大学计算机基础-组成

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,第二章 计算机系统,第二章 计算机系统,一、计算机系统的组成,二、计算机的工作原理,三、微型计算机系统的组成,四、计算机的主要性能指标及评价,一、计算机系统的组成,1.微型计算机系统的三个层次,2.冯诺依曼型计算机,3.计算机的软件系统,1、,微型计算机系统的三个层次,微处理器,微 型,计算机,(主机),微 型,计算机,系 统,运算器,控制器,存储器,I/O接口,总线,外 设,键盘、鼠标,显示器,软驱、硬盘、光驱,打印机、扫描仪,硬件系统,软件系统,系统软件,应用软件,硬件,：计算机系统中看得见、摸得着的物理实体，,是组成,计算机系统的物质基础。,软件,：为运行、管理和维护计算机所编制的程序和各种文档的总和。,2.冯诺依曼型计算机,冯诺依曼原理：,计算机由,运算器,、,存储器,、,控制器,、,输入设备,和,输出设备,五大部分组成；,数据,和,指令,以,二进制,代码形式存放在,存储器,中，存放位置由地址确定；,采用,程序执行,方式工作。,输入设备,内存储器,运算器,控制器,程序和数据,取数,结果,存数,取指令,存取命令,运算命令,输入命令,输出设备,输出命令,用存储器来存放所要执行的程序，而中央处理器则依次从存储器取出程序中的每一条指令，并加以判断和执行，直到完成全部指令为止。,冯诺依曼机逻辑结构图,哈佛体系结构？,3.计算机软件系统,软件系统=系统软件+应用软件,系统软件,(1),操作系统,：DOS、WINDOWS、UNIX,(2)各种程序设计语言的编译系统（VB、C等）。,(3),数据库管理系统,：Oracle,Sybase,Access等,(4),其它系统服务软件,：如诊断软件等。,应用软件：,办公自动化软件、财务管理软件、服装设计软件等。,二、计算机的工作原理,1.,指令、指令系统和程序,2.计算机的指令系统_,指令的功能,3、计算机的指令系统_,指令执行流程,1.,指令、指令系统和程序,CPU,是一个可以完成一些基本操作的电子器件。,用编码表示,CPU,的,一个基本操作，称为一条,指令,。,全部指令集称为,指令系统,。,指令系统反映,CPU,的基本功能,.,指令组成,:,操作码部分，操作数部分。,是硬件设计人员和程序员能见到的机器的主要属性,是硬件构成的计算机系统向外部世界提供的直接界面,一个,CPU,的指令系统是固定的,.,不同类型的,CPU,其指令系统不同,;,同一系列向上兼容。,程序,是为要解决的问题编写出的指令集合。,用户为解决自己的问题所编写的程序称为,源程序。,2、计算机的指令系统_,指令的功能,操作码,操作数,地址1,操作数,地址2,目的,操作数,地址,下一指令的地址,操作码,:计算机要执行哪种操作(,传送、运算、跳转,等),操作数地址：,操作数,:指令执行的参与者，即各种操作的对象,目的地址:,结果存放的地址。,下一条指令的地址,：,存放在程序计数器（PC)。,开始执行当前指令之前PC自动加1。,二、计算机的工作原理,“存储程序”+“程序控制”,微机的工作过程：,计算机的工作原理是：,取指令,分析指令,执行指令,(1)取指令：,根据程序计数器PC中的值从存储器读出现行指令，送到指令寄存器IR，然后PC自动加1，指向下一条指令地址。,(2)分析指令：将IR中的指令操作码译码，分析其指令性质。如指令要求操作数，则寻找操作数地址。,(3)执行指令：取出操作数，执行指令规定的操作。根据指令不同还可能写入操作结果。,3、计算机的指令系统_,指令执行流程,微型计算机的工作过程：,计算1+2=?,汇编语言程序,对应的机器指令,对应的操作,MOV AL,1,10110000,00000001,将立即数1传送到累加寄存器AL中,ADD Al,2,00000100,00000010,计算两数和，值存放到AL中,MOV 0008,AL,10100010,00001001,00000000,将AL中的数传送到地址单元0008,HLT,11110100,停机,三、微型计算机系统的组成,微型计算机硬件的体系结构,（外）存储器,（内）存储器,中央处理器（CPU）,控制器,输入,设备,输出,设备,运算器,数据流,地 址,控制流,微机的组成,1.