第三章計算機硬件

1、計算機的構成,主要內容： 1.計算機系統(tǒng)及硬件，軟件的概念 2.中央處理器CPU與主存儲器 3.輔助存儲器：軟盤、硬盤. 4.輸入、輸出設備 5.總線 6.計算機基本工作原理：指令和程序概念,計算機系統(tǒng)的基本組成,計算機系統(tǒng)=硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)硬件是指有形的物理設備，是計算機系統(tǒng)中實際物理裝置的總稱。軟件是指在硬件上運行的程序和相關的數(shù)據(jù)及文檔。硬件是軟件的工作基礎，軟件是硬件功能的擴充和完善。

2、兩者相互依存，相互促進。軟件與硬件的結合，構成完整的計算機系統(tǒng)。,一、 計算機硬件的基本組成,1. 中央處理器2. 主存儲器與輔助存儲器3. 輸入/輸出設備4 .總線,計算機硬件基本組成示圖,,運算器,控制器,存儲器,輸入設備,輸出設備,,,,,,,,,,,,CPU,,以總線連接的計算機5個部分,中央處理器,主存儲器,輸入/輸出設備,中央處理器,,,,,,,總線,1.1 中央處理器,處理器是計算機的核心部分，主要由運算器、控制器

3、組成。運算器用來對數(shù)據(jù)進行各種算術和邏輯運算。也稱為執(zhí)行單元?？刂破魇怯嬎銠C硬件系統(tǒng)的指揮中心，它的作用是控制程序的執(zhí)行，確保各個部件協(xié)調一致，有條不紊地完成各種操作。一臺計算機中可以包含多個處理器，其中承擔系統(tǒng)軟件和應用軟件運行任務的處理器稱為中央處理器，簡稱CPU,Pentium處理器邏輯結構圖,指令Cache,指令預取指令譯碼,ROM,控制器,整數(shù)ALU1,整數(shù)ALU2,浮點運算器,數(shù)據(jù)Cache,,,,,,,,,,,,

4、,,地址轉換與管理部件,總線接口部件,,,,,,,,,,,,,系統(tǒng)總線,,,,,2.1 主存儲器,主存儲器又稱內存儲器或內存，直接與CPU相連，是主機不可缺少的一部分，用來存儲計算機運行中的程序和各種數(shù)據(jù)。主存由超大規(guī)模集成電路存儲器芯片組成，存取速度快，但容量較小。主存儲器又分為RAM和ROM。,2.2 主存儲器（續(xù)）,RAM（Random Access Memory）即隨機存取存儲器。即可從其中讀取信息，也可向其中寫入信息。開機之

5、前RAM中沒有信息，開機后操作系統(tǒng)對其管理，關機后其中的信息都將消失。RAM中的信息可隨時根據(jù)需要而改變。Rom(Read Only Memory)即只讀存儲器。只可從其中讀取信息，不可向其中寫入信息，在開機之前ROM中已經(jīng)事先存有信息，關機后其中的信息不會消失。內存中可存儲信息的多少稱為存儲的容量，其基本單位為字節(jié)（Byte）,目前，主存的容量為 幾兆字節(jié)到幾十兆字節(jié)。,2.2 輔助存儲器,輔助存儲器又稱為外存儲器，或外存。其容量

6、相對較大，一般用來存放長期保存或相對來說暫時不用的各種程序和信息。計算機實際執(zhí)行程序和加工處理數(shù)據(jù)時，輔存中的信息需要先傳送到主存后才能被CPU使用。輔存容量大，能長期可靠地保存信息，存取方便目前，微機中常用輔存有軟磁盤存儲器，硬磁盤存儲器和光盤存儲器。,2.3 輔助存儲器（續(xù)）,（1）軟盤3.5英寸軟盤存儲容易1.44MB，軟盤驅動器是讀寫軟盤的專用裝置。一般用標識符A：（或B：）表示軟盤驅動器（盤號）軟盤使用注意幾點：①軟盤

7、首次使用前需格式化②軟盤角上有一個方形小孔（寫保護窗口），將窗口內滑塊推上露出小口，則對軟盤只能讀出信息而不能寫入信息，稱為寫保護。③軟盤易損壞，受潮、受熱、磁場干擾，擠壓均會引起軟盤受損。,2.3 輔助存儲器（續(xù)）,硬盤硬磁盤存儲器是由一組磁盤和硬盤驅動器構成，二者封裝在金屬盒中，稱為硬盤。與軟盤相比硬盤容量大，存取速度快，目前微機上硬盤容量1GB-25GB，一般用C：表示硬盤驅動器。硬盤若分成幾個邏輯驅動器，一般再用D：（或E

