(1)運(yùn)算器的組成

　　運(yùn)算器的基本功能是完成對(duì)各種數(shù)據(jù)的加工處理，即數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。

　　運(yùn)算器包括寄存器、執(zhí)行部件和控制電路三個(gè)部分。運(yùn)算器中的寄存器用于I臨時(shí)保存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和運(yùn)算的中間結(jié)果等。執(zhí)行部件包括一個(gè)加法器和各種類(lèi)型的輸入輸出門(mén)電路。控制電路按照一定的時(shí)間順序發(fā)出不同的控制信號(hào)，使數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的門(mén)電路進(jìn)人寄存器或加法器，完成規(guī)定的操作。

　　運(yùn)算器主要由算術(shù)邏輯部件、通用寄存器組和狀態(tài)寄存器組成。

　　•算術(shù)邏輯部件ALU。ALU主要完成對(duì)二進(jìn)制信息的定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和各種移位操作。ALU能處理的數(shù)據(jù)位數(shù)(即字長(zhǎng))與機(jī)器有關(guān)。

　　•通用寄存器組：近期設(shè)計(jì)的機(jī)器的運(yùn)算器都有一組通用寄存器。主要用來(lái)保存參加運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算的結(jié)果。

　　•狀態(tài)寄存器：狀態(tài)寄存器用來(lái)記錄算術(shù)、邏輯運(yùn)算或測(cè)試操作的結(jié)果狀態(tài)。程序設(shè)計(jì)中，這些狀態(tài)通常用作條件轉(zhuǎn)移指令的判斷條件，所以又稱(chēng)為條件碼寄存器。

　　(2)與運(yùn)算器相關(guān)的性能指標(biāo)包括計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)和運(yùn)算速度

　　•字長(zhǎng)：指計(jì)算機(jī)運(yùn)算部件～次能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，則計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度就越高;作為存儲(chǔ)指令，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，則計(jì)算機(jī)的處理能力就越強(qiáng)。

　　•運(yùn)算速度：計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度通常是指每秒鐘所能執(zhí)行的

　　加法指令的數(shù)目。常用百萬(wàn)次/秒(Million Instructions Per Second，MIPS)來(lái)表示。這個(gè)指標(biāo)更能直觀地反映機(jī)器的速度。

　　4.2控制器

　　控制器是計(jì)算機(jī)的重要部件，它對(duì)輸入的指令進(jìn)行分析，并統(tǒng)一控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件完成一定的任務(wù)。控制器是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。

　　控制器由指令寄存器、指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器和操作控制器四個(gè)部件組成。指令寄存器用以保存當(dāng)前執(zhí)行或即將執(zhí)行的指令代碼;指令譯碼器用來(lái)解析和識(shí)別指令寄存器中所存放指令的性質(zhì)和操作方法;操作控制器則根據(jù)指令譯碼器的譯碼結(jié)果，產(chǎn)生該指令執(zhí)行過(guò)程中所需的全部控制信號(hào)和時(shí)序信號(hào);程序計(jì)數(shù)器總是保存下一條要執(zhí)行的指令地址，從而使程序可以自動(dòng)、持續(xù)地運(yùn)行。

　　控制器的功能如下：

　　•數(shù)據(jù)緩沖：由于I/O設(shè)備的速率較低而CPU和內(nèi)存的速率卻很高，故在控制器中必須設(shè)置緩沖器。

　　•差錯(cuò)控制：設(shè)備控制器還兼管對(duì)由I/O設(shè)備傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。

　　•數(shù)據(jù)交換：這是指實(shí)現(xiàn)CPU與控制器之間、控制器與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。為此，在控制器中需設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器。

　　•狀態(tài)說(shuō)明：標(biāo)識(shí)和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)控制器應(yīng)記下設(shè)備的狀態(tài)供CPU了解。

　　•接收和識(shí)別命令：CPU可以向控制器發(fā)送多種不同的命令，設(shè)備控制器應(yīng)能接收并識(shí)別這些命令。

　　•地址識(shí)別：就像內(nèi)存中的每一個(gè)單元都有一個(gè)地址一樣，系統(tǒng)中的每一個(gè)設(shè)備也都有一個(gè)地址，而設(shè)備控制器又必須能夠識(shí)別它所控制的每個(gè)設(shè)備的地址。此外，為使CPU能向(或從)寄存器中寫(xiě)入(或讀出)數(shù)據(jù)，這些寄存器都應(yīng)具有唯一的地址。

