计算机的基本组成和基本工作原理.ppt

1,2.1 计算机中信息的表示 2.2 计算机的基本组成 2.3 计算机的基本工作原理 2.4 微型计算机的主机 2.5 微型计算机的外部设备,第二章 计算机的基本组成和基本工作原理,2,第二节 计算机的基本组成,2.2.1 计算机系统的组成 2.2.2 计算机的逻辑结构 2.2.3 计算机基本结构的发展,掌握计算机系统基本组成部分及其功能、计算机的基本逻辑结构,3,计算机系统的基本组成,硬件系统,软件系统,+,计算机 系统,=,4,1. 硬件(Hardware)：,计算机系统的基本组成,构成计算机的所有实际物理装置的总称。 如中央处理器、存储器、主板及各种外部设备，是构成计算机的物质基础。 这些硬件的“有机结合的整体”称为硬件系统(Hardware system),5,硬件系统,硬件系统,主机,外部设备,内存储器（主存）：ROM、RAM、Cache,输入设备：鼠标、键盘、扫描仪,输出设备：显示器、打印机,CPU,外存储器（辅存）：软盘、硬盘、光盘、闪盘,6,7,2. 软件(Software)：,计算机系统的基本组成,为用户管理和使用计算机而编制的各种程序及其数据和文档资料。如操作系统、办公软件等。 软件是可记录的，可以存储在介质上。 将计算机中所有程序的集合称为软件系统(Software System)。,8,系统软件： 系统软件是支持计算机用户能方便的使用和管理计算机的软件。 见图2-1 P42 软件系统： 是对软件集合的统称,它包括系统软件和应用软件。,计算机系统的基本组成,注意两个概念：,9,3. 硬件和软件的关系,计算机系统的基本组成,相互依赖关系 硬件是软件的基础，离开硬件，软件无法运行。 软件是在硬件的基础上对硬件功能的扩充与完善。,10,计算机的基本组成,2.2.1 计算机系统的组成 2.2.2 计算机的逻辑结构 2.2.3 计算机结构的发展,11,计算机的基本逻辑结构,ENIAC (1946),掌上电脑,12,二、计算机的基本逻辑结构,冯诺伊曼（John Von Neumann，1903-1957）美籍匈牙利学者，他在遍历理论、拓扑群理论等方面做出了开创性的工作，是20世纪最伟大的数学家之一，在30年代撰写的量子力学的数学基础对原子物理学的发展有极其重要的价值；建立的经济增长横型体系，特别是40年代出版的著作博弈论和经济行为，在经济学和决策科学领域竖起了一块丰碑。1945年提出了“程序内存式”计算机的设计思想, 被誉为“计算机之父”。,1947年，约翰冯诺依曼博士站在新型“电脑”前，这是此精度下最快的计算机器，可在一秒内做2000次乘法或100000次加/减法 ，今天在现代研究所首次展出。其惊人的存储器可存储1024个12位精度的数字。冯诺依曼博士是设计者之一。,13,计算机的基本逻辑结构,冯.诺伊曼型计算机,两个重要思想,存储程序,二进制,14,计算机的基本逻辑结构,按照冯诺依曼的设计理论，计算机的五大基本组成部件：,输入设备,存储器,输出设备,控制器,运算器,程序 数据,结果,15,计算机的基本逻辑结构,16,运算器 用来执行当前指令所规定的算术运算和逻辑运算。主要包括算术逻辑部件（ALU）、累加器、寄存器组等。 控制器 系统的指挥中心。主要部件有指令控制器、时序控制器、总线控制器和中断控制器。,计算机的基本逻辑结构,运算器 + 控制器 = 中央处理器（CPU）,17,存储器,内存,外存,存储器 (Memory) 记忆单元组成，存放程序和原始数据。 对存储器的访问：读写操作 存储器的分类,存放当前运行的数据和程序,长期存放暂时不用的数据,计算机的基本逻辑结构,比较：保存数据的时间长短、容量、读写速度,18,位： 信息存储的最小单位，bit，比特， 简写“b”。