第2章-计算机组成与工作原理ppt课件.ppt

严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。大学计算机基础计算机科学概论赵 欢 骆嘉伟 徐红云 李丽娟 编著严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。第一部分 计算机组成与结构第2章 计算机组成与工作原理大学计算机基础计算机科学概论严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.1 2.1 2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.2 2.2 2.2 2.2 门和电路门和电路门和电路门和电路2.3 2.3 2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成计算机硬件组成计算机硬件组成2.4 2.4 2.4 2.4 计算机的工作过程计算机的工作过程计算机的工作过程计算机的工作过程2.5 2.5 2.5 2.5 计算机系统的组成计算机系统的组成计算机系统的组成计算机系统的组成2.6 2.6 2.6 2.6 小结小结小结小结本章内容提要3大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。4大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.1 2.1.1 数制及其转换数制及其转换数制及其转换数制及其转换1.1.常用计数制常用计数制常用计数制常用计数制 (1)(1)十进制十进制十进制十进制 每位数符为每位数符为09，逢十进一。，逢十进一。N10=(式2.1)(2)(2)二进制二进制二进制二进制每位数符为每位数符为0或或1，逢二进一。，逢二进一。N2=(式2.2)严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。5大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.1 2.1.1 数制及其转换数制及其转换数制及其转换数制及其转换1.1.常用计数制常用计数制常用计数制常用计数制 (3)(3)八进制八进制八进制八进制 每位数符为每位数符为07，逢八进一。，逢八进一。N8=(式2.3)(4)(4)十六进制十六进制十六进制十六进制每位数符为每位数符为09，AF，逢十六进一。，逢十六进一。N16=(式2.4)严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。6大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.1 2.1.1 数制及其转换数制及其转换数制及其转换数制及其转换1.1.常用计数制常用计数制常用计数制常用计数制(5)(5)四种计数制四种计数制四种计数制四种计数制 对照表：对照表：对照表：对照表：十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F表表2.12.1 四种计数制对照表四种计数制对照表严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。7大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.1 2.1.1 数制及其转换数制及其转换数制及其转换数制及其转换2.2.各种数制间的转换各种数制间的转换各种数制间的转换各种数制间的转换 (1)(1)二进制二进制二进制二进制十进制十进制十进制十进制按式（按式（2.2）按权展后，再求和。）按权展后，再求和。例(110111.101)=12512402312212112012-102-212-3=(55.625)严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。8大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.1 2.1.1 数制及其转换数制及其转换数制及其转换数制及其转换2.2.各种数制间的转换各种数制间的转换各种数制间的转换各种数制间的转换 (2)(2)十进制十进制十进制十进制二进制二进制二进制二进制整数部分除整数部分除2取余，余数从后向前排列；取余，余数从后向前排列；小数部分乘小数部分乘2取整，整数从前向后排列。取整，整数从前向后排列。例(12.6875)10=(1100.1011)2212(00.687526(0223(11.375021(1200.75021.5021.0严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。9大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.1 2.1.1 数制及其转换数制及其转换数制及其转换数制及其转换2.2.各种数制间的转换各种数制间的转换各种数制间的转换各种数制间的转换 (3)(3)二进制二进制二进制二进制 八进制八进制八进制八进制 从小数点开始分别向左、向右每三位分为一组，再将每组从小数点开始分别向左、向右每三位分为一组，再将每组用对应的八进制数位表示。用对应的八进制数位表示。例(11101010011.101110)2=(3523.56)8352356 二进制数转换为八进制数时为上述逆运算。二进制数转换为八进制数时为上述逆运算。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。10大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.1 2.1.1 数制及其转换数制及其转换数制及其转换数制及其转换2.2.