　　4.3存儲(chǔ)器

　　存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的部件。它可以自動(dòng)完成程序或數(shù)據(jù)的存取。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備。按用途存儲(chǔ)器可分為主存儲(chǔ)器(內(nèi)存)和輔助存儲(chǔ)器(外存)兩大類(lèi)。CPU不能直接訪問(wèn)外存，當(dāng)需要某一程序或數(shù)據(jù)時(shí).首先應(yīng)調(diào)入內(nèi)存，然后再運(yùn)行。

　　1.內(nèi)存

　　內(nèi)存一般采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元.包括只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器。

　　(1)只讀存儲(chǔ)器(ROM)

　　只讀存儲(chǔ)器在制造的時(shí)候，信息(數(shù)據(jù)或程序)就被存入并永久保存。這些信息只能讀出，一般不能寫(xiě)入，即使停電，這些數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。只讀存儲(chǔ)器一般用于存放計(jì)算機(jī)的基本程序和數(shù)據(jù)。下面介紹幾種常用的ROM。

　　•可編程只讀存儲(chǔ)器(Pmgrammah|e ROM，F(xiàn)PROM)：一種電腦存儲(chǔ)記憶晶片，它允許使用稱(chēng)為PROM編程器的硬件將數(shù)據(jù)寫(xiě)入設(shè)備中。在PROM被編程后，它就只能專(zhuān)用那些數(shù)據(jù)，并且不能被再編程。

　　•可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(Erasable PROM，EPROM)：可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的反復(fù)擦寫(xiě)。使用時(shí)，利用高電壓將信息編程寫(xiě)入，擦除時(shí)將線路曝光于紫外線下，則信息被清空。EPROM通常在封裝外殼上會(huì)預(yù)留一個(gè)石英透明窗以方便曝光。

　　•電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(Electrically EPROM.EEP-ROM)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的反復(fù)的擦寫(xiě)。其實(shí)現(xiàn)原理類(lèi)似EPROM，只是擦除方式是使用高電壓完成，因此不需要透明窗曝光。

　　(2)隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)

　　通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量均指RAM存儲(chǔ)器容量，即計(jì)算機(jī)的主存。RAM有兩個(gè)特點(diǎn)：第一個(gè)特點(diǎn)是CPU可以隨時(shí)直接對(duì)其讀/寫(xiě);當(dāng)寫(xiě)入時(shí)，原來(lái)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被沖掉。第二個(gè)特點(diǎn)是易失性，即電源斷開(kāi)(關(guān)機(jī)或異常斷電)時(shí)，RAM中的內(nèi)容立即丟失。因此微機(jī)每次啟動(dòng)時(shí)都要對(duì)RAM進(jìn)行重新裝配。

　　RAM又可分為SRAM(Static RAM，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)和DRAM(Dynamic RAM，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)兩種。靜態(tài)RAM具有集成度低、價(jià)格高、存取速度快、不需要刷新的特點(diǎn);動(dòng)態(tài)RAM具有集成度高、價(jià)格低、存取速度較慢、需刷新的特點(diǎn)。

　　(3)高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)

　　高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)主要是為了解決CPU和主存速度不匹配，提高存儲(chǔ)器速度而設(shè)計(jì)的。Cache一般用SRAM存儲(chǔ)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)镾RAM比DRAM存取速度快而容量有限。

　　CPU向內(nèi)存中寫(xiě)入或讀出數(shù)據(jù)時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)也被存儲(chǔ)進(jìn)高速緩沖存儲(chǔ)器中。當(dāng)CPU再次需要這些數(shù)據(jù)時(shí)，CPU就從高速緩沖存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)，而不是訪問(wèn)較慢的內(nèi)存，如果需要的數(shù)據(jù)在高速緩沖存儲(chǔ)器中沒(méi)有.CPU會(huì)再去讀取內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。

