第三章計算機系統(tǒng)

1、第三章第三章 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)大學計算機基礎大學計算機基礎第三章 計算機系統(tǒng) 主要內容主要內容 3.1 3.1 計算機結構計算機結構 3.2 3.2 計算機系統(tǒng)組成計算機系統(tǒng)組成 3.3 3.3 計算機的工作過程計算機的工作過程 3.4 3.4 微型計算機硬件組成微型計算機硬件組成引入：人是如何處理事務的呢？引入：人是如何處理事務的呢？接收信息接收信息完成結果完成結果計算計算控制眼睛、手控制眼睛、手記憶數(shù)據(jù)記憶數(shù)據(jù)計算機也是模仿人來處理事務的計算機也是模仿人來處理事務的 計算機是如何實現(xiàn)按高效運算的？計算機是如何實現(xiàn)按高效運算的？ 計算機的運行原理是什么？計算機的運行原理是什么？ 計算機由

2、哪幾部分組成？計算機由哪幾部分組成？英國科學家阿蘭英國科學家阿蘭. .圖靈圖靈（1912-19541912-1954）1. 圖靈機圖靈機計算機的理論模型計算機的理論模型 20 20世紀世紀3030年代，圖靈提出了算年代，圖靈提出了算法的定義，建立了圖靈機模型，奠法的定義，建立了圖靈機模型，奠定了可計算理論基礎。由于圖靈提定了可計算理論基礎。由于圖靈提出的圖靈機模型直觀形象，用圖靈出的圖靈機模型直觀形象，用圖靈機模型能夠解釋算法的概念，很快機模型能夠解釋算法的概念，很快得到了人們的認同。得到了人們的認同。這也是圖靈一生中最大的貢獻。這也是圖靈一生中最大的貢獻。 3.1 計算機結構計算機結構圖靈機

3、圖靈機計算機的理論模型計算機的理論模型v什么是圖靈機？什么是圖靈機？ 圖靈機由一條無限長的磁帶、讀圖靈機由一條無限長的磁帶、讀/ /寫頭及控制器構成。寫頭及控制器構成。控制器內包括控制規(guī)則表，它能夠通過讀控制器內包括控制規(guī)則表，它能夠通過讀/ /寫頭對磁帶上寫頭對磁帶上的符號進行讀或寫，讀寫頭可以在磁帶上左右移動。磁帶的符號進行讀或寫，讀寫頭可以在磁帶上左右移動。磁帶分成了一個個的小方格，每個方格中可以記錄機器字母表分成了一個個的小方格，每個方格中可以記錄機器字母表里的符號，如里的符號，如0 0或或1 1等。等。 圖靈機模型圖靈機模型 圖靈機磁帶圖靈機磁帶- 圖靈機就是一個最簡單的計算機模型，

4、圖靈機將控制處理圖靈機就是一個最簡單的計算機模型，圖靈機將控制處理的規(guī)則用的規(guī)則用0 0 和和1 1表述，將處理的信息及處理的結果也用表述，將處理的信息及處理的結果也用0 0和和1 1表達，處理即是對表達，處理即是對0 0和和1 1的變換（可以用機械的變換（可以用機械/ /電子系統(tǒng)實現(xiàn)電子系統(tǒng)實現(xiàn)）。）。- - 用機器來模擬人們用紙筆進行數(shù)學運算的過程，該過程可用機器來模擬人們用紙筆進行數(shù)學運算的過程，該過程可分為如下兩個簡單動作：分為如下兩個簡單動作： 在紙上寫上或擦除某個符號在紙上寫上或擦除某個符號 把注意力從紙的一個位置移動到另一個位置把注意力從紙的一個位置移動到另一個位置- - 而在每

5、個階段，人要決定下一步的動作，依賴于：而在每個階段，人要決定下一步的動作，依賴于： 此人當前所關注的紙上某個位置的符號此人當前所關注的紙上某個位置的符號 此人當前思維的狀態(tài)。此人當前思維的狀態(tài)。圖靈機工作原理視頻圖靈機工作原理視頻 圖靈機不是一種具體的機器，而是一種理論模型，圖靈機不是一種具體的機器，而是一種理論模型，可用來指導制造一種十分簡單但運算能力極強的計可用來指導制造一種十分簡單但運算能力極強的計算裝置，使得這種機器能夠對任何算裝置，使得這種機器能夠對任何“可計算可計算”的函的函數(shù)進行有效的計算，在有限步內求出函數(shù)的計算結數(shù)進行有效的計算，在有限步內求出函數(shù)的計算結果。圖靈機模型理論是

