1.2 计算机的工作原理与分类

1．工作描述

在上次工作中，我们了解了计算机的概念，发展历史、特点及应用领域，那么计算机究竟是如何工作的呢？本节将从计算机的指令入手，讲述计算机的工作原理及其分类。

2．工作目标

了解计算机的指令，掌握计算机的工作原理及分类。

3．工作分解

4．工作实施

任务一：了解计算机的指令

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。指令的数量和类型由CPU决定。一条指令通常由两个部分组成。

（1）操作码

操作码指明该指令要完成的操作的类型或性质，如取数、做加法或输出数据等。操作码的位数决定了一个机器操作指令的条数。当使用定长操作码格式时，若操作码位数为n，则指令条数可有2n条。

（2）操作数

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，地址码可以有0～3个，从地址码得到的仅是数据所在的地址，可以是源操作数的存放地址，也可以是操作结果的存放地址。

一台计算机的所有指令的集合，称为该计算机的指令系统。不同类型的计算机，指令系统的指令条数有所不同。但无论哪种类型的计算机，指令系统都应具有以下功能的指令：

① 数据传送指令：将数据在内存与CPU之间进行传送。

② 数据处理指令：数据进行算术、逻辑或关系运算。

③ 程序控制指令：控制程序中指令的执行顺序。例如，条件转移、无条件转移、调用子程序、返回、停机等。

④ 输入/输出指令：用来实现外部设备与主机之间的数据传输。

⑤ 其他指令：对计算机的硬件进行管理等。

任务二：掌握计算机的工作原理

计算机的工作过程实际上是快速地执行指令的过程。计算机在工作时，有两种信息在执行指令的过程中流动：数据流和控制流。

数据流是指原始数据、中间结果、结果数据、源程序等。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，指挥各部件协调工作。

下面以指令的执行过程来认识计算机的基本工作原理。指令执行的过程分为以下4个步骤：

（1）取指令。按照程序计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。

（2）分析指令。对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数的地址。

（3）执行指令。由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。

（4）一条指令执行完成，程序计数器加1，或将转移地址码送入程序计数器，然后回到（1）。

一般把计算机完成一条指令所花费的时间称为一个指令周期，指令周期越短，指令执行得越快。通常所说的CPU主频就反映了指令执行周期的长短。

计算机在运行时，CPU从内存读出一条指令到CPU内执行，指令执行完，再从内存读出下一条指令到CPU内执行。CPU不断地取指令、分析指令、执行指令，这就是程序的执行过程。

任务三：了解计算机的分类

计算机分类方法很多，按其规模大小可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和便携机。巨型机和大型机一般规模很大，运算速度特别快，主要应用在大规模的数据处理和复杂的科学计算中。中、小型机一般规模相对较小，多用于中等规模的数据处理中。便携机多用于移动办公、旅行等场合。人们通常用的计算机大多是微型计算机（简称微机），我们以后课程中介绍的也都是微型计算机。

计算机按用途可分为通用机和专用机两类。通用机通用性强，可配备各种系统软件和应用软件，能解决多种不同类型的问题。专用机的功能比较单一，只能配备特定的硬件和软件，以解决特定的问题。

5．工作总结

在本次工作中，我们讲述了计算机的指令、计算机的工作原理及计算机的分类，重点要掌握计算机的工作原理，了解计算机是如何工作的。