计算机的工作原理基于冯·诺依曼原理,即 存储程序和程序控制。这一原理规定了计算机的基本运作方式,具体工作过程如下:
存储程序
计算机将解题的步骤编成程序,通常由若干指令组成。
程序被存放在计算机的存储器中,通常是主存或内存。
程序执行
计算机在执行程序时,从存储器中逐条取出指令。
通过控制器的译码,按指令的要求进行规定的操作,完成指令的功能。
这个过程是自动且连续的,直到程序中的指令全部执行完毕。
硬件系统组成
运算器:负责处理数据和执行计算,接收数据输入并进行计算,然后将结果输出到其他设备。
控制器:计算机的指挥中心,负责协调和指挥其他硬件组件的工作,根据存储器中的指令序列进行工作,向存储器和运算器发出存数、取数命令和运算命令。
存储器:存储并检索数据和指令,根据控制器提供的指令将数据存储在正确的位置,包括内存、硬盘、闪存等。
输入设备:用于接收外部信息,例如键盘、鼠标、触摸屏、麦克风等,将接收到的信息转换为计算机可以处理的数字信号。
输出设备:用于将计算机处理的结果呈现给用户或外部设备,例如显示器、打印机、音频设备等,将计算机处理后的数据转换为人类或其他设备可以理解的信号。
二进制表示
计算机内部采用二进制来表示程序和数据,因为二进制数的表示方式非常适合于逻辑运算和电路开关的开关状态。
指令执行流程
首先,把表示计算步骤的程序和计算中需要的原始数据,在控制器输入命令的控制下,通过输入设备送入计算机的存储器存储。
当计算开始时,在取指令作用下把程序指令逐条送入控制器。
控制器对指令进行译码,并根据指令的操作要求向存储器和运算器发出存储、取数命令和运算命令。
经过运算器计算并把结果存放在存储器内。
在控制器的取数和输出命令作用下,通过输出设备输出计算结果。
总结起来,计算机的工作原理是通过存储程序和控制的方式,自动地、连续地执行存储在存储器中的指令,完成各种计算和操作任务。这一过程涉及运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备的协调工作,以及二进制数的表示方法。