《计算机的组成》PPT课件.ppt
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1、一、计算机硬件理论组成一、计算机硬件理论组成二、计算机硬件的实际组成二、计算机硬件的实际组成三、计算机系统的组成三、计算机系统的组成四、计算机硬件系统四、计算机硬件系统五、计算机软件系统五、计算机软件系统六、计算机的主要技术指标六、计算机的主要技术指标 第二讲第二讲 计算机的组成计算机的组成一、计算机硬件理论组成一、计算机硬件理论组成(外)存储器(外)存储器(外)存储器(外)存储器(内)存储器内)存储器内)存储器内)存储器控制器控制器数据流数据流地地 址址控制流控制流运算器运算器二、计算机硬件的实际组成二、计算机硬件的实际组成三、计算机系统的组成三、计算机系统的组成四、计算机硬件系统四、计算机
2、硬件系统 硬件(硬件(Hardware):):由电子器件和机电元由电子器件和机电元件装置组成,是微机系统的物理实体部分。件装置组成,是微机系统的物理实体部分。计算机硬件系统计算机硬件系统由五个基本部件组成:由五个基本部件组成:1、运算器、运算器 2、控制器、控制器 3、存储器、存储器 4、输入设备、输入设备 5、输出设备、输出设备1、中央处理器(、中央处理器(CPU Central Processing Unit)CPU被简称做微处理器(被简称做微处理器(Microprocessor),常被称为处理器,常被称为处理器(processor)。CPU是计算机的核心,是指令的解释指令的解释和执行部件
3、执行部件,其重要性好比大脑对于人一样,因为它负责处理、运算计算机内部的所有数据。CPU主要由运算器、控制器、寄存器组运算器、控制器、寄存器组和内部总线内部总线等构成,可以进行分析、分析、判断、运算判断、运算并控制控制计算机各种部分协调工作。运算器运算器完成指令所规定的运算及操作;寄存器寄存器组用于在指令执行过后存放操作数和中间数据。再配上储存器储存器、输入输入/输出接口输出接口和系统总线系统总线组成为完整的PC(个人电脑)。(1)控制器控制器 读取各种指令,并对指令进行分析,统一指挥和控制计算机所有部件相互配合工作的中心,使计算机各部件协调一致地工作。控制器是计算机的神经中枢,是计算机的指挥中
4、心,负责决定执行程序的顺序,给出执行指令时机器各部件需要的操作控制命令。控制器控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器操作控制器组成,它是发布命令的“决策机构”,即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。主要功能主要功能:从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内存中位置;对指令进行译码或测试,并产生相应的操作控制信号,以便启动规定的动作;指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。(2)运算器运算器 由算术逻辑单元算术逻辑单元(ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态状态条件寄存器
5、条件寄存器组成,它是数据加工处理部件。相对控制器而言,运算器接受控制器的命令而进行动作,即运算器所进行的全部操作运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥都是由控制器发出的控制信号来指挥的,所以它是执行部件执行部件。主要功能:主要功能:执行所有算术运算;执行所有逻辑运算。算术运算算术运算和和逻辑运算逻辑运算。NOT、AND、OR+、-、*、/寄存器寄存器是有限存贮容量有限存贮容量的高速高速存贮部件,它们可用来暂存指令指令、数据数据和地址地址。A、数据寄存器(数据寄存器(DR)暂存数据、结果、某种控制信息等。暂存数据、结果、某种控制信息等。B、指令寄存器(指令寄存器(IR)保存当前正
6、在执行的指令。保存当前正在执行的指令。C、地址寄存器地址寄存器 它是主存地址总线上地址信息的发源地。它是主存地址总线上地址信息的发源地。在中央处理器的控制部件控制部件中,包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序计数器(PC)。在中央处理器的算术及逻辑部件算术及逻辑部件中,包含的寄存器有累加器(ACC)。(3)寄存器寄存器 寄存器寄存器是CPU内部的临时存储单元,这些存储单元可以存放各种数据数据、各种地址地址以及一些中间结果中间结果等。大大节省了CPU与存储器及外部设备之间的数据交换,提高了CPU的运算速度。(4)CPU的发展过程的发展过程第一片Intel微处理器4004,是一片4位处理器(197
