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    計算機系統概述

    計算機系統包括硬體系統和軟體系統兩大部分。計算機透過執行程式而 執行,計算 機工作時軟硬體協同工作,二者缺一不可。

    硬體(Hardware)是構成計算機的物理裝置,是看得見、摸得著的一些實實在在的 有形實體。一個計算機硬體系統,從功能級角度而言包五大功能部件:運算 器、控制器、儲存器、輸入裝置和輸出裝置。

    硬體是計算機能夠執行的物質基礎,計算機的效能,如運算速度、儲存容量、計算 精度、可靠性等,很大程度上取決於硬體的配置。只有硬體而沒有任何軟體支援的計算機稱為裸機。在裸機上只能執行機器語言程 序,使用很不方便,效率也低。

    軟體(Software)是指使計算機執行需要的程式、資料和有關的技術文件資料。軟 件是計算機的靈魂,是發揮計算機功能的關鍵。有了軟體,人們可以不必過多地去了解 機器本身的結構與原理,可以方便靈活地使用計算機。軟體遮蔽了下層的具體計算機硬體,形成一臺抽象的邏輯計算機(也稱虛擬機器),它在使用者和計算機(硬體)之間架起了橋樑。

    軟體通常分為系統軟體和應用軟體兩大類。系統軟體是計算機制造者提供的使用和 管理計算機的軟體,它包括作業系統、語言處理系統、常用服務程式等。應用軟體是計 算機使用者用計算機及其提供的各種系統軟體開發的解決各種實際問題的軟體。

    必須指出,在計算機系統中,硬體和軟體之間並沒有一條明確的分界線。一般 來說,任何一個由軟體完成的操作也可以直接由硬體來實現,而任何一個由硬體所執行 的指令也能夠用軟體來完成。軟體和硬體之間的界線是經常變化的。今天的軟體可能就是明天的硬體,反之亦然。

    計算機硬體系統組成

    從功能上來看,計算機的硬體系統由運算器、 控制器、儲存器、輸入裝置和輸出裝置組成,五大部分由匯流排連線。 控制器和運算器合在一起被 稱為中央處理器CPU(Central Processing Unit)。

    計算機基本工作原理

    馮·諾依曼原理

    世界上第一臺計算機基於馮·諾依曼原理,其基本思想是:儲存程式與程式控制。儲存程式是指人們必須事先把計算機的執行步驟序列(即程式)及執行中所需的資料,透過一定方式輸入並存儲在計算機的儲存器中。程式控制是指計算機執行時能自動地逐一取出程式中一條條指令,加以分析並執行規定的操作。 到目前為止,儘管計算機發展了4代,但其基本工作原理仍然沒有改變。 根據儲存程式和程式控制的概念,在計算機執行過程中,實際上有兩種資訊在流動。一種是資料流,這包括原始資料和指令,它們在程式執行前已經預先送至主存中,而且都是以二進位制形式編碼的。在執行程式時資料被送往運算器參與運算,指令被送往控制器。另一種是控制訊號,它是由控制器根據指令的內容發出的,指揮計算機各部件執行指令規定的各種操作或運算,並對執行流程進行控制。這裡的指令必須為該計算機能直接理解和執行。

    計算機指令與指令系統

    指令是指計算機完成某個基本操作的命令。指令能被計算機硬體理解並執行。一條指令就是 計算機機器語言的一個語句,是程式設計的最小語言單位。

    一臺計算機所能執行的全部指令 的集合,稱為這臺計算機的指令系統。指令系統比較充分地說明了計算機對資料進行處理的 能力。不同種類的計算機,其指令系統的指令數目與格式也不同。指令系統越豐富完備,編 製程序就越方便靈活。指令系統是根據計算機使用要求設計的。

    一條計算機指令是用一串二進位制程式碼表示的,它通常應包括兩方面的資訊:操作碼和地址碼 。操作碼用來表徵該指令的操作特性和功能,即指出進行什麼操作;地址碼指出參與操作的 資料在儲存器中的地址。一般情況下,參與操作的源資料或操作後的結果資料都在儲存器中 ,透過地址可訪問該地址中的內容,即得到運算元。

    CPU訪問儲存器需要一定的時間,為了提高運算速度,有時也將參與運算的資料或中間結果 存放在CPU暫存器中或者直接存放在指令中

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