计算机硬件基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机硬件技术基础 学习方法,课程定位：计算机文化基础课程面向对象：大学二年级以上学生或者学习完,计算机文化基础、电子技,术等课程的学生。,学 时：48学时（讲课28学时，实验20,学时）,计算机硬件技术基础 学习方法,课程内容：计算机的发展简介。,计算机硬件技术基础知识。,CPU的结构与工作原理。,指令系统与汇编语言。,总线技术。存储器。,输入/输出系统和中断系统。,接口电路（包含定时/计数器、,A/D和D/A转换器）。,外部设备。,计算机硬件技术基础 学习方法,学习难点：1.许多硬件知识没有实物对应，,比较抽象，逻辑性强。,2.一种新的思维模式。,3.硬件技术更新快，感觉所学,的硬件知识技术陈旧，无兴趣。,计算机硬件技术基础 学习方法,学习方法：,1.充分利用课堂学习知识。,课堂学习非常重要，教师把知识和心得甚至经验传授给同学们。,2.理论和实验相结合,实验是理解理论知识最重要的环节。许多硬件一种新的思维模式。,3.平时多积累知识,硬件知识首先具有一个良好的基础，然后才能够谈到多积累。建立自身兴趣爱好。,计算机基本原理,课程计划,计算机简单发展历程,存储程序计算机原理,计算机简单发展历程,?,计算机的发展,按照计算机所用的逻辑元件（电子器件）来划分计算机的时代：,第一代电子计算机(1946年到1957年）：基本逻辑电路由电子管组成。,第二代电子计算机（1958年到1964年）：基本逻辑电路由晶体管电子元件组成。,第三代电子计算机（1965年到1970年）：基本逻辑电路由小规模集成电路组成。,第四代电子计算机（1971年以后）：采用大规模、超大规模集成电路构成逻辑电路。,晶体管，1956年诺贝尔奖，集成电路，2000年诺贝尔奖,几种电子元件比较电子管,几种电子元件比较晶体管,几种电子元件比较集成电路,第一台电子计算机（ENIAC）,5000次加法/秒,体重28吨,占地170m,2,18800只电子管,1500个继电器,功率150KW,今天的计算机,2003年：90纳米,2007年：65纳米,2008年：45纳米,2010年：32纳米,1986年：1200纳米,小巧且便宜,纳米=10,-9,米,CPU工艺,今天的计算机,功耗低,150KW,几十W,运算速度快,每秒进行,1012,次,存储程序计算机原理,?,冯-诺依曼计算机,采用二进制表示数据与指令,将程序实现存储到主存储器中，使计算机在工作时自动的从存储器中读取指令和数据,由于运算器存储器控制器输入设备和输出设备五大基本部件组成计算机系统,焦点人物,1946年6月 美籍匈牙利人,冯.诺依曼博士(Dr.Hohn von Neumann),论文:,计算机装置逻辑结构初探,产品：“存储程序式“计算机，电子离散变量计算机（The Electronic Discrete Variable Computer）EDVAC,输入设备,存储器,输出设备,运算器,控制器,控制信号,反馈信号,操作指令,地址,指令,冯-诺依曼计算机,微型计算机系统的组成,基本术语,微型计算机-简称uC或MC（MicroComputer），是指以微处理器为核心，配上存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机，又称主机或微电脑。,单板微型计算机,微型计算机系统的组成,基本术语,微型计算机系统-简称uCS或MCS（MicroComputer System）是指以卫星计算机为中心，配以相应的外围设备、电源和辅助电路以及指挥微型计算机工作的操作系统软件所构成的系统。,微型计算机系统,微型计算机系统的组成,微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系,微型计算机系统的组成,微型计算机系统的基本组成,微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。,硬件系统,微型计算机,系统,软件系统,微型计算机系统的组成,硬件系统,输入设备,辅助存储设备,输出设备,运算器,主存储器,控制器,存储器,CPU,数据流,控制流,指令流,主,机,外,设,微型计算机系统的组成,硬件系统实例示意图,微型计算机系统的组成,软件系统,完整的计算机系统除了硬件系统外，还必须配置有软件系统。