我们了解了什么是计算机程序、算法和流程图，对计算机的程序设计和算法有了初步认知，知道了计算机程序就是完成某项任务和解决一个问题而编写的计算机指令序列。那么，计算机是如何组成的呢？计算机提供了那些指令序列？程序在计算机是如何运行的，带着这些问题，本节将和同学们一起初步认识计算机的体系结构。在生活中我们一般称计算机为电脑，对电脑我们并不陌生，大家都在用，通过运行电脑中的应用程序可以炒股、看电影、玩游戏、用Word写文章等等。对电脑的外部组成也大体了解，有显示器、键盘、鼠标、喇叭、主机、电源等，但对内部组成结构，也就是主机机箱内的器件组成及原理我们就不甚了解了。不学编程的话，只要我们会用计算机就行了，没有必要去深入了解计算机的组成原理等知识，但对学编程的同学们来说，了解计算机的组成原理就非常重要了，至少我们要知道自己写的程序在计算机上是如何运行的？如何通过输入输出设备读取数据和输出数据、如何通过存储器存储数据等等。
为了更好理解计算机的体系结构，我们采用在工业自动化控制中应用非常广泛的AT89C51单片机构建的计算器进行说明。计算器构成原理
计算器主要由键盘、数码显示器、AT89C51单片机构成。键盘是主要的输入设备，用于输入运算数和运算符，输入的运算数和运算符存储到单片机存储器中，AT89C51单片机自身带有4K字节的存储器，可以存储写好的程序和数据。计算器所需的按键有：数字键：1，2，3，4，5，6，7，8，9，0功能键：+，—，*，/，=，C（清零）共计16个键，采用4 X4矩阵键盘，键盘的行和列之间都有公共端相连，8个公共端分别对接单片机的P1.0 ~P1.7, P1口是单片机8位双向IO口，程序扫描P1口就可以完成对键盘的扫描，通过对16个按键进行编码，程序能获取被按下按键所表示的数字或运算符，从而完成键盘输入功能。键盘与单片机连接方式参见图
键盘编码是这样考虑的，键盘中的每个按键就是一个开关，开关正常状态为断开状态，其状态可以设置为0，开关按下后，为闭合状态，其状态可以设置为1。假定键盘所有的按键都为断开状态，即其状态值为0，且每次只能按下一个按键，如果按下多个键，则只识别第一个键，程序将忽略其它按键。键盘按键为4行4列，设定按键1为第1行第1列，按键2为第1行第2列。。。。。。按键4为第2行第1列，依次类推。其按键编码规则为：取该按键所在行数的按键状态值为高4位，取该按键所在列数的按键状态值为低4位，组成8位编码，编码时该按键状态值为1（对应其按下状态），其它按键状态值为0。例如：按键1的编码为1000 1000，按键2的编码为0100 1000，按键9的编码为0010 0010。键盘编码完成后，就可以设计键盘扫描程序，定时扫描单片机P1.0 ~P1.7口，当有按键被按下时，获取按键编码，将按键编码转换为数字或运算符。编码程序算法流程图见图
计算器打开电源开关后，单片机控制器从存储器读入计算器主程序，主程序调用键盘扫描程序扫描键盘，每间隔20ms主程序调用一次键盘扫描程序，扫描程序读取单片机P1.0 ~P1.7口，获取键盘按键状态（键盘编码），从编码表中查找相对应的数字或运算符，存入存储器，等待主程序下次调用。数码显示管是计算器主要的输出设备，对计算的数据和结果进行显示，数码显示管支持8位数据显示，可以显示8位数字，当前只用了前4位，显示4位数字，分别对接单片机的P2.0 ~P2.3。P2口也是单片机8位双向IO口。键盘与单片机连接方式参见图
主程序调用显示程序，将计算数据和结果输出到数码显示管上。显示程序算法流程图见图
主程序调用键盘扫描程序扫描键盘，获取键盘输入后，判断输入的数据是数字还是运算符，如果是运算符则进入运算程序，如果是数字则先将数据存储到单片机存储器中，调用显示程序，将输入的数据显示到数码管。单片机是计算器最重要的组成部分，也是计算器的核心，包括运算器、控制器、存储器三大部分。AT89C51单片机自身带有4K可读写的存储器，用于存储程序和数据。其工作原理见图
为了告诉计算机做什么事，按什么步骤做，就需要编制程序，使计算机能够按规定的程序自动工作。将写好的程序和数据事先存入存储器中，控制器从存储器中取出程序或指令加以执行。控制器是单片机（计算机）的管理机构和指挥中心，它通过对存储于存储器的程序代码或指令的解释，不断向运算器、存储器、输入和输出设备发出有关的操作命令。例如：在某个时刻，某种条件下从存储器的指定地址读取数据并输出到输出设备上；在某个时刻，某种条件下从输入设备上读取数据并按指定的地址存储到存储器中。运算器是执行算术运算和逻辑运算的部件，计算器的加减乘除等操作都在控制器控制下，由运算器完成。存储器是存放程序和数据的部件，一个存储器由成千上万个信息单元组成，每个信息单元对应有一个位置编号。可以把社区看成一个存储器，社区内的所有住户就是社区的信息单元，每个住户都有门牌号，方便查询。信息单元的位置编号就是该信息单元的地址，程序可以通过地址方便地寻址到该存储单元。前面介绍了计算器的输入设备、输出设备和计算器的核心单片机，对其体系结构和工作原理应该有所了解了。再看看计算器的主程序的编制思路，主程序就是把键盘子程序、显示子程序连成一个整体，使整个程序循环运行。进入主程序后，循环调用键盘扫描子程序，有键盘按下时，判读输入的数字还是运算符，如果是数字，存入存储器，调用显示程序显示输入的数字；如果是运算符，存入存储器，不显示运算符，等待运算符后面的数据录入；如果是等号，从存储器取出数据和运算符进行运算，并调用显示程序显示计算结果。
计算机系统是由运算器、存储器、控制器、输入装置和输出装置五大基本部件组成。这一结构也被称为冯·诺依曼体系结构，其核心思想是存储程序的概念和程序的顺序执行。完整的计算机系统需要具备如下功能：把需要的程序和数据送至计算机中。必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。能够按照要求将处理结果输出给用户。
1、计算机系统的主要组成部件有哪些？最核心部件是那个？2、在计算机系统中，存储器起什么作用？3、拓展思考，编写的计算器程序如何写入到AT89C51单片机存储器中？