软件如何控制硬件.doc

完整的计算机系统由两部分组成，即计算机的硬件系统和软件系统。构成计算机的硬件系统通常有“五大件”组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器。 输入设备： 将数据、程序、文字符号、图象、声音等信息输送到计算机中。常用的输入设备有，键盘、鼠标、数字化仪器、光笔、光电阅读器和图象扫描器以及各种传感器等。 输出设备： 将计算机的运算结果或者中间结果打印或显示出来。常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪等。 存储器：计算机能够处理大量的数据，数据在处理过程中还在不断变化，这些大量的数据需要有一个记忆存储的部件，这个部件就称为存储器。存储器既能够接收和保存数据，又能够向其他部件提供数据。存储器分为主存储器和辅助存储器两大类。 主存储器简称主存或内存，是计算机中用来存放指令和数据并能由中央处理器直接从中存取数据的存储器。计算机在工作时，整个处理过程用到的指令和数据都存放在内存中。 辅助存储器简称辅存或外存。通常内存的空间很有限且价格昂贵，计算机在工作时，当前程序用不到的数据没有必要存放在内存中，而是把这些数据存放在外存中。外存不直接向中央处理器提供指令和数据，仅在程序执行中用到时再从外存调入内存。常用的外存有软盘、硬盘、光盘、磁带、优盘等。 内存存取速度快，但存储成本高且容量小；外存存储容量大，存储成本低，但存取速度慢。衡量存储容量单位的有B、KB、MB、GB等，分别表示1字节，千字节，兆字节，千兆字节。当前市场上的主流产品中，内存容量一般为128MB或256MB，软盘容量通常为1.44MB，而硬盘容量为10100GB不等。 内存中的数据只有在加电开机时才能存在，断电后即消失，而外存中的数据在删除之前却可以永久保存，因此，我们在完成某些文件的操作时一定要存盘，将数据保存在外存中。 运算器： 是完成各种算术运算和逻辑运算的装置，能作加、减、乘、除等数学运算，也能作比较、判断、查找、逻辑运算等。它包括寄存器、执行部件和控制电路三部分。操作时，控制器控制运算器从存储器取出数据，进行算术运算或逻辑运算，并把处理后的结果送回存储器。 控制器： 计算机的几个组成部分如何才能协调一致的工作呢？这就需要一个总指挥才行，控制器的主要作用是使整个计算机能够自动的运行。执行程序时，控制器从主存中取出相应的指令数据，然后向其他功能部件发出该指令所需的控制信号，完成相应的操作，再从主存中取出下一条指令执行，如此循环，直到程序完成。 硬件是计算机所有物理设备是计算机系统中各种设备的总称。计算机软件（computer software）指计算机系统中除硬件以外的所有事物，一般包括计算机程序、程序说明以及其他资料等。软件的正确含义应该是:(1)运行时，能够提供所要求功能和性能的指令或计算机程序集合。(2)程序能够满意地处理信息的数据结构。(3)描述程序功能需求以及程序如何操作和使用所要求的文档。软件具有与硬件不同的特点: (1)表现形式不同硬件有形，有色，有味，看得见，摸得着，闻得到。而软件无形，无色，无味，看不见，摸不着，闻不到。软件大多存在人们的脑袋里或纸面上，它的正确与否，是好是坏，一直要到程序在机器上运行才能知道。这就给设计、生产和管理带来许多困难。(2)生产方式不同软件是开发，是人的智力的高度发挥，不是传统意义上的硬件制造。尽管软件开发与硬件制造之间有许多共同点，但这两种活动是根本不同的。(3)要求不同硬件产品允许有误差，而软件产品却不允许有误差。(4)维护不同硬件是要用旧用坏的，在理论上，软件是不会用旧用坏的，但在实际上，软件也会变旧变坏。因为在软件的整个生存期中，一直处于改变(维护)状态。 硬件与软件互相依存。计算机硬件与软件的产生与发展本身就是相辅相成、互相促进的，二者密不可分。硬件是软件的基础和依托，软件是发挥硬件功能的关键，是计算机的灵魂。在实际应用中更是缺一不可，硬件与软件，缺少哪一部分，计算机都是无法使用的。2) 无严格界面。虽然计算机的硬件与软件各有分工，但是在很多情况下软硬件之间的界面是浮动的。计算机某些功能既可由硬件实现，也可以由软件实现。随着计算机技术的发展，一些过去只能用软件实现的功能，现在可以用硬件来实现，而且速度和可靠性都大为提高。3)相互促进。无论从实际应用还是从计算机技术的发展看，计算机的硬件与软件之间都是相互依赖、相互影响、相互促进的。硬件技术的发展会对软件提出新的要求，促进软件的发展；反之，软件的发展又对硬件提出新的课题软件是这样控制硬件的，为解决某一问题而设计的一系列指令称为程序。 程序和相关数据存放在存储器中，计算的工作就是执行存放在存储器中的程序。 计算机运行程序的过程就是一条一条地执行指令的过程。 程序的执行又自动地控制着整个计算机的全部操作。 这就是50年前美国数学家冯诺依曼提出的程序存储和程序控制的思想。这也是目前计算机的基本工作方式。 指令的执行 一条指令的执行过程大体如下： （1）指令预取部件向指令快存提取一条指令，若快存中没有，则向总线接口部件发出请求，要求访问存储器，取得一条指令； （2）总线接口部件在总线空闲时，通过总线从存储器中取出一条指令，放入快存和指令预取部件； （3）指令译码部件从指令预取部件中取得该指令，并把它翻译成起控制作用的微码； （4）地址转换与管理部件负责计算出该指令所使用的操作数的有效物理地址，需要时，请求总线接口部件，通过总线从存储器中取得该操作数； （5）执行单元按照指令操作码的要求，对操作数完成规定的运算处理，并根据运算结果修改或设置处理器的一些状态标志； （6）修改地址转换与管理部件中的指令地址，提供指令预取部件预取指令时使用。软件在工作的时候也是实体，软件的实质就是电流信号，用电压的高低代表不同是信息，用这些电流信号去控制逻辑电路的通断，靠逻辑电路的通断来控制硬件的工作。说到底软件就是起到一个开关信号的作用，开关要工作，必需保证硬件是加电的，没有接通电源的硬件是无法用软件来控制的。就好比没有插上电源的台灯，你怎么按开关都是不会亮的。任何软件在运行前都要有一个将其转化为电流信号的实体化过程，你写在纸上的软件代码是永远也不能控制硬件的。早期电脑用人工接线输入程序，相当于用人体的力量将软件代码实体化为电信号；现在我们用的软盘、硬盘是通过磁头将程序代码转化为电信号，光盘需要通过光头将程序代码转化为电信号等等。计算机软件说到底，不过就是一些指导电子元件工作的指令序列，那么你一定又会问电子元件为什么会按这些序列工作呢？指令序列的在电路中的实质就是一些有规律且有一定意义的电脉冲，电脉冲控制电子元件的各种状态。工作过程非常复杂。最简单最基本的就是几个逻辑门电路的实现：比如“或”电路，“与”电路等等。通过将这些逻辑门电路的组合和协同，就能实现电脑整体上的运算和处理能力。因为这是十几个数量级的基础电路的有机集合的对外的体现，如奔腾系列CPU集成了上亿个半导体元件，要想把各个元件的功能彻底认知，是非常困难的。可以把它们比作每个人的活动合在一起就构成了社会有单位，有抽象 正如抽象的生活用电网络，可以将一个用电器作为抽象单位，也可以将一个家庭作为抽象单位，