微型计算机硬件的体系结构,三、微型计算机系统的组成,2.微机硬件系统的各组成部分,CPU,存储器,主板,输入输出（,I/O,）设备接口,总线,输入设备,输出设备,存,储,器,I/O,接,口,输,入,设,备,I/O,接,口,数据总线 DB,控制总线 CB,地址总线 AB,输,出,设,备,微处理器,总线：,连接多个功能部件的一组公共信号线,1.微型计算机硬件的体系结构,输入设备,：,键盘、鼠标、扫描仪,输出设备,：,显示器、打印机,外,存,：软、硬盘、光盘、闪存,网络设备,：网卡、调制解调器等,计算机系统,软件,外部设备,系统软件,应用软件,硬件,运算器,控制器,主机,内存,CPU,随机存储器(RAM),只读存储器(ROM),高速缓冲存储器,操作系统：,Windows,、,Unix,、,Linux,语言处理程序：C、Pascal、VB等,实用程序：诊断程序、排错程序等,办公软件包、数据库管理系统,2.微机硬件系统的各组成部分,（1）CPU（中央处理器）,1）控制器:,指挥、协调计算机系统各部件有条不紊地工作的部件，是计算机的指挥中心。,2）运算器:,完成基本的算术运算和逻辑运算部件。,3)寄存器：,CPU中的,临时存储,单元。,4）技术指标,主频：,表征,cpu,的运行速度，单位为兆赫(MHZ)，即一秒钟工作多少百万次。,（,MIPS，,百万条指令每秒）,字长：CPU,一次可以直接处理的二进制数码的位数。,谱系,：,286、386、486、Pentium、Pentium II、Pentium III,型号标识,：,Pentium,4,3.06G Pentium III 550,CPU型号,（决定CPU的性能档次）,CPU主频,处理器的生产工艺,指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间连接线的宽度，一般以,m,或,nm,为单位,微处理器的集成度,指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。,Intel 4004,的集成度为,2250,个晶体管,目前采用的是,65,纳米技术,最新的双核处理器晶体管规模将突破,3,亿个。,双核与超线程,计算机的记忆装置，,能够存储,数据,和,程序,。,（2）存储器,1）,操作:,对存储器的操作有,读,、,写,两种。,寄存器,Cache,主存储器,辅助存储器(磁盘),大容量存储器(磁带),外存储器,内存储器,2）Mem的,分类:,2）,分类:,按照物理位置的不同,“,内存,”,“,外存,”,：存储,待,用,的数据和程序。,：存储,即将使用,或,正在使用,的数据和程序。,内存,外存,3）内存的分类:,只读存储器,（ROM-Read Only Memory)）：储存的信息只能读出，不能写入，断电后信息不会丢失。,随机存储器,（RAM-Random Access Memory）：储存的信息可以读出，也可以写入，断电后存储的信息会丢失。,CACHE(高速缓存),1、2二两级缓存,CPU,Cache,RAM,内存单元的编号就称为内存单元的地址,1 0 1 1 0 1 1 0,38F04H,内存单,元地址,内存单,元内容,.,.,.,.,.,.,7 6 5 4 3 2 1 0,CPU对内存的操作有读、写两种。,4）内存单元的地址和内容,1KB=2,10,B=1024B,1MB=1024KB,1GB=1024MB,1TB=1024GB,字节BYTE,7 6 5 4 3 2 1 0,位Bit,数据存储的最小单位：,位,（bit）,数据存储的最基本单位：,字节,（Byte）,计算机处理数据的基本单位：,字,（word）,5）数据的存储单位,目前内存的容量一般为：512M、1G、2G等。