，北京：清华大学出版社，2017.5.

[2]《计算机组成与设计》（美）David A.Patterson/（美）John L.Hennessv编著，北京：机械工业出版社，2012.L.

[3]《电脑组装与硬件维修从入门到精通>，龙马高新教育编著，北京：人民邮电出版社，2017.8.