6、計算學科最核心的理論之一，果。圖靈機模型理論是計算學科最核心的理論之一，圖靈機模型是算法分析和程序語言設計的基礎，為圖靈機模型是算法分析和程序語言設計的基礎，為計算機設計指明了方向。計算機設計指明了方向。 2.2.馮馮諾依曼諾依曼計算機計算機 數(shù)學家馮數(shù)學家馮諾依曼根據(jù)圖靈機的設諾依曼根據(jù)圖靈機的設想提出設計計算機的體系結構。這一結想提出設計計算機的體系結構。這一結構也稱為構也稱為馮馮 諾依曼體系結構諾依曼體系結構。 馮馮諾依曼計算機主要有三個特點：諾依曼計算機主要有三個特點： 計算機由五大部分組成：運算器、控制器、計算機由五大部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。存儲器、輸入

7、設備和輸出設備。 指令和數(shù)據(jù)以同等地位存儲在主存儲器中，指令和數(shù)據(jù)以同等地位存儲在主存儲器中，并按地址訪問、以順序的方式執(zhí)行。并按地址訪問、以順序的方式執(zhí)行。 程序和數(shù)據(jù)以二進制表示。程序和數(shù)據(jù)以二進制表示。 EDVACEDVAC：馮馮 諾依曼諾依曼與莫爾小組合作，研制出了與莫爾小組合作，研制出了EDVACEDVAC計算機。該計計算機。該計算機根據(jù)馮算機根據(jù)馮 諾依曼提出的原理制造諾依曼提出的原理制造, ,改進了第一臺計算機的不足改進了第一臺計算機的不足。馮馮諾依曼計算機的特點是：以運算器和控制器作為計算機結諾依曼計算機的特點是：以運算器和控制器作為計算機結構的核心；指令和數(shù)據(jù)都采用二進制代碼

8、的形式來表示；采構的核心；指令和數(shù)據(jù)都采用二進制代碼的形式來表示；采用存儲程序控制方式，指令和數(shù)據(jù)以同等地位存儲在同一個用存儲程序控制方式，指令和數(shù)據(jù)以同等地位存儲在同一個存儲器中；指令在存儲器中按其執(zhí)行順序存放。存儲器中；指令在存儲器中按其執(zhí)行順序存放。 馮馮諾伊曼計算機結構諾伊曼計算機結構運算器運算器輸出設備輸出設備存儲器存儲器控制器控制器輸入設備輸入設備數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)指令指令結果結果3. 現(xiàn)代計算機現(xiàn)代計算機主機主機 根據(jù)馮根據(jù)馮諾依曼體系結構，現(xiàn)代計算機結構主要諾依曼體系結構，現(xiàn)代計算機結構主要以存儲器以存儲器為中心為中心，由運算器、控制器、存儲器和輸入、輸出設備五大部，由運算器、控制器、存

9、儲器和輸入、輸出設備五大部分組成。分組成。 現(xiàn)代計算機組成框圖 由于運算器和控制器在邏輯關系和電路結構上聯(lián)系緊密，特由于運算器和控制器在邏輯關系和電路結構上聯(lián)系緊密，特別是在大規(guī)模集成電路制作工藝下，這兩大部件通常被集成在同別是在大規(guī)模集成電路制作工藝下，這兩大部件通常被集成在同一個集成電路芯片上，統(tǒng)稱為中央處理器；而將輸入設備與輸出一個集成電路芯片上，統(tǒng)稱為中央處理器；而將輸入設備與輸出設備簡稱為設備簡稱為I/O設備。因此，現(xiàn)代計算機可以認為是由設備。因此，現(xiàn)代計算機可以認為是由CPU、I/O設備及主存儲器和輔助存儲器組成。設備及主存儲器和輔助存儲器組成。 計算機硬件組成的變化計算機硬件組成

10、的變化 隨著現(xiàn)代電子技術和計算機技術的不斷發(fā)展，近隨著現(xiàn)代電子技術和計算機技術的不斷發(fā)展，近年來計算機的硬件組成也有一些變化。年來計算機的硬件組成也有一些變化。 采用雙核或多核采用雙核或多核CPUCPU 設計先進的總線結構設計先進的總線結構 超高速計算機采用平行處理技術超高速計算機采用平行處理技術 結合對網(wǎng)絡功能和服務的設計理念等結合對網(wǎng)絡功能和服務的設計理念等 。 3.2 計算機系統(tǒng)組成系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件硬硬 件件由電子線路和由電子線路和機電設備組成機電設備組成的設備實體。的設備實體。為運行、維護為運行、維護管理、應用計管理、應用計算機所編制的算機所編制的計算機程序。計算機程序

11、。軟軟 件件3.2.1 計算機硬件系統(tǒng)計算機硬件系統(tǒng)硬件硬件內存內存CPUCPU外外 存：軟、硬盤、光盤、閃存存：軟、硬盤、光盤、閃存 外外設設主主機機運算器運算器網(wǎng)絡設備：網(wǎng)卡、調制解調器等網(wǎng)絡設備：網(wǎng)卡、調制解調器等輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀 輸出設備：顯示器、打印機輸出設備：顯示器、打印機 隨機存儲器隨機存儲器(RAM)(RAM)只讀存儲器只讀存儲器(ROM)(ROM)控制器控制器計算機硬件系統(tǒng)組成計算機硬件系統(tǒng)組成硬硬 件件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)用戶程序或文檔用戶程序或文檔作為一個完整的作為一個完整的計算機系統(tǒng)，硬計算機系統(tǒng)，硬件和軟件是按一件和軟件是按一定的層

