3.1 计算机系统的组成
一个完整的计算机系统由硬件和软件两大部分组成。 硬件是指构成计算机系统的物理设备,如主板、CPU(Central Processing Unit,中央处理器)、硬盘、光驱、机箱、键盘、显示器和打印机等;软件是指在计算机上运行的各种程序、数据和文档的集合。 平时所讲的“计算机”一词,都是指含有硬件和软件的计算机系统。
没有安装任何软件的计算机称为裸机,裸机是无法工作的,必须安装操作系统和其他软件之后才能使用。 当然,没有硬件支持的软件也是无法使用的。 因此,硬件和软件是相辅相成、密不可分的。
计算机系统的组成如图3.1所示。
1)计算机的基本工作原理
冯·诺依曼体系的计算机硬件系统由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成,它们之间通过总线连接起来。
计算机的基本工作原理是存储程序和进行程序控制。 预先把指挥计算机如何进行操作的指令序列(称为程序)和原始数据输入计算机内存中,每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数,进行什么操作,然后送到什么地方去等步骤。 计算机在运行时,先从内存中取出第1条指令,通过控制器的译码器接受指令的要求,再从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等,然后再按地址把结果送到内存中去。 接下来,取出第2条指令,在控制器的指挥下完成规定操作,依此进行下去,直到遇到停止指令。 计算机硬件系统的工作流程如图3.2所示。 CPU由控制器和运算器构成,主机由控制器、运算器和内存储器构成。

图3.1 计算机系统的组成

图3.2 计算机硬件系统的工作流程
程序与数据一样存储。 按照程序编排的顺序,一步一步地取出命令,自动地完成指令规定的操作是计算机最基本的工作原理。 这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出来的,故称为冯·诺依曼原理。 虽然现在的计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域和价格等方面与当时的计算机有很大差别,但基本结构没有变。
2)计算机的主要技术指标和性能评价
(1)计算机的主要技术指标
①字长。 字长是指CPU能够同时处理的比特(bit)数量。 它影响计算机的计算精度、功能和速度。 字长越长,计算机精度就越高。 常用计算机的字长主要有:8,16,32,64bit。
②主频。 主频是CPU的时钟频率(CPUclockspeed),是CPU内核电路的实际运算频率。一般称为CPU运算时的工作频率,简称主频。
③运算速度。 运算速度一般以计算机每秒执行加法运算的次数来表示,单位是MIPS(每秒百万条指令)。
④内存容量。 内存容量是指该内存条的储容量,是内存条的关键性参数。 它以k B、MB、GB为单位,反映了内存储器存储数据的能力。
⑤存取周期。 存取周期是指对内存进行一次读/写(取数据/存数据)访问操作所需的时间。
(2)计算机的性能评价
对计算机的性能进行评价,除了参考主要技术指标外,还应该考虑系统的兼容性、系统的可靠性和可维护性、外设配置、软件配置、性能价格比等方面。