| description |
|---|
Five Basic Components |
冯·诺伊曼机的硬件系统主要由五大基本部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
这五大部件通过系统总线完成指令所传达的操作，当计算机接受指令后，由控制器指挥，将数据从输入设备传送到存储器中存放，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器中，由运算器进行处理，处理后的结果由输出设备输出。
下面简要介绍计算机的五大基本部件：
运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）。
运算器主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。算数运算是指各种数值运算，如加、减、乘、除等。逻辑运算是进行逻辑判断的非数值运算，如与、或、非、比较、移位等。
计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的。根据指令规定的寻址方式，运算器从存储器或寄存器中取得操作数，进行计算后，送回到指令所指定的寄存器中。
运算器的核心部件是加法器和若干寄存器，加法器用于计算，寄存器用于存储参加运算的各种数据以及运算后的结果。
控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部分完成一定任务的部件。
它一般由指令寄存器、状态寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。
计算机的工作方式是执行程序，程序就是为完成某一任务所编制的特定的指令序列，各种指令按一定的时间关系有序安排，控制器产生各种最基本的不可再分的微操作的命令信号，即微命令，以指挥整个计算机有条不紊地工作。
当计算机执行程序时，控制器首先从程序计数器中取得指令的地址，并将下一条指令的地址存入程序计数器中，然后从存储器中取出指令，由指令译码器对指令进行译码后产生控制信号，用以驱动相应的硬件完成指令操作。
简而言之，控制器就是协调指挥计算机各部分工作的部件，它的基本任务是根据指令的要求，综合有关逻辑条件与时间条件产生相应的微指令。
存储器由大量的记忆单元组成，记忆单元是一种具有两个稳定状态的物理器件，可用来表示二进制的0和1，这种物理器件一般由半导体器件或磁性材料等构成。
存储器分为内存储器（简称内存或主存）、外存储器（简称外存或辅存）、缓冲存储器（简称缓存）。
内存储器一般由半导体存储器构成，通常装在主板上，主要用来存放计算机正在执行的或经常使用的程序和数据。CPU可以直接访问内存储器，执行程序时就是从内存储器中毒取指令，并且在内存储器中存取数据的。内存储器的特点是存取速度快，但容量有限，大小受到地址总线位数的限制。
外存储器用来存放不经常使用的程序和数据，CPU不能直接访问它。外存储器属于计算机的外围设备，是为弥补内存储器容量不足而配置的。它的特点是容量大，成本低，但存取速度慢，通常使用DMA（Direct Memory Access）技术和IOP（I/O Processor）技术来实现内存储器和外存储器之间的数据直接传送。
缓冲存储器位于内存储器与CPU之间，其存取速度非常快，当存储容量更小，一般用来解决存取速度与存储容量之间的矛盾，以提高整个系统的运行速度。
输入设备用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转换为计算机能识别的二进制信息存入内存储器中。
常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔等。
输出设备用于将内存储器中的由计算机处理的结果转变为人们能接受的形式输出。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。