12、次關系組定的層次關系組織起來的?？椘饋淼?。操作系統(tǒng)向下控操作系統(tǒng)向下控制硬件、向上支制硬件、向上支持軟件，所有的持軟件，所有的其他軟件都必須其他軟件都必須在操作系統(tǒng)的支在操作系統(tǒng)的支持下運行。對計持下運行。對計算機的操作轉化算機的操作轉化為對操作系統(tǒng)的為對操作系統(tǒng)的使用。為軟件開使用。為軟件開發(fā)、擴充和使用發(fā)、擴充和使用提供了條件。提供了條件。軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 專業(yè)應用軟件專業(yè)應用軟件 工具軟件工具軟件 服務性程序：診斷程序

13、、排錯程序等服務性程序：診斷程序、排錯程序等 語言處理程序：語言處理程序：C C、C+C+、JavaJava、VBVB等等 計算機軟件系統(tǒng)組成計算機軟件系統(tǒng)組成 3.2.2 計算機軟件系統(tǒng)服務程序服務程序語言處理程序語言處理程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)用戶程序用戶程序應用軟件包應用軟件包工具軟件工具軟件 1. 1. 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是最重要的系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)是最重要的系統(tǒng)軟件, ,是計算機系統(tǒng)軟件的核心，是計算機系統(tǒng)軟件的核心，是對計算機硬件、軟件資源進行管理、調度、控制和運行的是對計算機硬件、軟件資源進行管理、調度、控制和運行的一組程序，它也是用戶與計算機之間的接口。用戶通過操作一組程序，

14、它也是用戶與計算機之間的接口。用戶通過操作系統(tǒng)方便、順利地操作計算機，而不必過問計算機硬件的具系統(tǒng)方便、順利地操作計算機，而不必過問計算機硬件的具體細節(jié)。體細節(jié)。 常用的操作系統(tǒng)有：常用的操作系統(tǒng)有：系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 2. 2. 程序設計語言及語言處理程序程序設計語言及語言處理程序 機器語言：機器語言：用二進制代碼編寫，機器能直接執(zhí)行。用二進制代碼編寫，機器能直接執(zhí)行。 為了應用存儲程序概念，為了應用存儲程序概念，CPUCPU被設計成可以識別二進被設計成可以識別二進制模式編碼的指令。這組指令以及編碼系統(tǒng)稱為機制模式編碼的指令。這組指令以及編碼系統(tǒng)稱為機器語言。器語言。 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件如：機器

15、語言指令示例：如：機器語言指令示例： 0011 0101 1010 0111完成的功能是將第完成的功能是將第5 5寄存器中的值存儲到指定的存儲單元。寄存器中的值存儲到指定的存儲單元。 2. 2. 程序設計語言及語言處理程序程序設計語言及語言處理程序 匯編語言：匯編語言：用符號表示指令代碼，需要匯編程序將用符號表示指令代碼，需要匯編程序將其翻譯成機器指令后才能運行。其翻譯成機器指令后才能運行。 如如: :用用ADDADD表示加、表示加、SUBSUB表示減、表示減、HLTHLT表示停機表示停機 匯編語言程序示例：計算匯編語言程序示例：計算 S=12+6S=12+6系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件MOV S,12

16、把把12放入累加器放入累加器S中中ADD S,6 6與累加器與累加器S中的值相加，結果仍放入中的值相加，結果仍放入S中中HLT 結束，停機結束，停機 2. 2. 程序設計語言及語言處理程序程序設計語言及語言處理程序 高級語言：高級語言：采用接近自然語言的字符或表達式、按采用接近自然語言的字符或表達式、按照一定的語法規(guī)則編寫程序，需要高級語言編譯程照一定的語法規(guī)則編寫程序，需要高級語言編譯程序將源程序編譯生成目標程序后才能運行。序將源程序編譯生成目標程序后才能運行。 程序設計語言分為面向過程和面向對象兩類。程序設計語言分為面向過程和面向對象兩類。 高級語言程序示例：高級語言程序示例：計算計算 S

17、=12+6S=12+6 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件S=12+6 12與與6相加結果放入相加結果放入S中中PRINT S 輸出輸出SEND 程序結束程序結束 ( (1) 1) 面向過程語言面向過程語言 特點：特點：強調用計算機能夠理解的邏輯來描述解決問題強調用計算機能夠理解的邏輯來描述解決問題的方法和步驟，不僅要說明做什么，還要說明如何做。的方法和步驟，不僅要說明做什么，還要說明如何做。過分強調求解過程的描述，程序難以重復使用。如：過分強調求解過程的描述，程序難以重復使用。如： 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 (2) (2) 面向對象語言面向對象語言 特點：特點：能夠直接描述客觀世界的事物，將一切事物都看成具能夠直接描