各种数制间的转换各种数制间的转换各种数制间的转换各种数制间的转换 (4)(4)二进制二进制二进制二进制 十六进制十六进制十六进制十六进制 从小数点开始分别向左、向右每四位分为一组，再将每组用对应的十从小数点开始分别向左、向右每四位分为一组，再将每组用对应的十六进制数位表示。六进制数位表示。例(111101010011.10111000)2=(F53.B8)16F53B8 二进制数转换为八进制数时为上述逆运算。二进制数转换为八进制数时为上述逆运算。(5)(5)其他其他其他其他 十进制转换成八进制、十六进制的原理与十进制转换成二进制原理类十进制转换成八进制、十六进制的原理与十进制转换成二进制原理类似，仅需将基数改成似，仅需将基数改成8、16即可。即可。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。11大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.2 2.1.2 计算机内信息的表示计算机内信息的表示计算机内信息的表示计算机内信息的表示1.1.数值数据的表示数值数据的表示数值数据的表示数值数据的表示 (1)(1)整数的表示整数的表示整数的表示整数的表示 无符号整数无符号整数无符号整数无符号整数 机器字长的所有位都表示数值大小，步骤：机器字长的所有位都表示数值大小，步骤：l 首先将整数转换为二进制形式；首先将整数转换为二进制形式；l 如果二进制位数不足位，则在二进制的左边补如果二进制位数不足位，则在二进制的左边补0。例将9存储在8位字长的存储单元中。解：首先将9转换成二进制数1001；然后高位补4个0使总位数为8，得到00001001；最后将该数存储在存储单元中。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。12大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.2 2.1.2 计算机内信息的表示计算机内信息的表示计算机内信息的表示计算机内信息的表示1.1.数值数据的表示数值数据的表示数值数据的表示数值数据的表示 (1)(1)整数的表示整数的表示整数的表示整数的表示 有符号整数有符号整数有符号整数有符号整数 在数据的最高位为符号位，在数据的最高位为符号位，0表示表示“正数正数”，1表示表示“负数负数”。例将9存储在8位字长的存储单元中。解：8位中，最高位为符号位，余下7位是有效数值位；最后存储的结果是10001001。【机器中整数的表示一般有原码、反码和补码表示法，此例是原码表示。机器中整数的表示一般有原码、反码和补码表示法，此例是原码表示。】严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。13大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.2 2.1.2 计算机内信息的表示计算机内信息的表示计算机内信息的表示计算机内信息的表示1.1.数值数据的表示数值数据的表示数值数据的表示数值数据的表示 (2)(2)小数的表示小数的表示小数的表示小数的表示l l 定点表示定点表示定点表示定点表示l l 浮点表示浮点表示浮点表示浮点表示 (3)BCD (3)BCD（Binary Coded DecimalBinary Coded Decimal）码）码）码）码 每四位二进制数为一组，表示一位十进制数。二进制编码每四位二进制数为一组，表示一位十进制数。二进制编码00001001，分别代表十进制数位，分别代表十进制数位0-9。图2.1 浮点数据格式图2.1 浮点数据格式图图2.1 浮点数据格式浮点数据格式严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。14大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.2 2.1.2 计算机内信息的表示计算机内信息的表示计算机内信息的表示计算机内信息的表示2.2.非数值数据的表示非数值数据的表示非数值数据的表示非数值数据的表示 (1)(1)字符和字符串的表示字符和字符串的表示字符和字符串的表示字符和字符串的表示 字符：字符：字符：字符：ASCII码（码（American Standard Code for Information Interchange）字符串：字符串：字符串：字符串：连续存放的字符编码连续存放的字符编码 (2)(2)汉字的表示：汉字的表示：汉字的表示：汉字的表示：汉字输入码（输入汉字用）汉字输入码（输入汉字用）汉字机内码（机内存储和处理汉字用）汉字机内码（机内存储和处理汉字用）汉字字形码（输出汉字用）汉字字形码（输出汉字用）1981年我国国家标准局公布了年我国国家标准局公布了GB2312-80，即，即信息交换用汉字编码字符信息交换用汉字编码字符集集基本集基本集，简称国标码。共收集常用汉字，简称国标码。共收集常用汉字6763个，各种图形符号个，各种图形符号682个，个，共计共计7445个。个。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。15大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.1 2.1 计算机常用的数制及机内信息表示计算机常用的数制及机内信息表示2.1.2 2.1.2 计算机内信息的表示计算机内信息的表示计算机内信息的表示计算机内信息的表示2.2.非数值数据的表示非数值数据的表示非数值数据的表示非数值数据的表示 (3)(3)图像的表示：图像的表示：图像的表示：图像的表示：位图图像、矢量图像位图图像、矢量图像 (4)(4)音频和视频的表示：音频和视频的表示：音频和视频的表示：音频和视频的表示：在一般声像设备中，音频和视频信息通常都表示为模拟量，但计算机的在一般声像设备中，音频和视频信息通常都表示为模拟量，但计算机的CPU却只能处理数字量。