任务二　计算机的工作原理和体系结构

任务描述

计算机发展到今天，其性能已经发生了巨大的变化，但是无论速度如何提高、功能如何强大，软件如何更新，其基本工作原理和体系结构却没有根本的改变。本任务首先要了解计算机依据什么原理工作，又是如何围绕原理确立体系结构的，最后要了解计算机内信息是如何表示的。

任务实施

1.计算机工作原理

概括地说，计算机工作原理就是：存储程序，逐条执行。这个工作原理是1945年由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼最初提出来的，故称为冯·诺依曼原理，基于这一原理制造的计算机，称为冯·诺依曼计算机。

2.计算机的体系结构

冯·诺依曼计算机由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五个基本部分组成，这五大部分通过系统总线联系成一体，在控制器指挥下，信息从输入设备传送到存储器存放，需要时可以把它们读出来，由程序控制计算机的操作，计算机按程序预先编排好的顺序逐条执行程序的指令，其间不必人工干预，因而可以实现自动高速运算。此外，只要输入不同的程序和数据，就可以让计算机做不同的工作，即可以通过改变程序来改变计算机的行为。这就是所谓“程序控制工作方式”，也是计算机与其他信息处理机（如计算器、电报机、电话机、电视机等）的根本区别。这种体系结构和“存储程序，逐条执行”的设计思想决定了计算机用串行方式工作。经过多年实践后发现串行工作方式很难再提高计算机的运行速度，目前已经进行了并行计算机和并行算法的研究，并且在冯·诺依曼计算机体系结构下部分实现了一些并行处理。

3.计算机的信息表示

在解决信息在计算机内如何表示这个问题上，冯·诺依曼根据计算机内部电子线路容易实现两种区别明显的物理状态（如电压高低等）特点，提出用两种区别明显的物理状态的不同组合来表示信息，为方便起见，这两种物理状态分别用0和1这两个最简单的数字来表示，由0和1两个数码表示数的方法就称为二进制，0和1两个数码的组合表示的信息，称为数字化信息，所以计算机内是用二进制来表示信息的，也就是说计算机只能处理数字化信息，其他信息须转换成数字化信息计算机才可以处理，可以这么说，只要能将信息数字化，就可以用计算机来处理。