18、述客觀世界的事物，將一切事物都看成具有屬性和行為的對象。通過抽象找出同一類對象的共同屬性有屬性和行為的對象。通過抽象找出同一類對象的共同屬性和行為，并抽象成類。通過類的繼承實現(xiàn)代碼重用，編程效和行為，并抽象成類。通過類的繼承實現(xiàn)代碼重用，編程效率高。如：率高。如： 任何一種高級語言或匯編語言編寫的程序任何一種高級語言或匯編語言編寫的程序( (稱為源程序稱為源程序) )，都不能由計算機直接執(zhí)行，必須通過相應的編譯程序翻譯成機都不能由計算機直接執(zhí)行，必須通過相應的編譯程序翻譯成機器語言程序器語言程序( (稱為目標程序稱為目標程序) )后才能執(zhí)行后才能執(zhí)行, ,或者通過解釋程序邊或者通過解釋程序邊解

19、釋邊執(zhí)行。不同的語言所對應的語言處理程序也是不同的。解釋邊執(zhí)行。不同的語言所對應的語言處理程序也是不同的。系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 應用軟件是指除了系統(tǒng)軟件以外的所有軟件應用軟件是指除了系統(tǒng)軟件以外的所有軟件, ,它是用戶利它是用戶利用計算機及其提供的系統(tǒng)軟件為解決各種實際問題而編制的計用計算機及其提供的系統(tǒng)軟件為解決各種實際問題而編制的計算機程序。算機程序。 - - 用于科學計算的軟件包、辦公自動化軟件用于科學計算的軟件包、辦公自動化軟件 - - 計算機輔助設計、輔助制造、輔助教學軟件計算機輔助設計、輔助制造、輔助教學軟件 - - 圖形軟件、工具軟件圖形軟件、工具軟件 應用軟件是在系統(tǒng)軟件支持下開發(fā)

20、的，可以分為兩種：應用軟件是在系統(tǒng)軟件支持下開發(fā)的，可以分為兩種： （1 1）用戶程序）用戶程序 用戶程序是用戶為了解決自己特定的具體問題而開發(fā)的軟用戶程序是用戶為了解決自己特定的具體問題而開發(fā)的軟件，在系統(tǒng)軟件和應用軟件包的支持下開發(fā)。件，在系統(tǒng)軟件和應用軟件包的支持下開發(fā)。 （2 2）應用軟件包）應用軟件包 應用軟件包是為實現(xiàn)某種特殊功能或特殊計算，經(jīng)過精心應用軟件包是為實現(xiàn)某種特殊功能或特殊計算，經(jīng)過精心設計的獨立軟件系統(tǒng)，可以滿足同類應用許多用戶需要的軟件。設計的獨立軟件系統(tǒng)，可以滿足同類應用許多用戶需要的軟件。 應用軟件應用軟件 主要內容主要內容 指令和程序的概念指令和程序的概念 計

21、算機執(zhí)行的指令過程計算機執(zhí)行的指令過程 計算機中常用數(shù)據(jù)單位計算機中常用數(shù)據(jù)單位3.3 計算機的工作過程 為使計算機自動解決各種實際問題，必須首先把為使計算機自動解決各種實際問題，必須首先把各種程序、數(shù)據(jù)以及圖形圖像等信息輸入到計算機的各種程序、數(shù)據(jù)以及圖形圖像等信息輸入到計算機的內存中。若要長期保存信息，還要將內存的信息保存內存中。若要長期保存信息，還要將內存的信息保存到外存儲器中，需要時再將外存的信息取回到內存中到外存儲器中，需要時再將外存的信息取回到內存中來。來。 程序是由一條條指令按一定順序組合而成，它告程序是由一條條指令按一定順序組合而成，它告訴計算機要完成什么功能和具體步驟。程序必

22、須事先訴計算機要完成什么功能和具體步驟。程序必須事先輸入到計算機中，才能被執(zhí)行。計算機執(zhí)行了相應的輸入到計算機中，才能被執(zhí)行。計算機執(zhí)行了相應的指令序列，就完成了預定的任務。計算機的一切操作指令序列，就完成了預定的任務。計算機的一切操作都是在事先編制好的、存儲在計算機中的程序控制下都是在事先編制好的、存儲在計算機中的程序控制下進行的。進行的。 1 1、指令和程序的概念、指令和程序的概念 指指 令令: : 計算機硬件可執(zhí)行的、完成某種操作的命令。計算機硬件可執(zhí)行的、完成某種操作的命令。 指令由操作碼和操作數(shù)兩部分組成指令由操作碼和操作數(shù)兩部分組成, ,其格式如下其格式如下: : 操作碼操作碼 操