　　高速緩沖存儲(chǔ)器主要主要由以下幾部分組：

　　•Cache存儲(chǔ)體：存放由主存調(diào)入的指令與數(shù)據(jù)塊。

　　•地址轉(zhuǎn)換部件：建立目錄表以實(shí)現(xiàn)主存地址到緩存地址的轉(zhuǎn)換。

　　•替換部件：在緩存滿時(shí)按一定策略進(jìn)行數(shù)據(jù)塊替換并修改地址轉(zhuǎn)換部件。

　　2.外存

　　外存可存放大量程序和數(shù)據(jù)，且斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，但是CPU不能直接訪問(wèn)外存，必須將要訪問(wèn)的調(diào)入內(nèi)存，才能被CPU訪問(wèn)。常見(jiàn)的外儲(chǔ)存器有硬盤(pán)、快閃存儲(chǔ)器和光盤(pán)等。

　　(1)硬盤(pán)

　　硬盤(pán)(Hard Disk)是微型機(jī)上主要的外部存儲(chǔ)設(shè)備。它由磁盤(pán)片、讀寫(xiě)控制電路和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。硬盤(pán)具有容量大、存取速度快等優(yōu)點(diǎn)，操作系統(tǒng)、可運(yùn)行的程序文件和用戶的數(shù)據(jù)文件一般都保存在硬盤(pán)上。

　　①硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)和原理

　　•磁頭：磁頭是硬盤(pán)中最昂貴的部件，也是硬盤(pán)技術(shù)中最重要和最關(guān)鍵的一環(huán)。

　　•磁道：當(dāng)磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)。磁頭若保持在一個(gè)位置上，則每個(gè)磁頭都會(huì)在磁盤(pán)表面劃出一個(gè)圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁道。

　　因此，磁盤(pán)上的磁道是一組同心圓。

　　•扇區(qū)：磁盤(pán)上的每個(gè)磁道被等分為若干個(gè)弧段，這些弧段便是磁盤(pán)的扇區(qū)。

　　•柱面：硬盤(pán)通常由重疊的一組盤(pán)片構(gòu)成，每個(gè)盤(pán)面都被劃分為數(shù)目相等的磁道，并從外緣的“0”開(kāi)始編號(hào)，具有相同編號(hào)的磁道形成一個(gè)圓柱，稱(chēng)之為磁盤(pán)的柱面。

　　②硬盤(pán)的容量

　　一個(gè)硬盤(pán)的容量是由以下幾個(gè)參數(shù)決定的，即磁頭數(shù)H(Heads)、柱面數(shù)C(Cylinders)、每個(gè)磁道的扇區(qū)數(shù)S(Sectors)和每個(gè)扇區(qū)的字節(jié)數(shù)B(Bytes)。將以上幾個(gè)參數(shù)相乘，乘積就是硬盤(pán)容量。即硬盤(pán)總?cè)萘?磁頭數(shù)(H)×柱面數(shù)(C)×磁道扇區(qū)數(shù)(S)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)(B)

　　硬盤(pán)容量參差不齊，有320 GB、500 GB、750 GB等，甚至已達(dá)到數(shù)TB級(jí)。主流硬盤(pán)各參數(shù)為SATA接口、500GB容量、7 200 r/min轉(zhuǎn)速和150 Mbps傳輸率。

　　③硬盤(pán)接口

　　硬盤(pán)與主板的連接部分就是硬盤(pán)接口，常見(jiàn)的有高級(jí)技術(shù)附件(Advanced Technology Attachment，ATA)、串行高級(jí)技術(shù)附件(Serial ATA，SATA)和小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口(Small Computer Sys.tem Interface，SCSI)。硬盤(pán)接口的性能指標(biāo)主要是傳輸率，也就是硬盤(pán)支持的外部傳輸速率。

　　④硬盤(pán)轉(zhuǎn)速

　　硬盤(pán)轉(zhuǎn)速是指硬盤(pán)內(nèi)電動(dòng)機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)速度，也就是硬盤(pán)盤(pán)片在一分鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)的最大轉(zhuǎn)數(shù)。硬盤(pán)轉(zhuǎn)速單位為r/rain(Revolu.fions Per Minute)，即轉(zhuǎn)/每分鐘。

　　(2)快閃存儲(chǔ)器

　　快閃存儲(chǔ)器(Flash Memory)簡(jiǎn)稱(chēng)閃存，是電子可撩除可編程只讀存儲(chǔ)器的一種形式。快閃存儲(chǔ)器允許在操作中多次擦或?qū)懀⒕哂蟹且资裕磫沃副４鏀?shù)據(jù)而言，它并不需要耗電。

