計(jì)算機(jī)的工作原理是什么

　　很多人都會(huì)用電腦，那么你知道計(jì)算機(jī)的工作原理是什么嗎學(xué)習(xí)啦小編總結(jié)了一些資料，供大家參考!

　　計(jì)算機(jī)的基本原理是存貯程序和程序控制

　　預(yù)先要把指揮計(jì)算機(jī)如何進(jìn)行操作的指令序列(稱(chēng)為程序)和原始數(shù)據(jù)通過(guò)輸入設(shè)備輸送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存貯器中。每一條指令中明確規(guī)定了計(jì)算機(jī)從哪個(gè)地址取數(shù)，進(jìn)行什么操作，然后送到什么地址去等步驟。

　　計(jì)算機(jī)在運(yùn)行時(shí)，先從內(nèi)存中取出第一條指令，通過(guò)控制器的譯碼，按指令的要求，從存貯器中取出數(shù)據(jù)進(jìn)行指定的運(yùn)算和邏輯操作等加工，然后再按地址把結(jié)果送到內(nèi)存中去。接下來(lái)，再取出第二條指令，在控制器的指揮下完成規(guī)定操作。依此進(jìn)行下去，直至遇到停止指令。

　　o 程序與數(shù)據(jù)一樣存貯，按程序編排的順序，一步一步地取出指令，自動(dòng)地完成指令規(guī)定的操作是計(jì)算機(jī)最基本的工作原理。這一原理最初是由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮.諾依曼于1945年提出來(lái)的，故稱(chēng)為馮.諾依曼原理。

　　什么是計(jì)算機(jī)的工作原理

　　1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

　　微型計(jì)算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。

　　硬件系統(tǒng)：指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的電子線(xiàn)路、電子元器件和機(jī)械裝置等物理設(shè)備，它包括計(jì)算機(jī)的主機(jī)及外部設(shè)備。

　　軟件系統(tǒng)：指程序及有關(guān)程序的技術(shù)文檔資料。包括計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行所需要的系統(tǒng)軟件、各種應(yīng)用程序和用戶(hù)文件等。軟件是用來(lái)指揮計(jì)算機(jī)具體工作的程序和數(shù)據(jù)，是整個(gè)計(jì)算機(jī)的靈魂。

　　計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)主要由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五部分組成。

　　2、計(jì)算機(jī)的工作原理

　　(1)馮?諾依曼原理

　　“存儲(chǔ)程序控制”原理是1946年由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮?諾依曼提出的，所以又稱(chēng)為“馮?諾依曼原理”。該原理確立了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本組成的工作方式，直到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與制造依然沿著“馮?諾依曼”體系結(jié)構(gòu)。

　　(2)“存儲(chǔ)程序控制”原理的基本內(nèi)容

　?、俨捎枚M(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令。

　?、趯⒊绦?數(shù)據(jù)和指令序列)預(yù)先存放在主存儲(chǔ)器中(程序存儲(chǔ))，使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)能夠自動(dòng)高速地從存儲(chǔ)器中取出指令，并加以執(zhí)行(程序控制)。

　?、塾蛇\(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大基本部件組成計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)。

　　(3)計(jì)算機(jī)工作過(guò)程

　　第一步：將程序和數(shù)據(jù)通過(guò)輸入設(shè)備送入存儲(chǔ)器。

　　第二步：?jiǎn)?dòng)運(yùn)行后，計(jì)算機(jī)從存儲(chǔ)器中取出程序指令送到控制器去識(shí)別，分析該指令要做什么事。

　　第三步：控制器根據(jù)指令的含義發(fā)出相應(yīng)的命令(如加法、減法)，將存儲(chǔ)單元中存放的操作數(shù)據(jù)取出送往運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算，再把運(yùn)算結(jié)果送回存儲(chǔ)器指定的單元中。

　　第四步：當(dāng)運(yùn)算任務(wù)完成后，就可以根據(jù)指令將結(jié)果通過(guò)輸出設(shè)備輸出。

　　指令

　　指令是用來(lái)規(guī)定計(jì)算機(jī)執(zhí)行的操作和操作對(duì)象所在存儲(chǔ)位置的一個(gè)二進(jìn)制位串。

　　指令的格式

　　一條指令由操作碼和地址碼兩部分組成。 例如二地址指令格式如下： 操作碼 地址碼1 地址碼2 操作碼：用來(lái)指出計(jì)算機(jī)應(yīng)執(zhí)行何種操作的一個(gè)二進(jìn)制代碼。 具體說(shuō)明指令的性質(zhì)或功能，每條指令只有一個(gè)操作碼 。 例如，加法、減法、乘法、除法、取數(shù)、存數(shù)等各種基本操作均有各自相應(yīng)的操作碼。 地址碼: 指出該指令所操作(處理)的對(duì)象(稱(chēng)為操作數(shù))所在存儲(chǔ)單元的地址。 包括著操作數(shù)的來(lái)源，結(jié)果的去向或下一條指令的地址等信息，不同指令中地址碼的個(gè)數(shù)可以不一樣。

　　指令系統(tǒng)

　　定義 一臺(tái)計(jì)算機(jī)所能識(shí)別并執(zhí)行的全部指令的集合，稱(chēng)為該臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)中有數(shù)以百計(jì)的不同指令。

　　指令的分類(lèi):