23、作數(shù)操作數(shù)操作碼：操作碼：指明該指令要完成操作指明該指令要完成操作: :加、減、乘、除、傳送等加、減、乘、除、傳送等操作數(shù)操作數(shù): : 指出被操作的對象所在存儲單元地址指出被操作的對象所在存儲單元地址, ,寄存器地址寄存器地址 及立即數(shù)。或指出運算的結果應送到哪個單元中。及立即數(shù)?；蛑赋鲞\算的結果應送到哪個單元中。 程程 序：序：根據(jù)解決某一問題的步驟，編制的指令序列。根據(jù)解決某一問題的步驟，編制的指令序列。數(shù)據(jù)傳送指令：將數(shù)據(jù)在內存與數(shù)據(jù)傳送指令：將數(shù)據(jù)在內存與CPUCPU之間進行傳送。之間進行傳送。數(shù)據(jù)處理指令：對數(shù)據(jù)進行算術、邏輯或關系運算。數(shù)據(jù)處理指令：對數(shù)據(jù)進行算術、邏輯或關系運算。

24、 如如 And OrAnd Or等等程序控制指令：控制程序中指令的執(zhí)行順序。如條程序控制指令：控制程序中指令的執(zhí)行順序。如條件轉移、無條件轉移、子程序調用、返回、停機等。件轉移、無條件轉移、子程序調用、返回、停機等。 如如 If Goto If Goto 等等輸入輸入/ /輸出指令輸出指令: :實現(xiàn)外部設備與主機之間的數(shù)據(jù)傳實現(xiàn)外部設備與主機之間的數(shù)據(jù)傳輸。輸。其它指令其它指令: : 對計算機硬件進行管理等。對計算機硬件進行管理等。 計算機的指令系統(tǒng)：計算機的指令系統(tǒng)： 一臺計算機所有指令的集合稱為該計算機的一臺計算機所有指令的集合稱為該計算機的指令系統(tǒng)，不同種類計算機指令系統(tǒng)所包含的指令指令

25、系統(tǒng)，不同種類計算機指令系統(tǒng)所包含的指令數(shù)目與格式也不相同。指令系統(tǒng)不僅是硬件設計的數(shù)目與格式也不相同。指令系統(tǒng)不僅是硬件設計的依據(jù)，而且是軟件設計的基礎。依據(jù)，而且是軟件設計的基礎。計算機的指令系統(tǒng)：計算機的指令系統(tǒng)：2 2、計算機執(zhí)行指令的過程、計算機執(zhí)行指令的過程 存儲程序控制原理是計算機結構設計和自動連續(xù)工作的基礎存儲程序控制原理是計算機結構設計和自動連續(xù)工作的基礎。計算機依靠硬件和軟件的配合進行工作，計算機的工作過程就。計算機依靠硬件和軟件的配合進行工作，計算機的工作過程就是執(zhí)行指令的過程（三個階段）。是執(zhí)行指令的過程（三個階段）。 取指令：取指令： 控制器據(jù)程序計數(shù)器控制器據(jù)程序計

26、數(shù)器PCPC的內容，將要執(zhí)行的指令從內存單的內容，將要執(zhí)行的指令從內存單元中取出，并送到元中取出，并送到CPUCPU的指定寄存器中。的指定寄存器中。分析指令：分析指令： CPU CPU對取出的指令通過譯碼器進行分析，判斷指令要完成對取出的指令通過譯碼器進行分析，判斷指令要完成的操作。的操作。如果需要操作數(shù)，則到內存中取操作數(shù)，如果需要如果需要操作數(shù)，則到內存中取操作數(shù)，如果需要運算，則通知運算器進行計算，計算結果再保存到內存中。運算，則通知運算器進行計算，計算結果再保存到內存中。執(zhí)行指令：執(zhí)行指令： CPU CPU根據(jù)指令分析的結果，向各部件發(fā)出完成該操作的控根據(jù)指令分析的結果，向各部件發(fā)出完

27、成該操作的控制信號，相關部件進行執(zhí)行指令工作，完成指令規(guī)定的操作，制信號，相關部件進行執(zhí)行指令工作，完成指令規(guī)定的操作，并為執(zhí)行下一條指令做好準備。并為執(zhí)行下一條指令做好準備。計算機執(zhí)行指令的工作過程計算機執(zhí)行指令的工作過程 取指令取指令分析指令分析指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令 PC+1控制器控制器運算器運算器內存內存計算機根據(jù)程序計數(shù)計算機根據(jù)程序計數(shù)器的內容，將要執(zhí)行器的內容，將要執(zhí)行的指令從內存單元中的指令從內存單元中取出，并送到取出，并送到CPUCPU指指定的寄存器中。定的寄存器中。CPUCPU對取出的指令通對取出的指令通過譯碼器進行分析譯過譯碼器進行分析譯碼，判斷指令要完成碼，判斷指令要完成

