第二章计算机硬件的基本原理
承接前面第一章，我们重点说了关于计算机的基本组成和硬件的大概结构，这时候可能我们对计算机的认识可能还是停留在表面，因为我们并不知道我们上层计算机的指令是如何一步一步、又是通过何种方式实现的解析-传递。今天就让作者一一讲清增强读者对于计算机的了解。
首先我们之前所说的硬件组成，今天我们就分别对冯诺依曼中的中央处理器、存储器、输入/输出系统进行详细的阐述，最后介绍连接计算机各部件的系统总线。这部分是希望读者理解计算机硬件体系结构及其工作原理，了解计算机各个部件的功能及作用，对计算机硬件的组成从整体上形成认知。
2.1计算机硬件体系结构
①运算器是对数据或信息进行处理和运算的部件。经常进行的运算有算术运算和逻辑运算，算术运算包括加、减、乘、除等，逻辑运算包括与、或、非等，这些运算是由算术逻辑部件来完成。运算器中还有很多个通用寄存器，用来临时存放操作数，运算结束内存储器主存，它直接CPU相连接，存储容量较小，但速度快，用来存放当前运行程序的指令和数据，并直接与CPU交换信息。内存储器由许多存储单元组成，每个单元能存放一个二进制数，或一条由二进制编码表示的指令。存储器的存储容量以字节为基本单位，每字节都有自己的编号，称为“地址”，如要访问存储器中的某个信息，就必须知道它的地址，然后再按地址存入或取出信息外存储器又称辅助存储器（简称辅存）。外存存储容量大，价格低，但存储速度较慢，一般用来存放大量暂时不用的程序、数据和中间结果，需要时，可成批地和内存储器进行信息交换。外存只能与内存交换信息，不能被计算机系统的其他部件直接访问。常用的外存有磁盘、磁带、光盘等。
指令是指定计算机执行特定操作的命令。CPU就是根据指令来指挥和控制计算机各部分协调地动作，以完成规定的操作。计算机全部指令的集合叫做计算机指令系统。指令系统准确定义了计算机的处理能力。不同型号的计算机有不同的指令系统，从而形成各种型号计算机的特点和相互间差异。
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，一条指令通常由两个部分组成：
①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，则指令条数有2n条。
②操作数：也称地址码。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。如：汇编指令MOVAX，10表示将数10送入寄存器AX。其机器指令为1011000000001010。其中10110000是操作码，表示传送数据的操作；00001010表示操作对象，即数据10。
计算机的工作过程实际上是快速地执行指令的过程。
下面，以指令的执行过程来认识计算机的基本工作原理
例如，汇编指令ADDA，2050H的功能为将A累加器中的数与内存单元2050H中的数相加，结果送到A累加器中保存。
机器指令为：072050，存放在内存2000H中。其中07为操作码，2050为地址码。
指令的执行过程分为以下四个步骤。
取指令：按照程序计数器中的地址（2000H），从内存储器中取出指令（072050H），并送往指令寄存器。
分析指令：对指令寄存器中存放的指令（072050H）进行分析，由译码器对操作码（07H）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（2050H）确定操作数地址。
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。例如，做加法指令，取内存单元（2050H）的值和累加器的值相加，结果还是放在累加器中。
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，然后返回到①。
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。总之，计算机的工作就是执行程序，即自动连续地执行一系列指令，而程序开发人员的工作就是编制程序。一条指令的功能虽然有限，但是由一系列指令组成的程序可完成的任务是无限多的。
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