,计算机软件通常分为两类：系统软件和用户软件。,主机,外设,中央处理器,（,CPU,）,内存,运算器,控制器,随机存储器（,RAM,）,只读存储器（,ROM,）,高速缓冲存储器（,Cache,）,输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响等,输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、麦克风等,外存：软盘、硬盘、光盘、闪存（优盘）等,系统软件,应用软件,语言处理程序：,C,、,Pascal,、,F,ORTRAN,、,Visual BASIC,等,操作系统：,Dos,、,Windows,、,UNIX,、,Linux,、,MAC OS X,实用程序：诊断程序、排错程序等,专用应用软件：如各企业的管理信息系统等,通用应用软件：办公软件、数据库管理系统、计算机辅助设计等,硬件系统,软件系统,微型计算机系统的组成,微型计算机系统的组成,计算机系统的层次构成,用 户,系统应用程序,操 作 系 统,机 器 语 言,硬 件 系 统,微机硬件系统结构基础,典型的计算机硬件系统结构是一种面向系统的总线结构。用系统总线将各个部件连接起来。,微机硬件系统结构基础,根据所传送信息的内容和作用不同，系统总线分为3种：,数据总线（Data Bus，DB）,地址总线（Address Bus，AB）,控制总线（Control Bus，CB）,采用总线结构时，系统中各部件均挂在总线上，可以使微机系统的结构比较简单，易于维护，并具有更大的灵活性和更好的可扩展性。,一个简单的微处理器主要由运算器、控制器和内部寄存器阵列3个基本部分组成。,运算器用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作,控制器将指令功能转化为控制信号,内部寄存器组用来保存控制或运算的数据及结果等,累加器,数据寄存器,程序计数器,地址寄存器,标志寄存器,微机硬件系统结构基础,微机系统的主要性能指标,字长,字长指CPU进行运算和数据处理的最基本的信息位长度，也就是一次可以处理的二进制数码的位数。计算机的字长已经由8位、16位发展到现在的32位、64位。,运算速度,运算速度是指计算机每秒钟所能执行的指令条数，单位为每秒百万条指令,主存容量,主存容量是指主存储器所能存储二进制信息的总量。内存容量越大。微型计算机的存储单元数越多,其“记忆”的功能越强。,外围设备的配置,外部设备的配置及扩展能力主要指计算机系统连接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性。,系统软件配置,软件配置也是衡量微机性能的主要指标，主要考察其操作系统是否操作简单，功能强大而且能够满足用户要求,CPU的主要参数,主频,CPU的工作频率，如平时说P4 1.8G即主频为1.8GHz,外频,CPU的外部时钟频率，一般为66MHz、100MHz、133MHz等,，现在可以达到333MHz或者更高。,倍频,CPU外频与主频相差的倍数。,主频=外频倍频,微机系统的主要性能指标,CPU的主要参数,接口,指CPU和主板连接的接口，接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式。目前主流针脚式。根据针脚数不同，常见Socket 370、Socket 423、Socket 478、Socket 775,缓存,一种可以提升CPU存取数据效率的存储器。有L1或L2甚至L3缓存。L1缓存单位一般为KB。,多媒体指令集,专门为提高计算机在多媒体、三维图形方面的应用能力而增加的指令。主要有Intel的MMX、SSE/SSE2和AMD的3D Now指令集。,微机系统的主要性能指标,CPU的主要参数,制造工艺,决定集成度。早期有0.5um，现主要0.18um和0.13um。,电压,指CPU的工作电压。目前一般为。,封装形式,CPU的外观。Socket插座的CPU使用PGA方式封装。,整数单元和浮点单元,ALU负责整数运算，是CPU运算速度的重要体现,FPU负责浮点运算，关系到多媒体，三维图形处理能力。,微机系统的主要性能指标,