28、的操作。的操作。CPUCPU根據(jù)指令分析結果根據(jù)指令分析結果，向各部件發(fā)出完成該，向各部件發(fā)出完成該操作的控制信號，相關操作的控制信號，相關部件進行工作，完成指部件進行工作，完成指令規(guī)定的動作，并為下令規(guī)定的動作，并為下一條指令做好準備。一條指令做好準備。v位位 (bit ,(bit ,縮寫為縮寫為b b) ) 是計算機中表示信息的最小單位，符號為是計算機中表示信息的最小單位，符號為b,b,代碼為代碼為0 0和和1;n1;n位位二進制數(shù)能表示二進制數(shù)能表示2 2n n種狀態(tài)。種狀態(tài)。v字節(jié)字節(jié) (Byte,(Byte,縮寫為縮寫為B B) ) 是計算機中存儲信息的基本單位，每個字節(jié)由是計算機中

29、存儲信息的基本單位，每個字節(jié)由8 8位二進制數(shù)位二進制數(shù)組成。計算機是以字節(jié)來計算存儲容量的。組成。計算機是以字節(jié)來計算存儲容量的。 1Byte=8bit 1Byte=8bit 1KB=1024B=21KB=1024B=21010 1MB=1024KB=21MB=1024KB=22020 1GB=1024MB=2 1GB=1024MB=23030 1TB=1024GB=2 1TB=1024GB=24040v字字（WordWord） 是計算機進行數(shù)據(jù)處理和運算的單位，即是計算機進行數(shù)據(jù)處理和運算的單位，即CPUCPU在單位時間內在單位時間內能一次處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，稱為字長。由若干字節(jié)組能一

30、次處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，稱為字長。由若干字節(jié)組成，如成，如1616位、位、3232位、位、6464位等位等. .目前常用的是目前常用的是3232位計算機。位計算機。 字長較長的計算機在相同的時間內能處理更多的數(shù)據(jù)。字長較長的計算機在相同的時間內能處理更多的數(shù)據(jù)。3、計算機中常用數(shù)據(jù)的存儲單位3.4 微型計算機硬件組成主要內容主要內容v 微型計算機概述微型計算機概述 v 微型計算機硬件系統(tǒng)微型計算機硬件系統(tǒng)v 微型計算機主要性能指標微型計算機主要性能指標微型計算機概述u計算機分為巨型計算機、大型計算機、小型計算機和計算機分為巨型計算機、大型計算機、小型計算機和微型計算機。微型計算機。u微型計算

31、機包含了多種系列、不同檔次、型號的計算微型計算機包含了多種系列、不同檔次、型號的計算機，微型計算機的體系結構采用總線結構，其硬件系機，微型計算機的體系結構采用總線結構，其硬件系統(tǒng)包括主板、微處理器、存儲器和各種外設等。統(tǒng)包括主板、微處理器、存儲器和各種外設等。u微型計算機性能飛速提高，不同種類計算機之間界限微型計算機性能飛速提高，不同種類計算機之間界限變得模糊，大、小、微型計算機的工作原理和系統(tǒng)結變得模糊，大、小、微型計算機的工作原理和系統(tǒng)結構相類似。構相類似。u微型計算機可分為微型計算機可分為IBM-PCIBM-PC兼容機和蘋果機兩大類。兼容機和蘋果機兩大類。微機系統(tǒng)結構示意圖 微型計算機系

32、統(tǒng)結構示意圖微型計算機系統(tǒng)結構示意圖微型計算機硬件系統(tǒng)是由中央處理器、存儲器、微型計算機硬件系統(tǒng)是由中央處理器、存儲器、I/OI/O（輸入（輸入/ /輸出）設備及其接口電路和總線組成。輸出）設備及其接口電路和總線組成。 中中央央處處理理器器地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線內存插槽內存插槽外存接口外存接口I/OI/O接口接口其他其他I/OI/O主主存儲器存儲器硬盤等硬盤等各種外設各種外設鍵盤顯示鍵盤顯示接口電路接口電路臺式機臺式機筆記本筆記本工作站工作站掌上電腦掌上電腦平板電腦平板電腦工作站工作站平板電腦 掌上掌上電腦電腦筆記本筆記本臺式機臺式機典型微型計算機 1. 1. 主板主

33、板2. CPU2. CPU3. 3. 存儲器存儲器4. 4. 總線與接口總線與接口5. 5. 輸入設備輸入設備6. 6. 輸出設備輸出設備微型計算機硬件系統(tǒng)微型計算機硬件系統(tǒng)1. 1. 主板主板主板：主板是微型計算機硬件系統(tǒng)的核心，是各種主板：主板是微型計算機硬件系統(tǒng)的核心，是各種設備的連接載體，為所有硬件提供接口或插槽設備的連接載體，為所有硬件提供接口或插槽 。計算。計算機通過主板把機通過主板把CPUCPU和其他硬件連接成一個完整的系統(tǒng)。和其他硬件連接成一個完整的系統(tǒng)。不同的主板，結構和布線略有不同。不同的主板，結構和布線略有不同。v CPUCPU插槽插槽v 芯片組芯片組v 內存插槽內存插槽

