从用户的角度,作为一个用户要使用计算机完成一定的工作,到底需要哪些东西作依托:以使用WORD来完成一篇文稿的录入、输出工作为例。
用户→启动WORD(应用程序)→WINDOWS(操作系统)→指令系统→硬件
图2-3 计算机层次结构
从图2-3我们可以看出:
(1)指令系统是硬件和软件的接口;
(2)操作系统是用户于计算机硬件的接口,是用户的工作平台;
(3)计算机和其他电子设备不同,只有硬件没有软件的计算机是一堆废铁,即使接通电源也无法工作。
计算机由五大部分组成:
(1)控制器:分析指令,控制其他部件协调工作;
(2)运算器:执行算术,逻辑运算的部件;
(3)存储器:记忆数据,指令的部件;
(4)输入设备:从外部输入信息的部件;
(5)输出设备:把信息记录下来或显示出来的部件。
这种结构是冯·诺依曼提出,所以人们把这个结构称为冯·诺依曼体系结构。从有了计算机以来至今计算机都遵循这种体系结构。具有冯·诺依曼结构的计算机具有以下特点:
(1)指令和数据都以二进制的形式顺序存放在存储器中(二进制原理);
(2)计算机自动顺序取出每条指令进行分析,执行其规定的操作(程序控制原理)。
由五大部件组成的基本结构如图2-4所示。
图2-4 计算机硬件组成
(1)通过输入设备将程序和数据送到存储器中,然后将程序的第一条指令的地址送到控制器中的程序计数器PC中。
(2)控制器根据PC中的地址取出第一条指令,同时PC←PC+1,然后分析指令要求干什么,根据分析结果向运算器发出控制信号进行取数据并运算。
(3)如果是取数指令,就会在控制器的控制下,从存储器中取出参加运算的数据;如果是运算指令,就会在控制器的控制下进行运算,并将运算结果送到存储器中保存起来;如果是打印指令,就会在控制器的控制下,从存储器中取出要打印的数据送到输出设备进行输出。
图2-5 计算机工作过程
如计算1+2=?(如图2-5所示):
①从存储器中取数2,暂存;
②从存储器中取数1,暂存;
③计算1+2,结果暂存;
④结果3送存储器保存;
⑤打印结果3;
⑥停机。
为了保证程序正常自动执行,必须将这个程序的第一条指令的地址放到一个叫做程序计数器(PC)的寄存器中,PC具有自动加1的功能。
当程序开始执行时,从PC中存放的地址中取出第一条指令,同时PC←PC+1(指向第二条指令),然后分析是干什么(取数2),找到数2取出并暂存(即执行了第一条指令)。接着又从PC中存放的地址中取出第二条指令,同时PCⅣ←PC+1(指向第三条指令),然后分析是干什么(取数1),找到数1取出并暂存(即执行了第二条指令),如此反复,直到执行完“停机”指令,整个程序执行完成。
讲到这儿,就有两个问题请大家思考:
程序的执行过程实际上是怎样一个过程?(反复“取指令—分析指令—执行指令”称为程序执行的三部曲)上述程序执行完后,PC的内容指向何处?(指向“停机”指令的下一个存储单元)
(1)按字长分:4、8、16、32位机。
(2)按集成芯片片数来分:单片机和多片机。
(3)按印刷线路板数来分:单板机和多板机。
(4)按所用微处理器来分:286、386、486、586。