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 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

馮• ‘諾依曼模型決定了計(jì)算機(jī)由輸人、存儲(chǔ)、運(yùn)算、控制和輸出五個(gè)部分組成。

1.3.1 運(yùn)算器

運(yùn)算器（Arithmetic and Logic Unit , ALU ）是計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)形成信息的加工廠，它的主要功能是對(duì)二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。所以，也稱為算術(shù)邏輯部件（Arithmetic and Logic Unit , ALU ）。所謂算術(shù)運(yùn)算，就是數(shù)的加、減、乘、除以及乘方、開(kāi)方等數(shù)學(xué)運(yùn)算。而邏輯運(yùn)算則是指邏輯變量之間的運(yùn)算，即通過(guò)與、或、非等基本操作對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行邏輯判斷。

1.3.2 控制器

控制器（Control Unit , CU）是計(jì)算機(jī)的心臟，由它指揮全機(jī)各個(gè)部件自動(dòng)、協(xié)調(diào)地工作＿控制器的基本功能是根據(jù)指令計(jì)數(shù)器中指定的地址從內(nèi)存取出一條指令，對(duì)其操作碼進(jìn)行譯碼，再由操作控制部件有序地控制各部件完成操作碼規(guī)定的功能。

控制器由指令寄存器(Instruction Register,IR)、指令譯碼器（Instruction Deceder ，ID ）、程序計(jì)數(shù)器（ProgramCounter , PC ）和操作控制器（Operation Controller , OC)4 個(gè)部件組成，

1 ．機(jī)器指令

為了讓計(jì)算機(jī)按照人的意識(shí)和思維正確運(yùn)行，必須設(shè)計(jì)一系列計(jì)算機(jī)可以真正識(shí)別和執(zhí)行的語(yǔ)言― 機(jī)器指令二機(jī)器指令是一個(gè)按照一定格式構(gòu)成的二進(jìn)制代碼串，用來(lái)描述一個(gè)計(jì)算機(jī)可以理解并執(zhí)行的基本操作。計(jì)算機(jī)只能執(zhí)行指令．它被指令所控制。

機(jī)器指令通常由操作碼和操作數(shù)兩部分組成

1）操作碼：指明指令所要完成操作的性質(zhì)和功能。

2) 操作數(shù)：指明操作碼執(zhí)行時(shí)的操作對(duì)象。操作數(shù)的形式可以是數(shù)據(jù)本身．也可以是存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元地址或寄存器名稱。操作數(shù)又分為源操作數(shù)和目的操作數(shù)，源操作數(shù)指明參加運(yùn)算的操作數(shù)來(lái)源，目的操作數(shù)地址指明保存運(yùn)算結(jié)果的存儲(chǔ)單元地址或寄存器名稱。

1.3.3存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器（Memory ）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，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備。存儲(chǔ)器分為內(nèi)存（又稱主存）和外存（又稱輔存）兩大類。

1 ．內(nèi)存

存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的“記憶”裝置，相當(dāng)于存放資料的倉(cāng)庫(kù)。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括數(shù)據(jù)、程序、指令以及運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)和最后的結(jié)果都要存放在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器有內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器兩種。內(nèi)存儲(chǔ)器按功能又可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Access Memory，RAM ）和只讀存儲(chǔ)器（Read only Memory，ROM ）。

存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)有兩個(gè)：容量和速度。

2 ．外存

常見(jiàn)的外儲(chǔ)存器有硬盤、U 盤和光盤等。

1.3.4 輸入／輸出設(shè)備

輸人／輸出設(shè)備（Input/ Output devices , I / O 設(shè)備，也稱為外部設(shè)備）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的組成部分，是計(jì)算機(jī)與外部世界進(jìn)行信息交換的中介，是人與計(jì)算機(jī)聯(lián)系的橋梁。

1 ．輸入設(shè)備

目前常用的輸人設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)器、觸摸屏、攝像頭、掃描儀、光筆、手寫輸人板、游戲桿、語(yǔ)音輸入裝置等，還有腳踏鼠標(biāo)、手觸輸人傳感等，其姿態(tài)越來(lái)越自然，使用越來(lái)越方便。

2 ．輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是人與計(jì)算機(jī)交互的部件，除常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)外，還有繪圖儀、影像輸出、語(yǔ)音輸出、磁記錄設(shè)備等。

在選擇和使用顯示器時(shí)，應(yīng)了解顯示器的主要特性：

• 像素（Pixel）與點(diǎn)距（Pitch ) ：屏幕上圖像的分辨率或稱清晰度，取決于能在屏幕上獨(dú)立顯示點(diǎn)的直徑，這種獨(dú)立顯示的點(diǎn)稱作像素，屏幕上兩個(gè)像素之間的距離叫點(diǎn)距。它直接影響顯示效果。

•分辨率：每幀的線數(shù)和每線的點(diǎn)數(shù)的乘積〔 整個(gè)屏幕上像素的數(shù)目（列x 行））就是顯示器的分辨率，這個(gè)乘積數(shù)越大，分辨率就越高二它是衡量顯示器的一個(gè)常用指標(biāo)。

•顯存：顯存與系統(tǒng)內(nèi)存一樣，顯存越大，可以儲(chǔ)存的圖像數(shù)據(jù)就越多，支持的分辨率與顏色數(shù)也就越高。以下計(jì)算顯存容量與分辨率關(guān)系的公式：

1 ．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。

2 ．總線結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)普遍采用總線結(jié)構(gòu)。所謂總線（Bus）就是系統(tǒng)部件之間傳送信息的公共通道，各部件由總線連接并通過(guò)它傳遞數(shù)據(jù)和控制信號(hào)�？偩�一般又分為如下三部分：

1）數(shù)據(jù)總線

2）地址總線

3）控制總線