34、v 系統(tǒng)系統(tǒng)BIOSBIOS，提供最基本的硬件控制功能，提供最基本的硬件控制功能v CMOS,CMOS,存放硬件配置參數(shù)存放硬件配置參數(shù)微機主板結構圖微機主板結構圖主板的板載功能主板的板載功能 隨著主板技術的發(fā)展，主板已經(jīng)不單一的是搭隨著主板技術的發(fā)展，主板已經(jīng)不單一的是搭載載CPUCPU、內存、硬盤以及外設的平臺，而是可以附加、內存、硬盤以及外設的平臺，而是可以附加許多原來由各種類型的卡所承擔的功能。這些功能許多原來由各種類型的卡所承擔的功能。這些功能稱為稱為板載功能板載功能。 目前，主板的板載功能有顯卡、聲卡、網(wǎng)卡、目前，主板的板載功能有顯卡、聲卡、網(wǎng)卡、13941394卡等。卡等。CPU

35、CPU（Central Processing Unit)Central Processing Unit)中央處理器，也稱中中央處理器，也稱中央處理單元、微處理器央處理單元、微處理器. . CPU CPU是微機中是微機中運算器運算器+ +控制器控制器+ +高速緩存高速緩存組成的一塊組成的一塊集成電路芯片，是組成微型計算機的核心部件，承擔集成電路芯片，是組成微型計算機的核心部件，承擔著的運算和控制任務。著的運算和控制任務。CPUCPU的性能大致反映了微機的性的性能大致反映了微機的性能和檔次能和檔次 CPUCPU的產(chǎn)品：的產(chǎn)品：（1 1）奔騰（）奔騰（PentiumPentium）系列）系列（2 2

36、）賽揚（）賽揚（CeleronCeleron）系列）系列（3 3）酷睿（）酷睿（CoreCore）系列）系列（4 4）AMDAMD系列系列2.CPU2.CPU3.3.存儲器存儲器 存儲系統(tǒng)是計算機的重要組成部分存儲系統(tǒng)是計算機的重要組成部分, ,用來存儲計算機用來存儲計算機工作時使用的各類信息（程序和數(shù)據(jù)）。正是因為有工作時使用的各類信息（程序和數(shù)據(jù)）。正是因為有了存儲器，計算機才有信息記憶的功能。了存儲器，計算機才有信息記憶的功能。存儲器分為：內存、外存、高速緩存。存儲器分為：內存、外存、高速緩存。 微機存儲系統(tǒng)的層次結構微機存儲系統(tǒng)的層次結構內存輔存內存儲器內存儲器（1 1）內存儲器）內存

37、儲器( (內存）內存） : :（包括（包括RAMRAM和和ROMROM兩部分）兩部分） 內存又稱主存儲器，是微機中存放數(shù)據(jù)和各種程序的裝置。內存又稱主存儲器，是微機中存放數(shù)據(jù)和各種程序的裝置。速度快、容量小，價格較高，可由速度快、容量小，價格較高，可由CPUCPU直接訪問，直接為直接訪問，直接為CPUCPU提提供數(shù)據(jù)和指令，并存入由運算器送來的數(shù)據(jù)。內存以內存條的供數(shù)據(jù)和指令，并存入由運算器送來的數(shù)據(jù)。內存以內存條的形式插在主板的內存插槽上。形式插在主板的內存插槽上。 內存儲器的特點和分類內存儲器的特點和分類（1 1）只讀存儲器（）只讀存儲器（ROMROMRead Only MemoryRea

38、d Only Memory） ROM:ROM: 存放內容只能讀不能寫。（用特殊方法寫入）存放內容只能讀不能寫。（用特殊方法寫入） 特點：特點：ROMROM中的數(shù)據(jù)斷電后仍然保存。中的數(shù)據(jù)斷電后仍然保存。（2 2）隨機存取存儲器（）隨機存取存儲器（RAM RAM Random Access MemoryRandom Access Memory ） RAM RAM：存放用戶數(shù)據(jù)和程序。斷電后內容丟失，存放用戶數(shù)據(jù)和程序。斷電后內容丟失，RAMRAM中的內容中的內容可隨時讀寫?？呻S時讀寫。系統(tǒng)對內存的識別是以系統(tǒng)對內存的識別是以ByteByte（字節(jié)）為單位，每個字節(jié)由（字節(jié)）為單位，每個字節(jié)由8

