电脑系统核心工作原理_电脑核心的作用
1.电脑工作原理图解
、电脑原理概述
前面我们已经提过，电脑的工作原理跟电视机、VCD机差不多，您给它发一些指令，它就会按您的意思执行某项功能。不过，您可知道，这些指令并不是直接发给您要控制的硬件，而是先通过前面提过的输入设备，如键盘、鼠标，接收您的指令，然后再由中央处理器（CpU）来处理这些指令，最后才由输出设备输出您要的结果。
现在，让我们用一道简单的计算题来回想一下人脑的工作方式。
题目很简单：8+8÷4=？
首先，我们得用笔将这道题记录在纸上，记在大脑中，再经过脑神经元的思考，结合我们以前掌握的知识，决定用四则运算规则和九九乘法口诀来处理，先用脑算出8÷4=2这一中间结果，并记录于纸上，然后再用脑算出8+2=10这一最终结果，并记录于纸上。
通过做这一简单运算题，我们发现一规律：首先通过眼、耳等感觉器官将捕捉的信息输送到大脑中并存储起来，然后对这一信息进行加工处理，再由大脑控制人把最终结果，以某种方式表达出来。
电脑正是模仿人脑进行工作的（这也是“电脑”名称的来源），其部件如输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备等分别与人脑的各种功能器官对应，以完成信息的输入、处理、输出。
下图即为计算机的工作原理图。接下来我们将从几个概念来了解一下电脑。
二、硬件和软件的概念
在前面我们介绍了电脑是什么样的，及电脑内部是怎样组成的，这些都是我们能够实实在在地“看到”的东西或设备，那些构成电脑的看得见摸得着的东西，如元器件、电路板、零部件等物理实体和物理装置，我们把这些设备都叫做电脑硬件。一个电脑系统中只有硬件是不够的，因为它不能为我们做任何事情，只有在电脑系统中添加了相应的软件后，电脑才能发挥它巨大的作用，才能实现我们所要求的目的。给硬件配备“思想”即指挥它如何工作的软件就使它成为令我们惊奇的电“脑”。
所谓软件，就是安装或存储在电脑中的程序，有时这些软件也存储在外存储器上，如光盘或软盘上。我们所知道的软件有： Windows98、Office97办公软件、金山词霸、幸福之家、超级解霸等等。
我们可以通过一些例子，来进一步理解软件、硬件的概念。比如：我们经常使用的VCD碟片，就这张碟片本身来说，它只是一个硬件，用来播放VCD的影碟机也是一个硬件，而存储在碟片上的图象和音乐就是软件。
软件可分为系统软件和应用软件，象Windows 98这样的软件（也叫做操作系统）就是系统软件，而象“金山词霸2000”这样的软件就是应用软件。
通过了解软件、硬件的概念，我们也就知道了它们之间的关系，那就是，硬件和软件是相互依存的，硬件为软件提供了物质基础，也就是说软件离开了相应硬件的支持，是无法发挥其作用的，而只有有了软件的支持，也才能使硬件有了用武之地。但是，并不是有了某种硬件就能运行所有的软件，也不是有了某个软件就能在所有的硬件上运行，这就是电脑中很普遍的兼容性问题。
电脑的硬件和软件是相辅相成的。它们共同构成完整的电脑系统，缺一不可，没有软件的电脑等于一堆废铜烂铁，无任何作用；同样，没有硬件，软件也就如无源之水，尤如空中楼阁。它们只有相互配合，电脑才能正常运行。
三、基本输入输出系统
首先，我们介绍一下裸机的概念，简单的说，裸机即是电脑硬件的组合，也就是大家平时所说的电脑。一般情况下，我们不能直接操作裸机，必须通过一个叫做“基本输入输出系统”的软件系统（英文为basic Input/Output System，简称bIOS），才能操作控制裸机，之所以这样称呼它，是因为它提供了最基本的计算机操作功能，如在屏幕上显示一点，接收一个键盘字符的输入等。
基本输入输出系统对电脑来说是非常重要的，这个系统的作用直接影响电脑的能否使用。同时几乎所有电脑功能最终都是分解为一个个简单的基本输入输出操作来实现。辟如画一幅风景，就是由一系列不同颜色和亮度点的基本输入输出操作来完成。
基本输入输出系统存放在主板的只读存储器（英文为Read Only Memory，简称ROM）芯片中，平时不可修改，也没必要修改，但恶性计算机病毒除外，1999年4月26日席卷全球的CIH病毒就破坏了相当一部份电脑的bIOS系统，弄得大家只好找专家才能修复。
四、操作系统的概念
