1.1 计算机系统基础知识
1.1.1 计算机系统硬件基本组成
计算机的基本硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成。运算器、控制器等部件被集成在一起统称为中央处理单元（Cetral Processing Unit, CPU）。 CPU 是硬件系统的核发心，用于数据的加工处理，能完成各种算术、逻辑运算及控制功能。存储器是计算机系统中的记忆设备，分为内部存储和外部存储。前者速度高、容量小，一般用于临时存放程序、数据及中间结果。而后者容量大、速度慢，可以长期保存程序和数据。输入设备和输出设备合称为外部设备（简称外设），输入设备用于输入原始数据及各种命令，而输出设备则输出计算机运行的结果。
1.1.2 中央处理器
1.CPU 的功能
（1）程序控制。 CPU 通过执行指令控制程序的执行顺序，这是CPU 的重要职能。
（2）操作控制。 一条指令功能的实现需要若干操作信号来完成，CPU产生每条指令的操作信号并将操作信号送往不同的部件，控制相应的部件按指令功能要求进行操作。
（3）时间控制。 CPU 对各种操作进行时间上的控制，这就是时间控制。CPU对每条指令的整个执行时间进行严格控制。同时，指令执行过程中操作信号的出现时间、持续时间及出现的时间顺序都需要进行严格控制。
（4）数据处理。 CPU通过对数据进行算术运算及逻辑运算等方式进行加工处理，数据加工处理的结果被人们所利用。所以，对数据的加工处理是CPU 最根本的任务。
2. CPU的组成
CPU 主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线部件组成，如图1-1所示。
1) 运算器
运算器由算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit, ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成，它是数据加工的处理部件，完成计算机的各种算术和逻辑运算。相对控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作是由控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。运算器有如下两个主要功能。
（1）执行所有的算术运算，如加、减、乘、除等基本运算及附加运算。
（2）执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试，如与、或、非、零值测试或两个值的比较等。
下面简要介绍运算器的各组成部件的组成和功能。
（1）算术逻辑单元。 ALU 是运算器的重要组成部件，负责处理数据，实现对数据的算术运算和逻辑运算。
（2）累加器（AC）。 AC 通常称为累加器，它是一个通用寄存器。其功能是当运算器的算术逻辑单元执行算术或逻辑运算时， 为ALU 提供一个工作区。 例如，在执行一个减法运算前，先将被减数暂取出放在AC中，再从内存储器中取出减数，然后果同AC的内容相减，所得的结果送回AC中。运算的结果是放在累加器中的，运算器中至少要的一个累加寄存器。
（3）数据缓冲寄存器（DR）。 在对内存储器进行读写操作时，用DR 暂时存放由内存储器读写的一条指令或一个数据字，将不同时间段内读写的数据隔离开来。DR 的主要作用为：作为CPU和内存、外部设备之间数据传送的中转站；作为CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的缓冲；在单累加器结构的运算器中，数据缓冲器还可兼作为操作数寄存器。
（4）状态条件寄存器（PSW）. PSW 保存由算术指令和逻辑指令运行和测试的结果建立的各种条件码内容，主要分为状态标志和控制标志，如运算结果进行标志（C）、运算结果溢出标志（V）、运算结果为0标志（Z）、运算结果为负标志（N）、中断标志（I）、方向标志（D）和单步标志等。这些标志通常分别由1位触发器保存，保存了当前指令执行完成之后的状态。通常，一个算术操作产生一个运算结果，而一个逻辑操作则产生一个判决。
2）控制器
运算器只能完成运算，而控制器用于控制整个CPU的工作，它决定了计算机运行的过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。控制器一般包括指令逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑等几个部分。
指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作，其过程分为取指令、指令译码、按指令操作码执行、形成下一条指令地址等步骤。