8、：等）表示，硬盤首次使用前也要格式化。硬盤C：上裝有啟動計算機的系統(tǒng)軟件，以便以后從硬盤啟動計算機。,2.3 輔助存儲器（續(xù)）,光盤光盤使用越來越普遍，只讀光盤CD-ROM存儲容量達650MB。,存儲器層次結構圖,后援存儲器（磁帶庫、光盤）,輔助存儲器（軟盤、硬盤、光盤）,主存儲器（DRAM）,Cache存儲器,ALU寄存器,3.1 輸入/輸出設備,定義: 輸入是把信息送入計算機系統(tǒng)的過程，輸出是從計算機系統(tǒng)送出信息的過程，用戶就是通

9、過輸入/輸出設備與計算機系統(tǒng)互相通信。微機系統(tǒng)中常用輸入設備：鍵盤、鼠標器、掃描儀微機系統(tǒng)中常用輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀,4.1 總線,定義總線上連接計算機各個部件的通信線路和相關的控制電路，三種信號數(shù)據(jù)信號（總線）--是CPU與內存輸入/輸出接口之間傳輸數(shù)據(jù)的通道地址信號（總線）--用于傳送內存、輸入/輸出接口地址數(shù)據(jù)，CPU按此地址尋找數(shù)據(jù)控制信號（總線）--傳送CPU發(fā)出或接收的控制信號。,4.1 總線（續(xù)）

10、,微機中常用總線：①ISA總線：工業(yè)標準總線，也叫AT總線，數(shù)據(jù)16位②EISA總線：擴展的工業(yè)標準總線與ISA總線兼容，數(shù)據(jù)線32位③PCI總線：局部總線標準，數(shù)據(jù)線32-64位。,微型計算機硬件組成,,,,,顯示器,主機,鼠標,鍵盤,二、 計算機的工作原理,指令指令的格式指令系統(tǒng)程序,1.1 指令,指令是用來規(guī)定計算機執(zhí)行的操作和操作對象所在存儲位置的一個二進位串,1.2 指令的格式,一條指令由操作碼和地址碼兩部分組成。

11、例如二地址指令格式如下：操作碼地址碼1地址碼2操作碼：具體說明指令的性質或功能，每條指令只有一個操作碼地址碼 :包括著操作數(shù)的來源，結果的去向或下一條指令的地址等信息，不同指令中地址碼的個數(shù)可以不一樣。,1.3 指令系統(tǒng),指令系統(tǒng)定義一臺計算機所能識別并執(zhí)行的全部指令的集合，稱為該臺計算機的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)中有數(shù)以百計的不同指令。,1.3 指令系統(tǒng)(續(xù)）,兼容性問題每種CPU都有自己獨特的指令系統(tǒng)，用某一類計算機的機器

12、語言編制的程序難以在其他各類計算機上運行，這個問題稱之為指令不兼容。向下兼容： 如586機器語言向下兼容486機器語言程序。指令精簡問題精簡指令系統(tǒng)計算機RISC。,1.3 指令系統(tǒng)（續(xù)）,指令的分類；數(shù)據(jù)傳送指令算術運算指令邏輯運算指令移位運算指令位與位串操作控制與轉移指令輸入/輸出指令其它指令。,1.4 指令的執(zhí)行,指令預取指令譯碼地址計算執(zhí)行運算回送結果,1.5 程序,為解決某一問題而設計的一系列指令

13、稱為程序。程序和相關數(shù)據(jù)存放在存儲器中，計算的工作就是執(zhí)行存放在存儲器中的程序。計算機運行程序的過程就是一條一條地執(zhí)行指令的過程。程序的執(zhí)行又自動地控制著整個計算機的全部操作。這就是50年前美國數(shù)學家馮·諾依曼提出的程序存儲和程序控制的思想。這也是目前計算機的基本工作方式。,三、 計算機性能評測,計算機硬件性能指標評測計算機系統(tǒng)性能的方法,計算機硬件性能指標,CPU運行速度主存容量輔存容量總線傳輸速率（以MB/S為單位