,6）内存的性能,内存容量,：内存存储空间的大小。,存取时间,：存取一次数据所需的时间（单位,ns,）来作为性能指标。,内存与主板速度、CPU速度相匹配,时钟频率,：内存所能稳定运行的工作频率。,5ns、3.6ns、3.3ns、2.8ns,DDR（Double Data Rate）SDRM,DDR,内存可以在脉冲的上升和下降沿都传输数,据，故传输数据的等效频率,2,工作频率,DDR2,内存每个时钟能够以四倍于工作频率的,速度读,/,写数据。,DDR2 400/533/667/800的工作频率:,100/133/166/200MHz,DDR3,Synchronous Dynamic Random Access Memory,7）常用的外部存储设备,外存,用于存放暂时不用的程序和数据。,内部存储器,访问速度快,暂时性,价高,外部存储器,访问速度慢,永久性,价低,读写窗口,挡板,塑料壳,轴盘连接孔,盘片,写保护孔,3.5英寸软盘示意图,6）常用的外部存储设备,容量=磁盘面数,磁道数/面,扇区数/磁道,字节数/扇区,容量=2,80,18,512（字节）,=1474560（字节B）,1024,=1440（,K,B）,=1.44（,M,B）,软盘,硬盘,既是外存，又是I/O设备,容量一般为数十兆位至数百,G,使用寿命为,20,50,万小时,转速为,5400,转,/,分,7200,转,/,分,光盘存储器,*只读型光盘,(CD-ROM),Compact Disk Read Only Memory,特点：只能写一次，680M,*一次写入型光盘（WORM）,Write Once Read Many disk,只能一次写入，写入后不能擦除、修改,*,可抹型光盘,全称：,Erasable Optical Disk,特点：能够重写,可移动存储器,优盘：又名闪存盘。,移动硬盘,特点：,容量大，单位存储成本低；,速度快；,兼容性好，即插即用；,具有良好的抗震性能。,特点：防潮、耐高低温、抗震、防电磁波、,容量大、携带方便等,（3）主板,立式机箱,用料考究、做工精细,其上安装,有,系统控制芯片组,、,BIOS ROM,芯片、,二级Cache,等部件。提供了CPU的插槽和内存储器的,插槽,及硬盘、软驱、打印机、鼠标器、键盘等I/O外部设备接口;还有多个,扩展槽,，如PCI扩展槽和AGP扩展槽，用于插接各种适配卡，如显示卡、声卡、调制解调器、网卡等。,(3),主板,(Mother Board、Main board),主板,外部接口,是用来连接键盘、鼠标、音箱、麦克风、显示器、电源线、电话线等其它外部设备的。,I/O接口,(4)I/O接口,(5)总线,指将数据和程序输入到计算机中的设备.,键盘,扫描仪,鼠标,手写笔,数码相机,摄像头,(6),输入设备:,功能键区,主键盘区,编辑键盘区,小,键盘区,指示灯区,键盘(Keyboard),鼠标,:,首先应用于苹果电脑,是一种,定位,设备。随着,Windows,操作系统的流行，鼠标变成了标准配置,.,功能：,“指点”对象，定位，绘图等。,鼠标在,Windows,中有四种,操作,：,单击左键,:,常用于选定对象；,双击左键,:,常用于激活对象；,单击右键,:,常用于弹出快捷菜单；,拖放,:,按住左键不放，滑动鼠标，,用于拖动对象。,鼠标,(Mouse),扫描仪就是将照片，书籍上的文字或图片获取下来，以图片文件的形式保存在电脑里的一种设备。,现在,大部分的扫描仪,通过,USB,接口连接计算机。,扫描仪,手写笔的出现是为了输入中文，使用者不需要再学习其它的输入法就可以很轻松的输入中文，当然这还需要专门的手写识别软件。同时手写笔还具有鼠标的作用，可以代替鼠标操作。,手写笔,摄像头 数码相机,都不是计算机的常规外设，但可以拓展计算机的使用功能。你可以根据需要选择是否配置。,显示器,音箱,打印机,投影仪,是将计算机的处理结果或处理过程中的有关信息交付给用户的设备。,(7),输出设备:,按显示器的,显示管,分类,分为传统的,CR