第五节 计算机系统

项目一 计算机系统组成及主要技术指标

计算机的应用领域不同，其配置也各不相同，但其基本组成和工作原理都一样。了解计算机系统的组成和功能，弄清主要的技术指标是全面理解计算机的基础。

1. 计算机的工作原理

1946年，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出了电子计算机设计的基本思想，奠定了现代计算机的基本结构，开创了计算机的程序设计时代。

冯·诺依曼思想的基本内容是：数字计算机的数制采用二进制；计算机系统由5大部件组成，分别是运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备；程序和数据同时存放在存储器中，并按地址寻访。

按照冯·诺依曼的设计思想，计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备组成，如图1.6所示。各部件在控制器的控制下协调一致地工作，工作过程为：数据和指令序列在控制器输入命令的控制下，通过输入设备送到计算机的存储器存储。当计算开始时，在取指令作用下把程序指令逐条送入控制器。控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求向存储器和运算器发出读/写和运算命令，经过运算器计算并把结果存放在存储器内。最后，在控制器的输出命令下，通过输出设备输出运算结果。

以“存储程序控制”原理为基础的计算机被称为冯·诺依曼型计算机，这样的计算机至今仍占市场主流。

2. 计算机硬件和软件

计算机硬件是指构成计算机的物理设备，是由各种机械部件和电子元件构成的实现各种具体功能的实体部件的总称。计算机软件由程序、数据和有关文档等组成，用于管理控制计算机的软、硬件，协调各部分有序工作。没有安装任何软件的计算机被称为“裸机”，“裸机”不能完成任何工作。一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，如图1.7所示。

3. 计算机的主要技术指标

不同用途的计算机具有不同的衡量指标。通常，衡量计算机性能的好坏主要使用以下几项技术指标。

（1）字长。字长指计算机一次能并行处理的二进制位数，字长总是8的整数倍，通常PC的字长为16位（早期）、32位、64位。一般来说，字长越长，运算精度就越高。

（2）内存容量。内存容量指计算机内存储器所能容纳信息的字节数。内存容量越大，它所能存储的数据和运行的程序就越多，程序运行的速度就越快。

（3）存取周期。存取周期指存储器进行一次完整读/写操作所需要的时间，也就是存储器进行连续读/写操作所允许的最短时间间隔。存取周期越短，则意味着读/写的速度越快。

（4）主频。主频指计算机CPU的时钟频率，单位是MHz（兆赫兹）。主频越高，计算机的运算能力就越高。

（5）运算速度。运算速度指计算机在单位时间内能执行指令的条数，单位为MIPS（百万条指令/秒）。

练一练

1. 时至今日，计算机仍采用程序内存或称存储程序原理，该原理的提出者是_______。

A. 科得（E. F. Codd）

B. 比尔·盖茨

C. 冯·诺依曼

D. 莫尔

2. 目前计算机的设计依据的原理是冯·诺依曼的________。

A. 开关电路

B. 逻辑运算

C. 二进制

D. 存储程序

3. 微机的字长是4字节，这意味着________。

A. 能处理的最大数值为4位十进制数9999

B. 能处理的字符串最多由4个字符组成

C. 在CPU中作为一个整体加以传送处理的32位二进制代码

D. 在CPU中运算的最大结果为2的32次方

4. 一个完备的计算机系统应该包含计算机的________。

A. 主机和外设

B. 硬件和软件（或者说：硬件系统和软件系统）

C. CPU和存储器

D. 控制器和运算器

5. 微型计算机的主频很大程度上决定了计算机的运行速度，它是指________。

A. 计算机运行速度的快慢

B. 基本指令操作次数

C. 微处理器时钟工作频率

D. 单位时间的存取数量

6. 字长是CPU的主要性能指标之一，它表示________。

A. CPU一次性能处理二进制数据的最大位数

B. 最长的十进制整数的位数

C. 最大的有效数字位数

D. 计算结果的有效数字长度

7. 计算机有多种技术指标，其中决定计算机的计算精度的是________。

A. 运算速度

B. 进位数制

C. 存储容量

D. 字长

8. “32位微型计算机”中的32指的是________。

A. 微机型号

B. 内存容量

C. 运算速度

D. 计算机的字长

9. 计算机的技术指标有多种，决定计算机性能的主要指标是________。

A. 语言、外设和速度

B. 主频、字长和内存容量

C. 外设、内存容量和体积

D. 软件、速度和质量

10. 用MIPS为单位来衡量计算机的性能，它指的是计算机的________。

A. 传输速率

B. 存储器容量

C. 运算速度

D. 字长