在基本输入输出系统的外面，才是我们平常念叨的Windows98或Windows2000系统，在电脑界，这些软件又叫操作系统（Operating System简称OS），专门负责管理计算机的各种资源，并提供操作电脑所需的工作界面。有了它们，人们才可以方便自如地使用电脑。正是由于操作系统的飞速发展，才使计算机的使用从高度专业化的技术人员手中，走向了广大普通用户手中，同样也正是由于操作系统的飞速发展，才使得计算机的应用出现了多姿多彩的今天。
操作系统是管理计算机软硬件资源的一个平台，没有它，任何计算机都无法正常运行。在个人电脑发展史上，出现过许多不同的操作系统，其中最为常用的有五种：Dos、windows、Linux、Unix/Xenix、OS/2，下面分别介绍这五种电脑操作系统的发展过程和功能特点。
Dos操作系统
从1981年问世至今，Dos经历了7次大的版本升级，从1.0版到现在的7.0版，不断地改进和完善。但是，Dos系统的单用户、单任务、字符界面和16位的大格局没有变化，因此它对于内存的管理也局限在640Kb的范围内。
Dos最初是为IbM-pC开发的操作系统，因此它对硬件平台的要求很低，即使对于Dos6.22这样的高版本Dos，在640Kb内存、40Mb硬盘、80286处理器的环境下也可正常运行，因此Dos系统既适合于高档电脑使用，又适合于低档电脑使用。
常用的Dos有三种不同的品牌，它们是Microsoft公司的MS-Dos、IbM公司的pC-Dos以及Novell公司的DR_Dos，这三种Dos都是兼容的，但仍有一些区别，三种Dos中使用最多的是MS-Dos。
Dos系统一个最大的优势是它支持众多的通用软件，如各种语言处理程序、数据库管理系统、文字处理软件、电子表格。而且围绕Dos开发了很多应用软件系统，如财务、人事、统计、交通、医院等各种管理系统。鉴于这个原因，尽管Dos已经不能适应32位机的硬件系统，但是仍广泛流行，而且在未来的几年内也不会很快被淘汰。
windows系统
windows是Microsoft公司在1985年11月发布的第一代窗口式多任务系统，它使pC机开始进入了所谓的图形用户界面（GUI：Graphic User Interface）时代。在图形用户界面中，每一种应用软件（即由windows支持的软件）都用一个图标（Icon）表示，用户只需把鼠标移到某图标上，双击该图标即可进入该软件应用窗口，这种界面方式为用户提供了很大的方便，把计算机的使用提高到了一个新的阶段。
windows1.X版是一个具有多窗口及多任务功能的版本，但由于当时的硬件平台为pC/XT，速度很慢，所以windows1.X版本并未十分流行。1987年底Microsoft公司又推出了MS-windows2.X 版，它具有窗口重叠功能，窗口大小也可以调整，并可把扩展内存和扩充内存作为磁盘高速缓存，从而提高了整台计算机的性能，此外它还提供了众多的应用程序：写字板Write、记事本Notepad、计算器Calculator、日历Calendar……等。随后在88年、89年又先后推出了MS-windows/286-V2.1和MS-windows/386 V2.1这两个版本。
1990年，Microsoft公司推出了windows3.0，它的功能进一步加强，具有强大的内存管理，且提供了数量相当多的windows应用软件，因此成为386、486微机新的操作系统标准。随后，windows发表3.1版，而且推出了相应的中文版。3.1版较之3.0版增加了一些新的功能，受到了用户欢迎，是当时最流行的windows版本。其中文版为windows 3.2。
1995年，Microsoft公司推出了windows95（也称为Chicago或windows4.0）。在此之前的windows都是由Dos引导的，也就是说它们还不是一个完全独立的系统，而windows95是一个完全独立的系统，并在很多方面作了进一步的改进，还集成了网络功能和即插即用（plug and play）功能，是一个全新的32位操作系统。
1998年，Microsoft公司推出了windows95的改进版windows98，windows98的一个最大特点就是把微软的Internet浏览器技术整合到了windows95里面，使得访问Internet资源就像访问本地硬盘一样方便，从而更好地满足了人们越来越多的访问Internet资源的需要。
windows98是目前实际使用的主流操作系统。
