计算机系统概论之计算机的工作过程

用计算机解决一个问题，通常包含两个过程，一个是上机前的各种准备，再一个是上机运行。

 1.上机前的准备

 在许多科学技术的实际问题中，往往会遇到许多复杂的数学方程组，而数字计算机通常只能做加、减、乘、除四则运算，这就要求，

在上机前，先由人工完成一些必要的准备工作，这些工作，大致可分为三类:建立数学模型，确定计算方法，编制解题程序。

 （1）建立数学模型

 有许多科技问题很难直接用物理模型来模拟研究对象的变化规律，如地球大气环流、原子反应堆的核裂变过程、航天飞行速度对

飞行器的影响等等，不过，通过大量分析和实验，总能找到一系列反映研究对象变化规律的数学方程组，通常，把这类方程组，叫做被

研究对象变化规律的数学模型。一旦建立了数学模型，研究对象的变化规律就变成了解一系列方程组的数学问题，这便可通过计算机来

求解，因此，建立数学模型是计算机解题的第一步骤。

( 2 )确定计算方法

由于数学模型中的数学方程式往往是很复杂的，如果需要将它变成适合计算机运算的加、减、乘、除四则运算，还必须确定对应的计算

方法

（3）编制解题程序

程序是适合于机器运算的全部步骤，编制解题程序就是将运算步骤用一一对应的机器指令描述。

例如:计算ax²+bx+c，在计算器中可分解为以下几个步骤：

• 将x取至运算器中
• 乘以x，得x²，存于运算器中
• 再乘以a，得ax²，存于运算器中，
• 将ax²送至存储器中，
• 将b至运算器中
• 乘以x得到bx存储在运算器中
• 再将ax²从存储器中取出来与bx相加，得到ax²+bx,存于运算器中
• 再取c与ax²+bx相加，得到ax²+bx+c，存于运算器中

可见，不包括停机、输出打印共需八步。若将上式改写为：（ax+b）x+c,则可简化为五步：

• 取x至运算器中
• 乘以a，得到ax，存于运算器中
• 加b，得到ax+b，存于运算器中
• 乘以x，得到（ax+b）x，存于运算器中
• 加c，得到（ax+b）x+c，存于运算器中

将上述运算步骤写成某计算机的一一对应的机器指令，就完成了运算程序的编写。

 2.计算机的解题过程

为了比较形象地了解计算机的解题过程，首先分析一个比图1.9更细化的计算机组成框图，如图1.11所示。

（1）运算器

运算器包括三个寄存器（现代计算机中往往设有寄存器组）和一个算逻电路ALU。其中ACC为累加器，MQ为乘商寄存器，X为操作数寄存器，

这三个寄存器在完成不同运算时，所存放的操作数类别也各不一样。表1.3列出了寄存器存放不同类别操作数的情况。

（2）主存储器

主存储器（简称主存或内存）包括存储体、各种逻辑部件及控制电路等。存储体由许多存储单元组成，每个存储单元又包含若干个存储元件

（或称存储基元、存储元），每个存储元件能寄存一个二进制代码“0”或“1”。也就是说，一个存储单元可以存储一串二进制代码，称这串二进制代码为一个存储字，这串二进制代码的个数，叫作存储字长。

 如果我们把一个存储体比作一幢大楼，那么每个存储单元可看作大楼中的每个房间，每个存储元可看作每个床位中的一张床位，显然，每个房间

都需要一个房间编号，因此，我们赋予每个存储单元一个编号，叫做存储单元的地址号。主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现存和写

 （3）控制器

控制器是计算机中组成的神经中枢，由它指挥全机各部件自动、协调的工作。

（4）I/O设备

I/O子系统包括各种外部设备及相应的借口。