7、1年11月15日 INTEL公司的工程师霍夫,45条指令,而且每秒只能执行5万条指令,集成度高,一块4004重量还不到一盅司,1盎司=28.3495231 克 )Intel8085升级为8位处理器,8086是16位处理器(1978年美国Intel公司生产了第一块16位CPU i8086,使用的指令代码就叫X86指令集指令集)1981年8月美国IBM推出第一台IBM-PC机(i8088),增加了X87芯片系列指令协处理器(X87指令集),以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集指令集。(INTEL销售工程师维斯顿维INTEL的8088处理器找到了一位重要的客户蓝色巨人IBM)8038
8、6的出现,表明Intel 32位运算的开始。此后Intel的Celeron赛扬赛扬、Pentium奔腾奔腾、PentiumPro、Pentium、Pentium、Xeon至强至强 以及AMD的K6,Athlon速龙速龙,Duron钻龙钻龙/毒龙毒龙,Sempron(闪龙闪龙)都是32位处理器。目前主流CPU使用的64位技术主要有AMD公司的AMD64位技术、Intel公司的EM64T技术和Intel公司的IA-64技术。其中IA-64(Intel Architecture)是Intel独立开发,不兼容现在传统的32位计算机,仅用于Itanium(安腾安腾)以及后续产品Itanium 2,一般用
9、户不会涉及到。AMD64的位技术是在原始32位X86指令集的基础上加入了X86-64扩展64位X86指令集,使这款芯片在硬件上兼容原来的32位X86软件,并同时支持X86-64的扩展64位计算,使得这款芯片成为真正的64位X86芯片。这是一个真正的64位的标准,X86-64具有64位的寻址能力。Intel官方是给EM64T这样定义的:EM64T全称Extended Memory 64 Technology,即扩展64bit内存技术。EM64T是Intel IA-32架构的扩展,即IA-32e(Intel Architectur-32 extension)。IA-32处理器处理器通过附加EM64
10、T技术,便可在兼容IA-32软件的情况下,允许软件利用更多的内存地址空间。目前AMD方面支持64位技术的CPU有Athlon 64系列、Athlon FX系列和Opteron皓龙皓龙系列。Intel方面支持64位技术的CPU有使用Nocona核心的Xeon系列、使用Prescott 2M核心的Pentium 4 6系列和使用Prescott 2M核心的P4 EE系列。2 存储器存储器1计算机的存储体系 图图3-10 典型的存储器层次结构典型的存储器层次结构纳秒纳秒(nanosecond)纳秒,时间单位。一秒的10亿分之一,即1秒=109纳秒。常用作内存读写速度的单位,其前面数字越小表示速度越快
11、。1秒=103毫秒 1秒=106微秒 1秒=109纳秒 1秒=1012皮秒1毫秒=103微秒 1微秒=103 纳秒 1纳秒=103 皮秒(1)内存储器 内存储器内存储器(简称内存内存)位于主机内部,是主机的一部分,它能够被CPU直接访问直接访问,是相对访问速度较快的一种存储器。内存储器主要由RAM(RandomAccess Memory,随机访问存储器)和ROM(Read-Only Memory,只读存储器)构成。(2)ROMROM的信息一般由出产厂家写入,使用时通常不能改变,只能读取,不能写入,所以用来存放固定的程序。存放在ROM中的信息是永久性的,不会在断电后消失。一般认为ROM是只能读取
12、、不能擦写的,实际上也有一些ROM是可擦写的,但需要经过特殊的处理。(3)RAMRAM(RandomAccess Memory,随机访问存储器)主要用来临时存放各种需要处理的数据或信息等,而不是永久性存储信息。在计算机断电后,RAM中没有保存到硬盘或其他存储设备的数据或信息将会全部丢失。RAM又 可 分 为 静 态 RAM(Static RAM,SRAM)和 动 态RAM(Dynamic RAM,DRAM)。SRAM在通电情况下,只要不写入新的信息,存储就始终保持不变。而DRAM必须不断定时刷新,以保证所存储的信息的存在。SRAM的速度较快,但价格较高,只适宜特殊场合的使用,例如前面介绍过的C
13、ache一般用SRAM实现。DRAM的速度相对较慢,但价格低,因此在PC机中普遍采用它做成内存条内存条。在计算机内部,各种信息都是以二进制编码形式存储的,下面介在计算机内部,各种信息都是以二进制编码形式存储的,下面介绍信息存储的单位。绍信息存储的单位。位(位(Bit,缩写为,缩写为b):):度量数据的最小单位,表示一位二度量数据的最小单位,表示一位二进制信息。进制信息。字节(字节(Byte,缩写为,缩写为B):):一个字节由八位二进制数字组一个字节由八位二进制数字组成,即成,即 1Byte=8 Bit 字节是信息存储中最常用的基本单位。字节是信息存储中最常用的基本单位。1KB=210B=102
