1.2.4 计算机的结构与原理

要更深入地了解计算机，首先需要了解计算机的结构和工作原理。

1.计算机的结构

计算机的结构就是计算机各功能部件之间的相互连接关系。计算机的结构是不断发展与完善的，经历了3个发展阶段：以运算器为核心的结构、以存储器为核心的结构和以总线为核心的结构。

●以运算器为核心的结构：以运算器为核心的结构如图1-5所示，运算器是整个系统的核心，控制器、存储器、输入设备和输出设备都与运算器相连。这种结构具有两个特点：输入/输出都要经过运算器；运算器承载过多的负载，利用率低。

●以存储器为核心的结构：以存储器为核心的结构如图1-6所示，存储器是整个系统的核心，运算器、控制器、输入设备和输出设备都与存储器相连。这种结构具有两个特点：输入/输出不经过运算器；各部件各司其职，CPU利用率高。

图1-5 以运算器为核心的结构

图1-6 以存储器为核心的结构

●以总线为核心的结构：总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束。总线传送4类信息：数据、指令、地址和控制信息。计算机的总线有3种：数据总线、地址总线和控制总线。因为CPU读写内存时，必须指定内存单元的地址，地址信息就是内存单元的地址。总线结构有4个特点：①各部件都与总线相连接，或通过接口与总线相连接；②总线结构便于模块化结构设计，简化了系统设计；③总线结构便于系统的扩充和升级；④总线结构便于故障的诊断和维修。

2.计算机的工作原理

计算机的工作原理是“存储程序”原理，是冯·诺依曼在EDVAC方案中提出的。计算机的工作原理包括两方面：①将编写好的程序和原始的数据存储在计算机的存储器中，即“存储程序”；②计算机按照存储的程序逐条取出指令加以分析，并执行指令所规定的操作，即“程序控制”。指令是由CPU中的控制器执行的，控制器执行一条指令有取指令、分析指令、执行指令3个周期。

提示

控制器根据程序计数器的内容（即指令在内存中的地址），把指令从内存中取出，保存到控制器的指令寄存器中，然后程序计数器的内容自动加“1”形成下一条指令的地址。控制器将指令寄存器中的指令送到指令译码器，指令译码器翻译出该指令对应的操作，把操作控制信号传输给操作控制器。