因此，无论音频信息或视频信息，在进入却只能处理数字量。因此，无论音频信息或视频信息，在进入CPU以前以前都要先转换为二进制数据（模都要先转换为二进制数据（模/数转换），才能交给数转换），才能交给CPU加工处理；反之，从加工处理；反之，从CPU输出的声音输出的声音/图像信息，也要先从二进制数据转换为音频图像信息，也要先从二进制数据转换为音频/视频模拟信号视频模拟信号（数（数/模转换），然后交给声像设备播放。模转换），然后交给声像设备播放。图图2.3 黑白图像的位图图像表示黑白图像的位图图像表示严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。16大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.2 2.2 门和电路门和电路 对电信号执行基础运算的设备，接受一对电信号执行基础运算的设备，接受一对电信号执行基础运算的设备，接受一对电信号执行基础运算的设备，接受一个或多个个或多个个或多个个或多个输入输入输入输入 信号，产生一个输出信号。信号，产生一个输出信号。信号，产生一个输出信号。信号，产生一个输出信号。由门组合而成，完成更加复杂的任务。由门组合而成，完成更加复杂的任务。由门组合而成，完成更加复杂的任务。由门组合而成，完成更加复杂的任务。门和电路的表达方法：门和电路的表达方法：门和电路的表达方法：门和电路的表达方法：一种表达二值逻辑运算的数学表示法。一种表达二值逻辑运算的数学表示法。逻辑门和电路的图形化表示。逻辑门和电路的图形化表示。列出所有可能的输入值和相关输出值的表。列出所有可能的输入值和相关输出值的表。门门门门(gate)(gate)：电路电路电路电路(circuit)(circuit)：布尔表达式布尔表达式 (boolean algebra)(boolean algebra)：逻辑框图逻辑框图 (logic diagram)(logic diagram)：真值表真值表 (truth table)(truth table)：严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。17大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.2 2.2 门和电路门和电路2.2.1 2.2.1 门门门门1.1.基本门基本门基本门基本门 (1)(1)非门非门非门非门 (2)(2)与门与门与门与门图图2.5 非门的各种表示法非门的各种表示法图图2.6 与门的各种表示法与门的各种表示法严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。18大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.2 2.2 门和电路门和电路2.2.1 2.2.1 门门门门1.1.基本门基本门基本门基本门 (3)(3)或门或门或门或门 (4)(4)异或门异或门异或门异或门图图2.7 或门的各种表示法或门的各种表示法图图2.8 异或门的各种表示法异或门的各种表示法严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。19大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.2 2.2 门和电路门和电路2.2.1 2.2.1 门门门门1.1.基本门基本门基本门基本门 (5)(5)与非门和或非门与非门和或非门与非门和或非门与非门和或非门图图2.9 与非门的各种表示法与非门的各种表示法图图2.10 或非门的各种表示法或非门的各种表示法严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。20大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.2 2.2 门和电路门和电路2.2.1 2.2.1 门门门门1.1.基本门基本门基本门基本门 (6)(6)具有更多输入的门具有更多输入的门具有更多输入的门具有更多输入的门 例例例例.一个三输入的与门一个三输入的与门一个三输入的与门一个三输入的与门图图2.11 三输入与门的各种表示法三输入与门的各种表示法严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。21大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.2 2.2 门和电路门和电路2.2.1 2.2.1 门门门门2.2.门的构造：门的构造：门的构造：门的构造：现代计算机中的门电路是由晶体三极管构成的。现代计算机中的门电路是由晶体三极管构成的。现代计算机中的门电路是由晶体三极管构成的。现代计算机中的门电路是由晶体三极管构成的。(1)(1)晶体管工作原理晶体管工作原理晶体管工作原理晶体管工作原理图图2.12 晶体三极管示意图晶体三极管示意图严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。22大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.2 2.2 门和电路门和电路2.2.1 2.2.1 门门门门2.2.门的构造门的构造门的构造门的构造 (2)(2)用晶体管构造门用晶体管构造门用晶体管构造门用晶体管构造门图图2.13 用晶体构造门示例用晶体构造门示例(a)构造非门(b)构造与非门(c)构造或非门严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。