14、4B 1MB=220B=210KB=1024*1024B 1GB=230B=220KB=1024*1024*1024B34H12H在在存储器存储器里以里以字节字节为单位存储信息为单位存储信息如:(如:(0004)=34H但机器但机器字长字长16位位,大部分数据都是以,大部分数据都是以字字为单位为单位表示的,如何存储?表示的,如何存储?一个字存入存储器要占相继的两个字节,一个字存入存储器要占相继的两个字节,低位低位字节字节存入存入低地址,高位字节低地址,高位字节存入存入高地址。高地址。这样,两个字节单元构成一个字单元,这样,两个字节单元构成一个字单元,字单元字单元地址地址采用它的采用它的低地址低
15、地址来表示。来表示。如:(如:(0004)=1234H0000H0001H0002H0003H0004H0005HFFFEHFFFFH内存内存(4)外存储器 外外存存储储器器(简简称称外外存存)存存放放着着计计算算机机系系统统几几乎乎所所有有的的主主要要信信息息,其其中中的的信信息息要要被被送送入入内内存存后后才才能能被被使使用用,即即计计算算机机通通过过内内外外存存之之间间不不断断的的信信息息交换交换来使用外存中的信息。来使用外存中的信息。外存是外存是访问速度相对较慢的存储器访问速度相对较慢的存储器,容量很大容量很大但但CPU不能直接访问不能直接访问。外存主要有磁带、光盘、磁盘(软盘和硬盘)
16、、可移动硬盘以及外存主要有磁带、光盘、磁盘(软盘和硬盘)、可移动硬盘以及U盘等。盘等。1)软盘)软盘软盘是一种可插入驱动器内的塑料圆片,其表面磁层用来记录数据与信息。软盘驱动器是驱动软盘旋转并同时向软盘写入数据或从软盘读出数据的设备。软盘的规格主要由盘片的直径决定,常见的是英寸盘,其容量为。盘片被分为许多半径不同的同心圆,每个圆周称为一个磁道磁道。磁道的编号是从外边的磁道向内磁道编号,从0,l,2,逐次增大,英寸盘的磁道编号为079。各磁道均划分为等量的存储单位,称为扇区。扇区扇区是磁盘存储的基本单位,每个扇区存储等量的数据字节。英寸盘的每个扇区存储的数据为512 Byte。软盘转速较慢,但价
17、格低廉、携带方便,比软盘转速较慢,但价格低廉、携带方便,比较适用于小容量数据的保存。可以对已经使较适用于小容量数据的保存。可以对已经使用过的软盘重新进行格式化,再次利用。格用过的软盘重新进行格式化,再次利用。格式化就是对一个盘片进行磁道和扇区的划分,式化就是对一个盘片进行磁道和扇区的划分,登记各扇区地址标志。没有格式化的盘片是登记各扇区地址标志。没有格式化的盘片是无法使用的,格式化工作一般由专门的格式无法使用的,格式化工作一般由专门的格式化程序来完成。软盘在出厂前一般已经过格化程序来完成。软盘在出厂前一般已经过格式化,可以直接使用。式化,可以直接使用。2)硬盘存储器)硬盘存储器(1)硬盘性能指
18、标:硬盘上的一个物理记录块要用三个参数来定位:柱面号、扇区号、磁头号。硬盘容量硬盘容量=柱面数磁头数 扇区数512字节扇区,磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段,这些弧段便是磁盘的扇区,每个扇区可以存放512个字节的信息,磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时,要以扇区为单位。磁头数(Heads),磁头(MR磁头和GMR磁头)的作用是将磁电进行转换,磁头的成本占硬盘总成本的40左右。由于每个盘面都有自己的磁头,因此盘面数等于总的磁头数。磁道,当磁盘旋转时,磁头若保持在一个位置上,则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹,这些圆形轨迹就叫做磁道。柱面数(Cylinders),硬盘通常由重叠的一组盘片构
19、成,每个盘面都被划分为数目相等的磁道,并从外缘的“0”开始编号,具有相同编号的磁道形成一个圆柱,称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。着陆区(Lzone:landing Zone),是指数据区外最靠近主轴的盘片区域,用来放置硬盘不工作时候的磁头。(2)数据传输率硬盘的数据传输率是衡量硬盘速度硬盘速度的一个重要参数。硬盘的运行速度是购买者最关心的。(3)平均寻道时间 平均寻道时间是指计算机在发出一个寻址命令,到相应目标数据被找到所需时间,我们常以它来描述硬盘读取数据的能力。(4)硬盘高速缓存 与计算机的其他部件相似,硬盘也通过将数据暂存在一个比其磁盘速度快得多的缓冲区来提高
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