近来，有关windows2000的宣传是越来越多，说到windows2000，我们不能不提一下Microsoft公司的另一个产品----windowsNT系统（NT是New Technology即新技术的缩写），windowsNT是真正的32位操作系统，与普通的windows系统不同，它主要面向商业用户，有服务器版和工作版之分，按原计划，Microsoft公司准备在1999年将最新的工作站版本NT 5.0和普通的windows98统一为一个完整的操作系统，即windows 2000 professional，这样，无论对商业用户还是普通个人用户，以后Microsoft公司就只有一个windows操作系统了。
Linux系统
Linux是当今电脑界一个耀眼的名字，它是目前全球最大的一个自由免费软件，其本身是一个功能可与Unix和windows相媲美的操作系统，具有完备的网络功能。
Linux最初由芬兰人Linus Torvalds开发，其源程序在Internet网上公开发布，由此，引发了全球电脑爱好者的开发热情，许多人下载该源程序并按自己的意愿完善某一方面的功能，再发回网上，Linux也因此被雕琢成为一个全球最稳定的、最有发展前景的操作系统。曾经有人戏言：要是比尔·盖茨把windows的源代码也作同样处理，现在windows中残留的许多bUG（错误）早已不复存在，因为全世界的电脑爱好者都会成为windows的义务测试和编程人员。
Linux操作系统具有如下特点：
1．它是一个免费软件，您可以自由安装并任意修改软件的源代码。
2．Linux操作系统与主流的UNIX系统兼容，这使得它一出现就有了一个很好的用户群。
3．支持几乎所有的硬件平台，包括Intel系列，680x0系列，Alpha系列，MIpS系列等，并广泛支持各种周边设备。
目前，Linux正在全球各地迅速普及推广，各大软件商如Oracle、Sybase、Novell、IbM等均发布了Linux版的产品，许多硬件厂商也推出了预装Linux操作系统的服务器产品，当然，pC用户也可使用Linux。另外，还有不少公司或组织有计划地收集有关Linux的软件，组合成一套完整的Linux发行版本上市，比较著名的有RedHat(即红帽子)、Slackware等公司。目前较为流行的版本有RedHat Linux、红旗Linux等。虽然，现在说Linux会取代Unix和windows还为时过早，但一个稳定性、灵活性和易用性都非常好的软件，肯定会得到越来越广泛的应用。
Unix系统
Unix系统是1969年问世的，最初是在中小型计算机上运用。最早移植到80286微机上的Unix系统，称为Xenix。Xenix系统的特点是短小精干，系统开销小，运行速度快。经过多年的发展，Xenix已成为十分成熟的系统，最新版本的Xenix是SCO Unix和SCO CDT。当前的主要版本是Unix 3.2 V4.2以及ODT 3.0。
Unix是一个多用户系统，一般要求配有8M以上的内存和较大容量的硬盘。
OS/2系统
1987年IbM公司在激烈的市场竞争中推出了pS/2（personal System/2）个人电脑。pS/2系列电脑大幅度突破了现行pC机的体系，采用了与其它总线互不兼容的微通道总线MCA，并且IbM自行设计了该系统约80%的零部件，以防止其它公司仿制。
OS/2系统正是为pS/2系列机开发的一个新型多任务操作系统。OS/2克服了Dos系统640Kb主存的限制，具有多任务功能。OS/2也采用图形界面，它本身是一个32位系统，不仅可以处理32位OS/2系统的应用软件，也可以运行16位Dos和windows软件。
OS/2系统通常要求在4Mb内存和100Mb硬盘或更高的硬件环境下运行。
五、应用软件的概念
顾名思义，应用软件即是提供某种特定功能的软件，如现在您使用的《WpS2000》、《WORD97》等，它们一般都运行在操作系统(如Windows98)之上，由专业人员根据各种需要开发。我们平时见到和使用的绝大部分软件均为应用软件，如杀毒软件，文字处理软件，学习软件，游戏软件，上网软件等等。
下图即为一套完整的电脑系统示意框图。