23大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.2 2.2 门和电路门和电路2.2.2 2.2.2 电路电路电路电路1.1.组合电路：组合电路：组合电路：组合电路：把一个门的输出作为另一个门的输入把一个门的输出作为另一个门的输入图图2.14 组合电路示例组合电路示例l 组合电路组合电路(combinationalcircuit)(combinationalcircuit)l 时序电路时序电路(sequential circuit)(sequential circuit)严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。24大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.2 2.2 门和电路门和电路2.2.2 2.2.2 电路电路电路电路2.2.时序电路时序电路时序电路时序电路3.3.集成电路：集成电路：集成电路：集成电路：又称芯片，是嵌入了多个门的硅片。又称芯片，是嵌入了多个门的硅片。图图2.15 时序电路示例时序电路示例R-SR-S锁存器锁存器图图2.16 集成电路芯片示例集成电路芯片示例严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。25大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.2 2.2 门和电路门和电路2.2.2 2.2.2 电路电路电路电路3.3.集成电路集成电路集成电路集成电路规规 模模缩缩 写写门门 数数小规模集成电路SSI110中规模集成电路MSI10100大规模集成电路LSI100100000超大规模集成电路VLSI多于100000表表2.4 集成电路分类集成电路分类严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。26大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成2.3.1 2.3.1 冯冯冯冯 诺伊曼结构诺伊曼结构诺伊曼结构诺伊曼结构图图2.17 冯冯诺伊曼结构诺伊曼结构运算器：运算器：运算器：运算器：负责各种算术运算和负责各种算术运算和 逻辑运算。逻辑运算。控制器：控制器：控制器：控制器：整个计算机的指挥中整个计算机的指挥中 心，负责往其他部件心，负责往其他部件 发送控制命令。发送控制命令。存储器：存储器：存储器：存储器：计算机的记忆部件。计算机的记忆部件。输入设备：输入设备：输入设备：输入设备：负责将程序和数据负责将程序和数据 输入计算机。输入计算机。输出设备：输出设备：输出设备：输出设备：负责将程序执行结负责将程序执行结 果输出计算机。果输出计算机。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。27大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成2.3.2 2.3.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成 现代计算机均遵照冯现代计算机均遵照冯现代计算机均遵照冯现代计算机均遵照冯 诺依曼体系结构，计算机硬件系统由诺依曼体系结构，计算机硬件系统由诺依曼体系结构，计算机硬件系统由诺依曼体系结构，计算机硬件系统由运算器运算器运算器运算器、控制器控制器控制器控制器、存储器存储器存储器存储器、输入设备输入设备输入设备输入设备、输出设备输出设备输出设备输出设备以及将它们连以及将它们连以及将它们连以及将它们连结为有机整体的结为有机整体的结为有机整体的结为有机整体的总线总线总线总线构成。构成。构成。构成。运算器和控制器的统称运算器和控制器的统称运算器和控制器的统称运算器和控制器的统称 CPU CPU和内存储器的统称和内存储器的统称和内存储器的统称和内存储器的统称 外存储器、输入设备和输出设备的统称外存储器、输入设备和输出设备的统称外存储器、输入设备和输出设备的统称外存储器、输入设备和输出设备的统称l l 中央处理单元（中央处理单元（CentralProcessingUnit,CPUCentralProcessingUnit,CPU）:l l 主机（主机（MainFrameMainFrame）:l l 外部设备（外部设备（Input/OutputInput/OutputDeviceDevice）:严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。28大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成2.3.2 2.3.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成1.1.中央处理单元中央处理单元中央处理单元中央处理单元 由算术逻辑单元（由算术逻辑单元（Arithmetic Logical UnitArithmetic Logical Unit，ALUALU）、控制单元（）、控制单元（Control Control UnitUnit，CUCU）和寄存器组（）和寄存器组（Register FileRegister File）构成。）构成。图图2.18 CPU CPU内部结构内部结构严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。29大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成2.3.2 2.3.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成1.1.