,计算机的基本逻辑结构,位、字节、地址、内容、容量,存储器的相关概念,19,计算机的基本逻辑结构,20,计算机的基本逻辑结构,21,计算机的基本逻辑结构,22,位,字节,字节： 8个二进制位，是计量存储容量的基本单位，一个字节叫做一个存储单元 Byte 简称B,计算机的基本逻辑结构,位、字节、地址、内容、容量,23,地址：存储单元的编号 内容：存储单元中存放的信息,计算机的基本逻辑结构,位、字节、地址、内容、容量,地址,内存单元内容,*存储单元也称内存单元、地址单元。,24,计算机的基本逻辑结构,位、字节、地址、内容、容量,1 B = 8 bit 1 KB = 1024 B 1 MB = 1024 KB 1 GB = 1024 MB,存储容量： 存储器所包含的存储单元总数,表示存储容量的单位有B（字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）、TB（千吉字节）,例如：256兆内存的存储的字节数 256 MB = 256*210 KB = 256*1024*1024 Byte = 268435456 Byte,25, 输入/输出设备(Input/Output Device) 输入是把信息送到计算机系统。输入的信息有多种： 数字、文字、位置、命令、图形、声音、视频、温度、压力等。 输出是从计算机系统送出信息。文本、语音、音乐、图像、动画,I/O设备是人和计算机交互的桥梁。,计算机的基本逻辑结构,26,冯诺依曼计算机的结构- 计算机的基本逻辑结构,27,2.2.1 计算机系统的组成 2.2.2 计算机的逻辑结构 2.2.3 计算机结构的发展,计算机基本结构的发展,28,计算机基本结构的发展,29,总线（Bus）,三、计算机的基本物理组成,一组物理信号线，配有适当的接口电路，是在各个部件之间运载信息的公共通道，它能分时地发送与接收各部件的信息，具有分时、共享的特点。,根据总线上传输信息的不同，分为：,数据总线、地址总线、控制总线,30,I/O设备,外 部 设 备,主 机,2.2.3 计算机基本结构的发展,计 算 机 的 逻 辑 结 构 图,31,复习,计算机的基本组成： 硬件系统软件系统 计算机的基本逻辑结构 五大部件： 运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 存储器： 位、字节、地址、内容、存储容量 计算机基本结构的发展 总线结构 总线：地址、数据、控制,32,第三节 计算机的基本工作原理,2.3.1 指令及指令系统概念 2.3.2 指令的执行过程,掌握指令与指令系统概念，了解指令执行过程。,33,计算机的基本工作原理,1）程序：,指用某种程序设计语言编写的为解决某个实际问题或完成某项任务的指令序列。,34,计算机的基本工作原理,操作码： 计算机执行的操作。,操作数：该指令操作的数据或数据所在的存 储单元的地址，因此也被称为“地址码”。,指令是用来规定计算机执行的操作类型和操作对象所在的存储位置的一个二进制位串。,2）指令：,35,例如一条机器指令：0110 000010 000100,当然，也可以用0000表示传送，0001表示加，0010表示减,但每一种CPU都有它自己认识的一套指令，每一位数字的含义是约定好的。,计算机的基本工作原理,操作码：加,被加数地址码,加数地址码,36,指令系统：CPU所能识别执行的全部指令的集合称为该CPU的指令系统。,指令种类（了解） 传送、处理（算术、逻辑、浮点等）、控制、输入输出及其他指令。,计算机的基本工作原理,37,计算机的基本工作原理,指令的执行过程,计算机的工作过程实际上就是连续快速执行指令的过程。,程序计数器（PC）：保存将要执行的指令的地址。 指令寄存器（IR）：保存从程序计数器指示的内 存单元中取出的指令。 指令译码器（ID）：分析和解释指令。,38,39,指令的执行过程,读取指令 按照PC中的地址，读取内存， 取出的指令送入指定的寄存器。 分析指令 译码过程 执行指令 按指令规定内容完成操作,计算机完成一条指令所需要的时间称为一个指令周期。,40,计算机的基本工作原理,提高微处理器性能的途径之一：,流水线技术 （了解） 指令执行的过程分成很多级，各级所对应的操作可并行进