到现在我们会发现，电脑的组成非常象我们人及人的行为：电脑的主机就类似与我们的大脑，因为，我们人是用大脑在思考问题进行运算的，同时我们的大脑还能记忆很多我们所遇见过的和学习过的东西。这也是为什么叫做电脑的原因；电脑的外设就类似与人的眼、耳、四肢等，以及我们用来记录所发生的事情或要做的事情的笔记本。但电脑与人有本质的不同，这就是电脑永远是由人来控制的，是帮助人进行脑力劳动的工具。
参考资料：
计算机系统的组成
微型计算机由硬件系统和软件系统组成。
硬件系统：指构成计算机的电子线路、电子元器件和机械装置等物理设备，它包括计算机的主机及外部设备。
软件系统：指程序及有关程序的技术文档资料。包括计算机本身运行所需要的系统软件、各种应用程序和用户文件等。软件是用来指挥计算机具体工作的程序和数据，是整个计算机的灵魂。
计算机硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五部分组成。
计算机的工作原理
1、冯诺依曼原理
?存储程序控制?原理是1946年由美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出的，所以又称为?冯诺依曼原理?。该原理确立了现代计算机的基本组成的工作方式，直到现在，计算机的设计与制造依然沿着?冯诺依曼?体系结构。
2、?存储程序控制?原理的基本内容
①采用二进制形式表示数据和指令。
②将程序(数据和指令序列)预先存放在主存储器中(程序存储)，使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令，并加以执行(程序控制)。
③由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机硬件体系结构。
3、计算机工作过程
第一步：将程序和数据通过输入设备送入存储器。
第二步：启动运行后，计算机从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要做什么事。
第三步：控制器根据指令的含义发出相应的命令(如加法、减法)，将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中。
第四步：当运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。
计算机的软件分类
计算机软件是指计算机运行、管理、应用和维护所需的各种程序、数据及其有关技术文档资料。只有硬件没有软件的计算机称为?裸机?，裸机只能运行由 0 和 1 组成的机器语言程序，没有软件系统的计算机几乎是没有用的。通常人们使用的计算机是经过软件?包装?的计算机，计算机的功能不仅仅取决于硬件系统，更大程度上由所安装的软件系统来决定。
软件种类繁多，通常根据软件用途可将其分为系统软件和应用软件。系统软件是用于管理、控制和维护计算机系统资源的软件，主要包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统和服务程序等。应用软件是针对某一应用而开发的软件，可分为通用应用软件和专用应用软件。
计算机系统的层次结构
在一个完整的计算机系统中，计算机硬件和软件之间是有一定的层次关系的，如图 1-3 所示。计算机硬件位于是最低层，是计算机系统的基础。操作系统位于硬件之上，而操作系统的上一层为其他系统软件和应用软件，最高层是用户程序或文档。
从图中可以看出，操作系统向下对计算机硬件进行管理和控制，向上支持其他各种软件，即所有其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。因此，操作系统是系统软件的核心，是其他软件的基础，同时也是用户与计算机进行交流的`接口软件。
计算机的工作原理
计算机工作的过程就是执行程序的过程。了解程序的执行过程，也就明白了计算机的工作原理。为了解决某一问题，程序设计人员将一条条指令进行有序的排列，然后在计算机上执行这一指令序列，便可完成预定的任务。因此，程序是一系列有序指令的集合，计算机执行程序就是执行一系列有序指令。
1.计算机的指令和指令系统
指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种操作。通常一台计算机有许多条作用不同的指令，所有指令的集合称为该计算机的指令系统。
一条指令通常由操作码和操作数两部分组成的，即：
( 1 )操作码：指明该指令要完成的操作类型或性质，如加、减、取数或输出数据等。