中央处理单元中央处理单元中央处理单元中央处理单元（1 1）算术逻辑单元（）算术逻辑单元（ALUALU）：进行算术运算和逻辑运算的部件）：进行算术运算和逻辑运算的部件（2 2）寄存器组（）寄存器组（Register FileRegister File）：一系列寄存器）：一系列寄存器 寄存器是用于临时存放数据的高速存储设备。主要有：寄存器是用于临时存放数据的高速存储设备。主要有：数据寄存器数据寄存器 用于存放参与运算的操作数和运算的结果。用于存放参与运算的操作数和运算的结果。程序计数器程序计数器PCPC（指令计数器）（指令计数器）它给出程序中下一条指令在存储器中的单元地址。它给出程序中下一条指令在存储器中的单元地址。指令寄存器指令寄存器IRIR 保存当前正在执行的指令，在指令执行过程中它决定指令的操作性质保存当前正在执行的指令，在指令执行过程中它决定指令的操作性质 及参与操作的操作数地址等。及参与操作的操作数地址等。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。30大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成2.3.2 2.3.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成1.1.中央处理单元中央处理单元中央处理单元中央处理单元（3 3）控控制制单单元元（CUCU）：计计算算机机的的管管理理机机构构和和指指挥挥中中心心，它它协协调调计计算算机机的的各各部部件自动地工作。件自动地工作。程序：程序：由一系列指令构成的。由一系列指令构成的。指令：指令：要求计算机进行基本操作的命令。要求计算机进行基本操作的命令。指令的基本格式：指令的基本格式：操作码操作码（OPOP）地址码地址码（A A）严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。31大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成2.3.2 2.3.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成2.2.存储器存储器存储器存储器 图图2.19 三级存储体系三级存储体系l l CacheCache和主存构成和主存构成和主存构成和主存构成CacheCache存储系统，其目的存储系统，其目的存储系统，其目的存储系统，其目的 是为了提高速度，解决是为了提高速度，解决是为了提高速度，解决是为了提高速度，解决CPUCPU与主存之间速度与主存之间速度与主存之间速度与主存之间速度 不匹配的矛盾。不匹配的矛盾。不匹配的矛盾。不匹配的矛盾。l 主存和辅存构成虚拟存储系统，其目的主存和辅存构成虚拟存储系统，其目的 是弥补主存容量的不足。是弥补主存容量的不足。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。32大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成2.3.2 2.3.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成2.2.存储器存储器存储器存储器 容量一般以字节（容量一般以字节（Byte，简写，简写B）为单位衡量，）为单位衡量，1个字（个字（Word，简写，简写W）等于等于2个字节。目前，用来度量主存容量的单位主要有千字节（个字节。目前，用来度量主存容量的单位主要有千字节（Kilobyte，简写，简写KB）、兆字节（）、兆字节（Megabyte，简写，简写MB）、吉字节（）、吉字节（Gigabyte，简，简写写GB）、太字节（）、太字节（Terabyte，简写，简写TB）和皮字节（）和皮字节（Petabyte，简写，简写PB）。）。1KB=21KB=21010B=1,024BB=1,024B1MB=21MB=21010KB=2KB=22020B=1,048,576BB=1,048,576B1GB=21GB=21010MB=2MB=22020KB=2KB=23030B=1,073,741,824BB=1,073,741,824B1TB=210GB=220MB=230KB=240B=1,099,511,627,776B1TB=210GB=220MB=230KB=240B=1,099,511,627,776B1PB=210TB=220GB=230MB=240KB=250B=1,125,899,906,842,624B1PB=210TB=220GB=230MB=240KB=250B=1,125,899,906,842,624B严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。33大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成2.3.2 2.3.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成2.2.存储器存储器存储器存储器图图2.20 主存储器构成框图主存储器构成框图严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。34大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成2.3.2 2.3.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成3.3.输入设备输入设备输入设备输入设备 输入设备（输入设备（Input Device）的作用是将参加运算的数据和程序送入计算机，）的作用是将参加运算的数据和程序送入计算机，并将它们转换成计算机能识别的信息，一般均通过接口主机连接。并将它们转换成计算机能识别的信息，一般均通过接口主机连接。