計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件主要是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等幾部分組成。由于運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器三個(gè)部分是信息加工、處理的主要部件，所以把它們合稱(chēng)為"主機(jī)"，而輸入、輸出設(shè)備等則合稱(chēng)為"外部設(shè)備"。又因?yàn)檫\(yùn)算器和控制器不論在邏輯關(guān)系上或是在結(jié)構(gòu)工藝上都有十分緊密的聯(lián)系，往往組裝在一起，所以將這兩個(gè)部分稱(chēng)為"中央處理機(jī)"（Central Processing Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)CPU）。

存儲(chǔ)器是用來(lái)存放指令和數(shù)據(jù)的部件。對(duì)存儲(chǔ)器的要求是不僅能保存大量二進(jìn)制信息，而且能快速讀出信息，或者把信息快速寫(xiě)入存儲(chǔ)器。一般對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)劃分為兩級(jí)，一級(jí)為內(nèi)存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器），如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，它的存取速度快，但容量小；另一級(jí)為外存儲(chǔ)器（輔助存儲(chǔ)器），如磁盤(pán)存儲(chǔ)器，它的存儲(chǔ)速度慢，但容量很大。在運(yùn)算過(guò)程中，內(nèi)存直接與CPU交換信息，而外存不能直接與CPU交換信息，必須將它的信息傳送到內(nèi)存后才能由CPU進(jìn)行處理，其性質(zhì)和輸入輸出設(shè)備相同，所以一般把外存儲(chǔ)器歸屬于外部設(shè)備。

運(yùn)算器是一個(gè)用于信息加工的部件，它用來(lái)對(duì)二進(jìn)制的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，所以也叫做“算術(shù)邏輯運(yùn)算部件”（Arithmetic Logic Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)ALU）。它的核心部分是加法器。因?yàn)樗膭t運(yùn)算加、減、乘、除等算法都?xì)w結(jié)為加法與移位操作，所以加法器的設(shè)計(jì)是算術(shù)邏輯線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

控制器產(chǎn)生各種控制信號(hào)，指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)有條不紊地工作。它的主要功能是根據(jù)人們預(yù)先編制好的程序，控制與協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各部件自動(dòng)工作。控制器按一定的順序從主存儲(chǔ)器中取出每一條指令并執(zhí)行，執(zhí)行一條指令是通過(guò)控制器發(fā)出相應(yīng)的控制命令串來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，控制器的工作過(guò)程就是按預(yù)先編好的程序，不斷地從主存儲(chǔ)器取出指令、分析指令和執(zhí)行指令的過(guò)程。

計(jì)算機(jī)要進(jìn)行信息加工，就要通過(guò)輸入設(shè)備把原始數(shù)據(jù)和程序存入計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。輸入設(shè)備的種類(lèi)很多，如鍵盤(pán)、軟磁盤(pán)、U盤(pán)、光盤(pán)等等。

輸出設(shè)備是將計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換為用戶所需要的數(shù)據(jù)形式的設(shè)備。它將計(jì)算機(jī)中的信息以十進(jìn)制、字符、圖形或表格等形式顯示或打印出來(lái)，也可記錄在磁盤(pán)或光盤(pán)上。輸出設(shè)備可以是打印機(jī)、CRT顯示器、繪圖儀、磁盤(pán)、光盤(pán)等等。它們的工作原理與輸入設(shè)備正好相反，它是將計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，以十進(jìn)制或其他形式記錄在媒介物上。許多設(shè)備既可以作為輸入設(shè)備，又可以作為輸出設(shè)備。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件

從廣義上說(shuō)，軟件是指為運(yùn)行、維護(hù)、管理、應(yīng)用計(jì)算機(jī)所編制的所有程序和數(shù)據(jù)的總和。通常按功能分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

系統(tǒng)軟件就是用來(lái)擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能，提高計(jì)算機(jī)的工作效率以及方便用戶使用計(jì)算機(jī)的軟件。

