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第二章计算机组成原理 2 1计算机的组成与分类2 2CPU的结构与原理2 3PC机的组成2 4常用的输入设备2 5常用的输出设备2 6外存储器 2020 3 23 1 2 学习目标与要求 1 了解计算机的发展与作用 掌握计算机硬件的主要组成部分及其功能 计算机的主要类型及它们的用途 2 了解微处理器的特点 功能 应用及大概的发展情况3 描述CPU的结构与工作原理 理解什么是指令 它在计算机中的执行过程 4 熟悉PC机的物理组成 了解芯片组与其他部件的关系5 理解I O总线 I O控制器 I O接口及I O设备的功能与相互关系6 掌握常用输入设备的功能 了解其结构与原理7 掌握常用输出设备的功能 了解其结构与原理8 理解磁盘 光盘的类型 结构与原理 2 1计算机的组成与分类 主要内容 计算机的发展与作用计算机的逻辑结构各组成部分的基本功能计算机分类计算机主要性能指标 2020 3 23 3 4 2 1 1计算机的发展与作用 1 1946年在美国诞生了世界上第一台数字电子计算机 2 发展速度早期计算机大约每隔8 10年速度提高10倍 成本和体积是原来的1 10 上世纪80年代以来 大约每隔3年 计算机性能提高近4倍 成本下降50 1 计算机的发展 5 2 计算机的巨大作用 1 速度快 通用性强 2 具有多种多样的信息处理能力 3 信息存储容量大 存取速度高 4 具有互连 互通 互操作的特性 2 1 1计算机的发展与作用 2 1 2计算机的组成 2020 3 23 6 7 计算机系统由硬件和软件两部分组成硬件 计算机系统中所有实际物理装置的总称软件 在计算机中运行的各种程序和相关的数据及文档程序 用来向计算机指出应如何一步步地进行规定操作数据 程序处理的对象文档 提供给用于使用的操作说明 技术资料等 计算机系统的组成 硬件是软件的工作基础 软件是硬件功能的扩充和完善 两者相互依存 相互促进 软件与硬件的结合 构成完整的计算机系统 8 计算机的逻辑结构 从逻辑功能上看 计算机硬件主要由中央处理器 CPU 内存储器外存储器 输入设备 输出设备五大功能部件组成 9 计算机硬件的组成 主机 外设 10 计算机硬件的组成 包含运算器和控制器 承担系统软件和应用软件运行任务的处理 是任何一台计算机必不可少的核心组成部件 存取速度快 容量相对小 价格相对高 CPU可直接访问 易失性 存取速度慢 容量相对大 价格相对低 不直接与CPU相连接 非易失性 把输入到计算机中的信息转换成用二进制中的 0 和 1 两个符号来表示的设备 把计算机存储器中用 0 和 1 表示的信息转换成人可直接识别的信息形式的设备 用来连接CPU 内存 外存和各种输入输出设施并协调它们工作的一个控制部件 2 1 3计算机的分类 2020 3 23 11 12 2 1 3计算机的分类 1 按内部逻辑结构分为单处理机 多处理机 并行机 2 按字长分为16位机 32位机或64位计算机等3 按计算机的性能 用途和价格分为巨型计算机 Supercomputer 大型计算机 Mainframe 小型计算机 Minicomputer 个人计算机 PersonalComputer 13 1 巨型计算机 Supercomputer 采用大规模并行处理的体系结构 CPU由数以百计 千计 万计的处理器组成 有极强的运算处理能力 速度达到每秒万亿次以上 多用在军事 科研 气象 石油勘探等领域 我国的联想深腾6800 NECSX 6 64MB巨型计算机外形 2 1 3计算机的分类 14 2 大型计算机 Mainframe 运算速度快 存储容量大 通信联网功能完善 可靠性高 安全性好 有丰富的系统软件和应用软件的计算机CPU通常有4 8 16 32个甚至更多处理器 为企业或政府的数据提供集中的存储 管理和处理 作为主服务器 企业级服务器 2 1 3计算机的分类 15 3 小型计算机 Minicomputer 供部门使用的计算机 以IBM公司的AS 400为代表 近年来 小型机逐步为高性能的服务器所取代 功能 为多个用户执行任务 但它没有大型机的高性能 支持的用户较少 小型机的典型应用是帮助中小企业完成信息处理任务 如库存管理 销售管理 文档管理等 小型机 2 1 3计算机的分类 16 4 个人计算机 PersonalComputer 也称个人电脑 微机 特点 以微处理器为中心的一个独立完整的计算机系统 价格便宜 使用方便 软件丰富 适合办公或家庭使用 通常只用来处理一个用户的任务 可独立使用 也可与其他计算机互连 2 1 3计算机的分类 17 2 1 3计算机的分类 个人计算机类别 台式机 一般在办公室或家庭中使用 便携机 用于移动计算 笔记本 膝上机 体积小 重量轻 便于外出携带 性能与台式机相当 手持式计算机 掌上机 包括商务通 快译通之类产品 它们与PC机不一定兼容 缺乏通用性 2 2CPU的结构与原理 2 2 1CPU的结构2 2 2指令和指令系统的基本概念2 2 3指令执行过程2 2 4CPU的性能 2020 3 23 18 2 2 1CPU的结构 2020 3 23 19 20 1 冯 诺依曼结构的基本原理 存储程序控制 2 主要内容 指令与数据都用二进制编码形式存储 运行和运算程序和数据预先存放在存储器内计算机工作时 CPU从内存中一条一条地取出指令和和相应的数据 按指令的规定 对数据进行运算处理 直到程序执行完毕为止 1 冯 诺依曼计算机的基本原理 21 2 中央处理器 CPU CentralProcessingUnit 1 CPU主要任务 取指令 执行指令按照指令的要求完成对数据的运算和处理 22 2 CPU内部的组成 寄存器存取速度快 临时存放参加运算的数据和得到的中间结果运算器 执行单元 对数据进行各种算术运算和逻辑运算控制器 指挥中心 组成 指令计数器 指令寄存器取指令 解释指令的含义 指令译码 产生控制其它部件的操作控制信号 记录内部状态 2 中央处理器 2 2 2指令与指令系统 2020 3 23 23 24 1 定义 它采用二进制表示 用来规定计算机执行什么操作是构成程序的基本单位 1 指令 2 组成操作码 即命令词 指出计算机应执行何种操作操作数 指出该指令所操作的数据或数据存放的位置 25 1 指令 3 指令的执行过程 CPU的控制器从存储器读取一条指令放入到指令寄存器读取的指令经过译码 决定执行何种操作 操作数放在哪根据操作数的位置取出操作数运算器根据操作码的要求对操作数完成规定的操作把运算结果放回寄存器修改指令计数器 准备取下一条指令 2 2 2指令与指令系统 指令预取 取指令指令译码 分析指令取操作数并执行指令 执行指令回送结果 26 2 指令系统 1 概念 CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统 指令系统有数以百计的指令组成 分为许多类 8086 80286 80386 80486 PentiumPentium4 Pentium Pentium PentiumPRO 2 Intel微处理器的指令系统 80386 Pentium 增加80多条浮点数指令 Pentium Pentium 增加50多条处理多媒体信息的指令 Pentium Pentium 增加70多条处理128位数的指令 Pentium Pentium4 增加14