计算机硬件系统1.ppt

计算机导论,刘师少 L,第3章 计算机硬件系统,内容提要 本章以微型计算机为例介绍计算机硬件系统的组成，包括系统单元、内存、系统总线、扩展卡以及常用的输入输出设备和辅助存储器。通过本章学习，要求掌握计算机系统的基本结构和工作原理，了解多种输入输出设备及其功能。,冯诺依曼体系结构,体系结构指的是,构成系统主要部件的总体布局、部件的主要性能以及这些部件之间的连接方式。 冯诺依曼体系结构的要点： 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成。,控制器和运算器是其核心，称为CPU 按存储程序原理进行工作 数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放的位置由地址确定 控制器是根据存放在存储器中的指令序列（程序）进行工作，并由一个程序计数器控制指令的执行。,冯诺依曼体系结构（续）,体系结构的评价标准,评价计算机系统的标准有速度、容量、功 耗、体积、灵活性、成本等指标。 常用的计算机评测标准: 时钟频率(主频) 指令执行速度 等效指令速度 数据处理速率(processing data rate，PDR) 核心程序法,微型计算机一般由主机箱、显示器、键盘、鼠标、打印机组成，主机箱里面一般有主板、硬盘、软驱、光驱、电源，主板上一般插有CPU、内存、显示卡等。,微型计算机,主 机,外部设备,3.1.4 微型计算机的硬件结构,3.1.4 微型计算机的硬件结构,微型计算机硬件的系统结构与冯诺依曼结构无本质上的差异，不过CPU已被集成在一片大规模或超大规模集成电路上，称为MPU。此外，微型计算机内部的连接方式都是采用总线结构 数据总线：数据总线是传送数据和指令代码的信号线，它是双向总线。 地址总线：地址总线是传送CPU所要访问的存储单元或输入输出接口地址的信号线，它是单向总线。 控制总线：控制总线是管理总线上活动的信号线。控制总线中的信号是用来实现CPU对外部部件的控制、状态等信息的传送以及中断信号的传送等。,总线是指计算机系统中能够为多个部件共享的公共信息通道,是计算机系统的骨架,CPU 通过总线与内存交换数据,系统主板与时钟频率,系统主板：又称为底板或母板,它是整个计算机系统的通信网,系统单元的每个元器件直接连接到系统主板,它们通过系统主板进行数据的交换 系统时钟：控制计算机操作的速度，这个速度用兆赫（MHz）表示。兆赫等于每秒一百万周期，时钟周期速度越快，则计算机处理信息的速度就越快,3.2 系统单元,存储体系结构,主存储器又称为内存储器或内存，是指能够通过指令中的地址直接访问的存储器，它被用来存储正在被CPU使用的程序和数据。 随机存储器（RAM） 闪存(flash RAM,Flash) 动态RAM（DRAM） 静态RAM（SRAM） 只读存储器（ROM） 可编程只读存储器(PROM) 可删除编程只读存储器(EPROM) 电可删除编程存储器(EEPROM),2.4 主存储器,缓存主存层次和主存辅存层次,所有的存储单元都按顺序排列，每个单元都有一个编号，单元的编号称为“单元地址”。地址编号也用二进制数，通过地址编号寻找在存储器中的数据单元称为“寻址”。显然存储器地址的范围多少决定了二进制数的位数，如果存储器有1024个（1KB）单元，那么它的地址编码为01023，对应的二进制数是00000000001111111111，需要用10位二进制来表示，也就是需要10根地址线，或者说，10位地址码可寻址1KB的存储空间。存储器中所有存储单元的总和称为这个存储器的存储容量，存储容量的单位是KB、MB与GB。,计算机中的存储地址,0000H 0001H 0002H FFFFH,存储单元 （字节）,例3.1 CPU 从内存读取地址为 44H中的数据54,例3.2 CPU 将数据35放入内存地址 为 48H中,软盘 软盘驱动器是电脑中最早使用的数据存储,器之一。软盘是一种两面涂有磁性物质的聚脂薄膜圆形盘片。软盘存储器由软磁盘、软盘驱动器和软盘驱动器适配器三个部分组成。软盘的外形、组成与内部结构如右图所示。,磁盘中的信息是记录在盘面的一个个同心圆上，这样的同心圆称为磁道，硬盘则由多个盘面组成，相同半径的磁道组合在一起称为柱面。每个磁道划分为许多小区段,称之为扇区。每个扇区记录512Byte的数据。,存储容量=盘面数 每面磁道数 每磁道扇区数每扇区字节数(512B) 例：3.5英寸软盘有80个磁道，每道分18个扇区，每扇区可存512Byte，且磁盘正反面都可以存储数据。所以，3.5英寸高密度容量=2面80磁道18扇区512B =1.44MB,硬盘(Hard disk），由硬盘片、硬盘控制器、硬盘驱动器及连接电缆组成，如图所示硬盘正面、反面及内部结构,硬盘,其特点是：存储容量大、存取速度快,硬盘驱动器将磁盘片完全密封在驱动器内，盘片不可更换。大多数硬盘驱动器的盘片转速高达7200r/min，甚至10000r/min，因此存取速度很快，而且容量已从过去的几百MB，发展到目前的几十个GB甚至上百GB。目前，移动硬盘也正被广泛的使用，它集数据存储量大、携带方便而受到人们的青睐。由若干个磁性圆盘组成。 存储容量=磁头数 柱面数 扇区数每扇区字节数(512B),光盘及光盘驱动器,光盘（Optical Disk）是利用激光进行读写信息的圆盘。光盘存储器系统是由光盘片、光盘驱动器和光盘控制适配器组成,光盘库 为适应大规模的信息交换，现在又出现了“光盘库”，如图所示。它是一种能够自动交换光盘盘片和读写数据的装置。,磁带机 磁带机是最古老的一种存储器，如图所示。其特点是存储容量大，速度慢,本章小结,计算机硬件的发展有两大趋势: 一是巨型机，即向超高速、大容量、实时和智能化方向发展； 二是向微型化、低功耗、低价格方向发展 本章以微型计算机为主线,介绍了计算机的体系结构及运算器、控制器、存储器和输入输出设备等基本部件。在后续课程中，通过