4 4输出设备输出设备输出设备输出设备 输出设备（输出设备（Out Device）是将计算处理的结果转化为人或其他设备所能）是将计算处理的结果转化为人或其他设备所能识别或接收的信息形式的装置，也需通过设置接口主机连接。识别或接收的信息形式的装置，也需通过设置接口主机连接。图图2.26 IO IO部件逻辑框图部件逻辑框图严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。35大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成2.3.2 2.3.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成5.5.总线（总线（总线（总线（BusBus）:连接计算机各部分之间进行信息传送的一组公共传输连接计算机各部分之间进行信息传送的一组公共传输线线图图2.27 以总线连接的计算机组成框图以总线连接的计算机组成框图l l 地址总线（地址总线（Address BusAddress Bus）：）：CPUCPU地址引脚地址引脚l l 数据总线（数据总线（Data BusData Bus）：）：CPUCPU数据引脚数据引脚l l 控制总线（控制总线（Control BusControl Bus）：）：CPUCPU控制引脚和状态引脚控制引脚和状态引脚严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。36大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.3 2.3 计算机硬件组成计算机硬件组成2.3.3 2.3.3 总线访问总线访问总线访问总线访问 CPUCPU通过总线访问主存或外设，称为总线访问或总通过总线访问主存或外设，称为总线访问或总通过总线访问主存或外设，称为总线访问或总通过总线访问主存或外设，称为总线访问或总线操作。线操作。线操作。线操作。CPUCPU的动作不外乎内部操作和总线操作两种。的动作不外乎内部操作和总线操作两种。的动作不外乎内部操作和总线操作两种。的动作不外乎内部操作和总线操作两种。CPUCPU内部操作并不需要通过总线，非常快。内部操作并不需要通过总线，非常快。内部操作并不需要通过总线，非常快。内部操作并不需要通过总线，非常快。CPU CPU总线访问步骤见例总线访问步骤见例总线访问步骤见例总线访问步骤见例2.122.12和例和例和例和例2.132.13。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。37大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.4 2.4 计算机的工作过程计算机的工作过程2.4.1 2.4.1 指令执行过程指令执行过程指令执行过程指令执行过程 图图2.28 指令执行过程指令执行过程取取指指令令：CPUCPUCPUCPU根根根根据据据据程程程程序序序序计计计计数数数数器器器器PCPCPCPC的的的的内内内内容容容容，将将将将下下下下一一一一条条条条即即即即将将将将要要要要执执执执行行行行的的的的指指指指令令令令从从从从主主主主存存存存复复复复制制制制到到到到指指指指令令令令寄寄寄寄存存存存器器器器IRIRIRIR中中中中。复复复复制制制制完完完完成成成成后后后后，程序计数器程序计数器程序计数器程序计数器PCPCPCPC的内容自动加的内容自动加的内容自动加的内容自动加1 1 1 1，指向下一条指令。，指向下一条指令。，指向下一条指令。，指向下一条指令。译译码码：对对对对IRIRIRIR中中中中的的的的指指指指令令令令代代代代码码码码进进进进行行行行译译译译码码码码分分分分析析析析，确确确确定定定定是是是是什什什什么么么么类类类类型的指令。型的指令。型的指令。型的指令。执执行行指指令令：根根根根据据据据指指指指令令令令译译译译码码码码的的的的结结结结果果果果，控控控控制制制制单单单单元元元元向向向向有有有有关关关关的的的的功功功功能能能能部部部部件件件件发发发发送送送送为为为为执执执执行行行行该该该该指指指指令令令令所所所所需需需需要要要要的的的的一一一一切切切切控控控控制制制制信信信信号号号号，以以以以正正正正确确确确执行该指令。执行该指令。执行该指令。执行该指令。计算机的工作过程的实质：执行程序的过程。计算机的工作过程的实质：执行程序的过程。计算机的工作过程的实质：执行程序的过程。计算机的工作过程的实质：执行程序的过程。执行程序的过程：逐条执行指令的过程。执行程序的过程：逐条执行指令的过程。执行程序的过程：逐条执行指令的过程。执行程序的过程：逐条执行指令的过程。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。38大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论2.4 2.4 计算机的工作过程计算机的工作过程2.4.2 2.4.2 计算机工作过程计算机工作过程计算机工作过程计算机工作过程例例例例2.142.14：设设设设有有有有一一一一台台台台计计计计算算算算机机机机，其其其其基基基基本本本本字字字字长长长长为为为为3232位位位位，通通通通用用用用寄寄寄寄存存存存器器器器有有有有1616个个个个（需需需需要要要要4 4位位位位二二二二进进进进制制制制寻寻寻寻址址址址），指指指指令令令令操操操操作作作作码码码码为为为为8 8位位位位，存存存存储储储储单单单单元元元元地地地地址址址址为为为为2020位，为书写方便采用十六进制代码，其部分指令如表位，为书写方便采用十六进制代码，其部分指令如表位，为书写方便采用十六进制代码，其部分指令如表位，为书写方便采用十六进制代码，其部分指令如表2.52.5所示。所示。所示。所示。表表2.5 例