　　(3)光盤(pán)

　　光盤(pán)按類(lèi)型劃分可分為：不可擦寫(xiě)光盤(pán)和可擦寫(xiě)光盤(pán)。不可擦寫(xiě)光盤(pán)有CD-ROM、DVD-ROM等;可擦寫(xiě)光盤(pán)有CD-RW、DVD-RAM等，用戶可以多次對(duì)他們進(jìn)行讀/寫(xiě)。

　　4.4輸入/輸出設(shè)備

　　1.輸入設(shè)備

　　輸入設(shè)備是向計(jì)算機(jī)輸人數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備，是計(jì)算機(jī)與用戶或其他設(shè)備通信的橋梁。鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、攝像頭、掃描儀、光筆、手寫(xiě)輸入板、游戲桿、語(yǔ)音輸入裝置等都屬于輸人設(shè)備。其中，鍵盤(pán)和鼠標(biāo)是最常用的輸入設(shè)備。

　　2.輸出設(shè)備

　　輸出設(shè)備的功能是將內(nèi)存中計(jì)算機(jī)處理后的信息，以各種形式輸出。常見(jiàn)的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、影像輸出系統(tǒng)、語(yǔ)音輸出系統(tǒng)、磁記錄設(shè)備等。但是，在微機(jī)的硬件設(shè)備中.磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器在程序設(shè)計(jì)中既可以當(dāng)作輸出設(shè)備，又可以當(dāng)作輸入設(shè)備。

　　4.5計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)

　　計(jì)算機(jī)的硬件不是孤立存在的，在使用時(shí)需要相互連接以傳輸數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)反映了各部件之間的連接方式。

　　1.總線結(jié)構(gòu)

　　在這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有設(shè)備都直接與總線相連，傳輸介質(zhì)一般為同軸電纜(包括粗纜和細(xì)纜)，也有采用光纜作為總線型傳輸介質(zhì)的。根據(jù)信號(hào)不同的性質(zhì)，可以將總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。

　　(1)數(shù)據(jù)總線

　　用于傳送數(shù)據(jù)信息。因?yàn)閿?shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)形式的總線，所以它既可以把CPU的數(shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器或輸入輸出接口等其它部件，也可以將其它部件的數(shù)據(jù)傳送到CPU。

　　(2)地址總線

　　又稱(chēng)位址總線，地址總線的位數(shù)決定了CPU可直接尋址的內(nèi)存空間大小，地址總線的寬度，隨可用尋址的內(nèi)存元件大小的改變而改變，決定有多少的內(nèi)存可以被存取。

　　(3)控制總線

　　主要用來(lái)傳送控制信號(hào)和時(shí)序信號(hào)。控制信號(hào)中，即有微處理器送往存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備接口電路的，也有是其它部件反饋給的CPU。因此，控制總線的傳送方向由具體控制信號(hào)而定，一般是雙向的，控制總線的位數(shù)要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際控制需要而定。

　　2.直接連接

　　最早的計(jì)算機(jī)基本上采用直接連接的方式，運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器和外部設(shè)備等組成部件之中的任意兩個(gè)組成部件相互之間基本上都有單獨(dú)的連接線路。這樣的結(jié)構(gòu)可以獲得最高的連接速度，但不易擴(kuò)展。如由馮。諾依曼在1952年研制的計(jì)算機(jī)IAS。基本上就采用了直接連接的結(jié)構(gòu)。

　　4.6計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)

　　1.字長(zhǎng)

　　字長(zhǎng)是指計(jì)算機(jī)CPU能夠直接處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。

　　2.時(shí)鐘頻率

　　時(shí)鐘頻率是指計(jì)算機(jī)CPU的時(shí)鐘頻率。主要的單位為兆赫茲(MHz)或吉赫茲(GHz)。

　　3.運(yùn)算速度

　　通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度一般用百萬(wàn)次/秒(MIPS)來(lái)描述。

　　4.存儲(chǔ)容量

　　存儲(chǔ)容量分內(nèi)存容量和外存容量。這里主要指內(nèi)存容量。目前微型機(jī)的內(nèi)存容量已達(dá)數(shù)GB。

　　5.存取周期

　　存取周期是CPU從內(nèi)存儲(chǔ)器中存取數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。存取周期越短，運(yùn)算速度越快。