操作系統(tǒng)是維持計(jì)算機(jī)運(yùn)行的必備軟件，它具有三大功能：管理計(jì)算機(jī)硬、軟件資源，使之能有效地被應(yīng)用；組織協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各組成部分的運(yùn)行，以增強(qiáng)系統(tǒng)的處理能力；提供各種實(shí)用的人機(jī)界面，為用戶操作提供方便。操作系統(tǒng)軟件包括進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理等五個(gè)部分。

故障診斷程序負(fù)責(zé)對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備的故障及對(duì)某個(gè)程序中的錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)、辨認(rèn)和定位，以便操作者排除和糾正。

編譯程序?qū)⒏呒?jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序翻譯成由機(jī)器語(yǔ)言組成的目標(biāo)程序。高級(jí)語(yǔ)言是一種通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它不依賴(lài)于具體的計(jì)算機(jī)，具有較好的可移植性。但高級(jí)語(yǔ)言必須配置了相應(yīng)的編譯程序后才能在計(jì)算機(jī)上使用，例如C語(yǔ)言等。

應(yīng)用軟件是為解決某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中的具體任務(wù)而編制的程序，如各種科學(xué)計(jì)算機(jī)程序、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理程序、情報(bào)檢索程序、企業(yè)管理程序、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制程序等。由于計(jì)算機(jī)已應(yīng)用到幾乎所有的領(lǐng)域，因而應(yīng)用程序是多種多樣的。目前應(yīng)用軟件正向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方向發(fā)展，許多通用的應(yīng)用程序可以根據(jù)其功能組成不同的程序包供用戶選擇。應(yīng)用軟件是在系統(tǒng)軟件的支持下工作的。

與軟件有關(guān)概念：

（1）機(jī)器語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是一種用二進(jìn)制形式表示的，并且能夠直接被計(jì)算機(jī)硬件識(shí)別和執(zhí)行的語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)的具體結(jié)構(gòu)有關(guān)，計(jì)算機(jī)不同，該機(jī)器語(yǔ)言也不相同。

（2）匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言是一種將機(jī)器語(yǔ)言符號(hào)化的語(yǔ)言，它用便于記憶的字母、符號(hào)來(lái)代替數(shù)字編碼的機(jī)器指令。匯編語(yǔ)言的語(yǔ)句與機(jī)器指令一一對(duì)應(yīng)，不同的機(jī)器有不同的匯編語(yǔ)言。用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的匯編語(yǔ)言源程序，必須經(jīng)過(guò)匯編程序的翻譯將其變換為機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序，才能夠被機(jī)器執(zhí)行。

（3）指令。指揮計(jì)算機(jī)進(jìn)行基本操作的命令稱(chēng)為指令。一條指令包括操作碼和地址碼兩部分。其中，操作碼部分表示該指令要完成的操作是什么；地址碼部分通常用來(lái)指明參與操作的操作數(shù)所存放的內(nèi)存地址或寄存器地址。

（4）程序。程序是為解決某一問(wèn)題而設(shè)計(jì)的一系列有序的指令或語(yǔ)句的集合。例如，要用計(jì)算機(jī)來(lái)解決某個(gè)問(wèn)題時(shí)，要將處理步驟編成一條條指令，組成程序。

（5）高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一類(lèi)與面向用戶，與特定機(jī)器屬性相分離的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。因?yàn)樗c機(jī)器指令之間沒(méi)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以可以在各種機(jī)型中通用。

（6）語(yǔ)言處理程序。語(yǔ)言處理程序的作用是將用戶利用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言代碼序列，然后由計(jì)算機(jī)硬件加以執(zhí)行。不同的高級(jí)語(yǔ)言有不同的語(yǔ)言處理程序。

（7）語(yǔ)言處理方式。語(yǔ)言處理方式有解釋和編譯。解釋方式是對(duì)源程序的每條指令邊解釋?zhuān)ǚg為一個(gè)等價(jià)的機(jī)器指令）邊執(zhí)行，這種語(yǔ)言處理程序稱(chēng)為解釋程序，如BASIC語(yǔ)言。

編譯方式是將用戶源程序全部翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的指令序列，成為目標(biāo)程序。執(zhí)行時(shí)，計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行目標(biāo)程序。這種語(yǔ)言處理程序稱(chēng)為編譯程序，目前，大部分程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用編譯方式。