( 2 )操作数：指明操作对象的内容或所在的单元地址，操作数在大多数情况下是地址码。
指令系统中的指令条数因计算机类型的不同而不同，少则几十条，多则数百条。一般来说，无论是哪一种类型的计算机，都具有以下功能的指令：数据传送型指令、数据处理型指令、程序控制型指令、输入 / 输出型指令、硬件控制型指令。
2.计算机工作原理
计算机的工作过程实际上就是快速地执行指令的过程。指令执行是由计算机硬件来实现的，指令执行时，必须先装入计算机内存， CPU 负责从内存中逐条取出指令，并对指令分析译码，判断该条指令要完成的操作，向各部件发出完成操作的控制信号，从而完成了一条指令的执行。当执行完一条指令后再处理下一条指令， CPU 就是这样周而复始地工作，直到程序的完成。
在计算机执行指令过程中有两种信息在流动：数据流和控制流。数据流是指原始数据、中间结果、结果数据和源程序等，这些信息从存储器读入运算器进行运算，所得的计算结果再存 入 存储器或传送到输出设备。控制流是由控制器对指令进行分析、解释后向各部件发出的控制命令，指挥各部件协调地工作。
先从存bai储器入手，如果我们把一个存储du体比作一栋大楼，那么每个存zhi储单元可看作大楼的每个房间dao，每个存储单元可看作每个房间中的一张床位。（显然每个房间都得有一个房间编号）主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现对存储字各位的存（写入）、取（读出）。为能实现按地址访问的方式，主存中还必须配置两个寄存器MAR（Memory Adress Register）和MDR（Memory Data Register)。MAR用来存放欲访问的存储单元的地址，其位数对应存储单元的个数。MDR是存储器数据寄存器，是用来存放从存储体某单元取出的代码或准备往某存储单元存入的代码，其位数与存储字长相等
-----------再看控制器，控制器是计算机组成的神经中枢，由它来指挥全机各部件自动、协调地工作。具体而言，它首先要命令存储器读出一条指令，这叫作取指过程。接着，它要对这条指令进行分析，指出指令要完成什么样的操作，并按寻址特征指明操作数的地址，这叫分析过程。最后根据操作数所在的地址，取出操作数并完成某种操作，这叫做执行过程。控制器由程序计数器PC，指令寄存器IR以及控制单元CU几部分组成。
-----------接着看I/O子系统，包括各种外部设备及相应的接口。每一个设备都是由I/O接口与主机联系的，它接受CU发出的各种控制命令完成相应的操作。如键盘由键盘接口电路与主机联系；打印机由打印机接口电路与主机联系。
启动机器后，控制器立即将程序计数器的内容送至主存的MAR(记作PC—MAR)并命令存储器做读操作，此刻主存“0”号单元的内容“0000010000001000”便被送入MDR内。然后由MDR送至控制器的IR(记作MDR—IR)，完成了一条指令的取指过程。经CU分析操作码“000001”为取数指令，于是CU又将IR中的地址码“0000001000”。送至MAR，并命令存储器做读操作，将该地址单元中的操作数x送至MDR，再由MDR送至运算器的ACC(记作MDR，ACC)，完成了此指令的执行过程。此刻，也即完成了第一条取数指令的全过程，即将操作数x送至运算器ACC中。与此同时，PC完成自动加1的操作，形成了下一条指令的地址“1”号。同上所述，由PC送至MAR，命令存储器做读操作，将“0001000000001001”送入MDR，又由MDR-->IR。接着CU分析操作码“000100”为乘法指令，故CU又向存储器发出读命令，取出对应地址为
“0000001001”单元中的操作数o，经MDR送至运算器MQ，CU再向运算器发乘法操作命令，完成ax的运算，并把运算结果ox存放在ACC中。同时PC完成一次(PC)十1。PC，形成下一条指令的地址“2”号。依次类推，逐条取指、分析、执行，直至打印出结果。最后执行完停机指令后，机器便自动停机。
以上图解及文字叙述就是计算机大体的工作原理，也就是其解决问题的过程，可能较为简单，至于上述每个部件的详细解释及相关作用，请登陆常用术语页面进行详细的查询，在此不再一一说明......
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