　　1，數(shù)據(jù)傳送指令：用于把存儲(chǔ)器或寄存器中的某個(gè)操作數(shù)復(fù)制到指定的存儲(chǔ)單元或寄存器中去。

　　例如： MOV CL,05H

　　解釋?zhuān)簩?5H保存到寄存器CL中

　　2，算術(shù)運(yùn)算指令：用于完成兩個(gè)操作數(shù)的加、減、乘、除等各種算術(shù)運(yùn)算。

　　例如： CX=0029H，SI=04EDH，執(zhí)行指令A(yù)DD SI,CX之后

　　將寄存器SI中存儲(chǔ)的數(shù)04EDH和寄存器CX中存儲(chǔ)的數(shù)0029H相加，

　　并把結(jié)果存在寄存器SI中

　　驗(yàn)算過(guò)程如下：

　　0029H

　　+ 04EDH

　　0516H

　　結(jié)果SI=0516H

　　3，邏輯運(yùn)算指令：用于完成兩個(gè)操作數(shù)的邏輯加、邏輯乘、按位加等各種邏輯運(yùn)算。

　　例如：按位求反指令

　　BL=FBH,執(zhí)行指令NOT BL后，

　　BL=(11111011)2

　　取反后BL=(00000100)2=04H

　　4，移位運(yùn)算指令：用于完成指定操作數(shù)的各種類(lèi)型的移位操作。

　　5，位與位串操作：計(jì)算機(jī)中越來(lái)越重視非數(shù)值數(shù)據(jù)的操作，包括位與位串的裝入、存儲(chǔ)、傳送比較、重復(fù)執(zhí)行等，也可包括位串的插入、型存取。

　　6，控制與轉(zhuǎn)移指令：通常程序中的指令多數(shù)是依次序一條條的順序執(zhí)行，但根據(jù)指令執(zhí)行的結(jié)果，也可以跳到其他指令或其他程序段去執(zhí)行。具有這種功能的就是各種類(lèi)型的轉(zhuǎn)移指令。

　　7，輸入/輸出指令：在微機(jī)中，往往把輸入/輸出設(shè)備中與主機(jī)可交換數(shù)據(jù)的寄存器稱(chēng)為I/O端口。同時(shí)，把各個(gè)I/O端口統(tǒng)一編址。使用輸入/輸出指令，就可以去存取各種外部設(shè)備的I/O端口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入/輸出。

　　8，其它指令：包括各種處理器控制指令，它們往往由操作系統(tǒng)專(zhuān)用。

　　兼容性問(wèn)題

　　每種CPU都有自己獨(dú)特的指令系統(tǒng)，用某一類(lèi)計(jì)算機(jī)的機(jī)器語(yǔ)言編制的程序難以在其他各類(lèi)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，這個(gè)問(wèn)題稱(chēng)之為指令不兼容。 向下兼容： 如586機(jī)器語(yǔ)言向下兼容486機(jī)器語(yǔ)言程序。

　　指令精簡(jiǎn)問(wèn)題 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC。

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　　程序

　　為解決某一問(wèn)題而設(shè)計(jì)的一系列指令稱(chēng)為程序。 程序和相關(guān)數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，計(jì)算的工作就是執(zhí)行存放在存儲(chǔ)器中的程序。 計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序的過(guò)程就是一條一條地執(zhí)行指令的過(guò)程。

　　程序的執(zhí)行又自動(dòng)地控制著整個(gè)計(jì)算機(jī)的全部操作。 這就是50年前美國(guó)數(shù)學(xué)家馮·諾依曼提出的程序存儲(chǔ)和程序控制的思想。這也是目前計(jì)算機(jī)的基本工作方式。

　　指令的執(zhí)行

　　一條指令的執(zhí)行過(guò)程大體如下：

　　(1)指令預(yù)取部件向指令快存提取一條指令，若快存中沒(méi)有，則向總線(xiàn)接口部件發(fā)出請(qǐng)求，要求訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器，取得一條指令;

　　(2)總線(xiàn)接口部件在總線(xiàn)空閑時(shí)，通過(guò)總線(xiàn)從存儲(chǔ)器中取出一條指令，放入快存和指令預(yù)取部件;

　　(3)指令譯碼部件從指令預(yù)取部件中取得該指令，并把它翻譯成起控制作用的微碼;

　　(4)地址轉(zhuǎn)換與管理部件負(fù)責(zé)計(jì)算出該指令所使用的操作數(shù)的有效物理地址，需要時(shí)，請(qǐng)求總線(xiàn)接口部件，通過(guò)總線(xiàn)從存儲(chǔ)器中取得該操作數(shù);

　　(5)執(zhí)行單元按照指令操作碼的要求，對(duì)操作數(shù)完成規(guī)定的運(yùn)算處理，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果修改或設(shè)置處理器的一些狀態(tài)標(biāo)志;

　　(6)修改地址轉(zhuǎn)換與管理部件中的指令地址，提供指令預(yù)取部件預(yù)取指令時(shí)使用。

　　Pentium 處理器中的流水線(xiàn)過(guò)程

　　由于Pentium中有兩個(gè)整數(shù)ALU，所以它能同時(shí)執(zhí)行兩條流水線(xiàn)， 這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為“超標(biāo)量結(jié)構(gòu)”(Superscalar)。