39、8位二進制數(shù)組成。位二進制數(shù)組成。（2 2）高速緩沖存儲器）高速緩沖存儲器 CacheCache 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器CacheCache（緩存）（緩存）： 位于位于CPUCPU與主存間的一種容量小、速度快、造價高的存儲器，與主存間的一種容量小、速度快、造價高的存儲器，可由可由CPUCPU直接訪問。直接訪問。 作用作用：解決：解決CPUCPU運算速度與內存讀寫速度不匹配的矛盾。運算速度與內存讀寫速度不匹配的矛盾。 工作原理：工作原理： 緩存中的數(shù)據(jù)是內存中的一小部分，但這一小部分是短時間緩存中的數(shù)據(jù)是內存中的一小部分，但這一小部分是短時間內內CPUCPU即將訪問的。當即將訪問的。當CP

40、UCPU要讀取一個數(shù)據(jù)時，首先從緩存中查要讀取一個數(shù)據(jù)時，首先從緩存中查找，若找到，就立即讀取并送給找，若找到，就立即讀取并送給CPUCPU處理。若未找到，處理。若未找到， CPUCPU就再就再從內存中讀取并處理，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調入緩存從內存中讀取并處理，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調入緩存中，以便以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從緩存中進行，不必再調用中，以便以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從緩存中進行，不必再調用內存。內存。CPUCacheRAM外存外存柱面扇區(qū)磁道特點：特點：工作速度較快、存儲容量大，已超過工作速度較快、存儲容量大，已超過1TB1TB，一般配置的硬盤容量為幾百，一般配置的硬盤容量為

41、幾百GBGB。硬盤驅動器硬盤驅動器: :常用字母常用字母C C: :、D D: : 來標識。來標識。柱面：柱面：磁盤上同一編號的磁道構成柱面磁盤上同一編號的磁道構成柱面扇區(qū)：扇區(qū)：磁盤上分為若干個扇區(qū)，數(shù)據(jù)是按扇區(qū)存放的磁盤上分為若干個扇區(qū)，數(shù)據(jù)是按扇區(qū)存放的。 硬盤存儲器的基本組成是硬盤盤片和硬盤驅動器，硬盤盤片由硬盤存儲器的基本組成是硬盤盤片和硬盤驅動器，硬盤盤片由涂有磁性材料的鋁合金構成。涂有磁性材料的鋁合金構成。 1）硬盤（3 3）外部存儲器）外部存儲器（硬盤、光盤、移動盤）硬盤、光盤、移動盤）外存特點：外存特點：順序存取順序存取/ /塊存取，容量大，速度慢，價格低；不能塊存取，容量大

42、，速度慢，價格低；不能由由CPUCPU直接訪問，存放暫時不用的數(shù)據(jù)和程序。直接訪問，存放暫時不用的數(shù)據(jù)和程序。 2 2）光盤）光盤 特點特點存儲密度高、容量大、存儲密度高、容量大、成本低成本低便于攜帶便于攜帶信息保存時間長。信息保存時間長。 在光盤表面燒出小坑來記錄數(shù)在光盤表面燒出小坑來記錄數(shù)據(jù)，計算機數(shù)據(jù)采用據(jù)，計算機數(shù)據(jù)采用 0 0、1 1 方式記方式記錄，有坑的就是錄，有坑的就是1 1，沒有的地方代，沒有的地方代表表0 0。光頭發(fā)出的激光打到這些小。光頭發(fā)出的激光打到這些小坑的時候反射會不一樣，以此來讀坑的時候反射會不一樣，以此來讀取數(shù)據(jù)。取數(shù)據(jù)。 光盤存儲器的基本組成是光盤盤片和光盤驅

43、動器光盤存儲器的基本組成是光盤盤片和光盤驅動器。3 3）移動存儲設備）移動存儲設備Flash存儲設備存儲設備 閃存芯片為存儲介質閃存芯片為存儲介質采用采用USB的接口的接口可擦寫可擦寫100萬次以上萬次以上 移動硬盤移動硬盤由筆記本硬盤改裝而成，便攜由筆記本硬盤改裝而成，便攜 采用采用USB、IEEE1394接口接口設備與各部件之間的連接設備與各部件之間的連接總 線CPU及其及其他芯片他芯片內存內存外存儲器外存儲器接口接口外部設備接口外部設備接口/接口卡接口卡4.4.總線與接口總線與接口 總線是計算機中各部件之間傳輸數(shù)據(jù)的公用通道，從主機總線是計算機中各部件之間傳輸數(shù)據(jù)的公用通道，從主機各部件之間的連接，到主機與外設之間的連接，都采用了總各部件之間的連接，到主機與外設之間的連接，都采用了總線結構?？偩€的數(shù)據(jù)交換能力用總線帶寬（同一時刻能夠傳線結構?？偩€的數(shù)據(jù)交換能力用總線帶寬（同一時刻能夠傳送的二進制位數(shù)）來衡量。送的二進制位數(shù)）來衡量。 總線（總線（BUS） 連接對象連接對象內部總線：連接內部總線：連接CPUCPU芯片內部各個組成部件芯片內部各個組成部件系統(tǒng)總線：連接計