计算机基础课件 (71).ppt

,29.05.2020,2,大学计算机基础,信息社会与计算机的发展计算机应用计算机中的信息表示计算机硬件系统组成计算机软件系统组成Windows操作系统中文Office2003程序设计基础数据库技术基础计算机网络基础与Internet应用多媒体技术基础信息安全与社会责任,29.05.2020,3,第4章计算机硬件系统组成,计算机系统,硬件系统,软件系统,主机,外设,微处理器(CPU),内存储器,运算器控制器寄存器,随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）高速缓存(catch),外存储器,输入设备(Input),输出设备(Output),软盘、硬盘、磁带,光盘、优盘,键盘、鼠标、手写板,扫描仪、摄像机,显示器、投影机,打印机、绘图仪,系统软件,应用软件,操作系统,语言处理程序,数据库管理系统,系统监控及通信管理程序,应用软件包,用户程序,总线系统,计算机系统组成结构,4.1计算机系统4.1.1计算机系统,29.05.2020,4,计算机硬件系统组成,冯诺依曼原理,(1)计算机的硬件由五部分组成;（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备）(2)计算机的内部数据是以二进制表示的;(3)程序存储在存储器后自动执行（存储程序原理）。,4.1.2计算机的硬件模型,运算器和控制器的集合又称为中央处理单元CPU。,运算器,控制器,存储器,输入装置,输出装置,CPU中央处理器,主机,+外设（I/O设备）,29.05.2020,5,计算机硬件系统组成,计算机硬件系统组成及工作原理,29.05.2020,6,计算机硬件系统组成,4.1.3计算机的指令系统,数据传送指令数据处理指令程序控制指令输入输出指令其它指令,IfGoto,AndOr,对计算机的硬件进行管理等,指令,结构,分类,指令：用来规定计算机的一个基本操作的二进制代码。程序：就是由一连串指令按一定顺序组成的能完成某种任务的一系列二进制代码。指令系统：一种计算机所能识别的一组不同指令的集合，称为该种计算机的指令集或指令系统。,29.05.2020,7,4.2.1中央处理器(CPU)的构成,1.算术逻辑单元ALU(ArithmeticLogicalUnit)实现计算机两类运算：算术运算和逻辑运算。2.通用寄存器(GeneralRegister)存放ALU运算的原始数据、中间结果、最终结果，或者存放CPU访问存储器的地址。3.专用寄存器(SpecialRegister)指令寄存器(IR)存放从存储器取出的指令，然后由CPU分析运行，其内容是CPU正在执行的指令内容。程序计数器(PC)存放的是程序将要执行的下一条指令的地址，有逻辑自动加1的功能（PC=PC+1）标志寄存器(FR)存放ALU的运算产生结果的各种状态。4.指令译码器（ID）翻译指令寄存器中的指令并发出控制信号。,计算机硬件系统组成,4.2计算机的主机,29.05.2020,8,计算机硬件系统组成,CPU工作原理,29.05.2020,9,4.2.2指令的执行过程,冯.诺依曼原理决定了计算机的工作方式取决于计算机在以下两个方面的能力，一是计算机是否能够存储程序；二是计算机是否能够自动执行程序。根据冯.诺依曼的原理，计算机利用存储器存放需执行的程序，中央处理器依次从存储器中取出每一条指令，并经过分析后加以执行，直到全部指令执行完成。这就是计算机的存储程序工作原理。指令的执行过程分为以下几个步骤：取指令分析指令执行指令重复,计算机硬件系统组成,29.05.2020,10,计算机硬件系统组成,演示：计算机基本工作原理,指令执行过程分的四个步骤：取指令分析指令执行指令指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器,然后重复,29.05.2020,11,4.2.3内存储器,内部存储器的作用是存放执行的程序和程序中需要使用的数据，是整个数据存储和变换的枢纽。,存储器由一个个大小相同的基本单元组成，每个记忆单元由8位二进制位组成。为了区分和访问不同的存储器单元，系统为每一个单元分配了惟一的编号，称为存储单元的地址。各单元内存放的是数据。CPU对存储器可以读（取）也可以写（存）数据，读写数据要有控制信号控制。,存储器的逻辑结构,存储器的访问要三类信号共同配合才能完成：地址信号、数据信号、控制信号。,计算机硬件系统组成,29.05.2020,12,存储器的容量,存储器的每个单元可以存放8位二进制，由8位二进制组成的一个数据单元称为字节(Byte)，字节是访问内存的最小单位。字节是存储的基本单元，二进制位则是计算机对数据操作的最小单位。,与存储器地址相关的概念:,地址总线的宽度决定了可以访问内存单元的个数。每一根地址线对应一位二进制。一位二进制可以区分两个状态。,10根地址线，可访问的单元数是：210=1024103=1K,20根地址线，可访问的单元数是：220=1024K106=1M,30根地址线，可访问的单元数是：230=1024M109=1G,32根地址线可以访问多大内存？“4GB”,40根地址线，可访问的单元数是：240=1024G1012=1T,计算机硬件系统组成,29.05.2020,13,存储器的种类,存储器是计算机的记忆部件，负责存储程序和数据。存储器分两大类：主存储器(内存)和辅助存储器(外存)。,ROM（ReadOnlyMemory）主要用来存放固定不变的程序、数据系统软件，如BIOS程序。这种存储器中的信息只能读出而不能随意写入。,RAM(RandomAccessMemory)是一种随机访问的可读写存储器。在计算机断电后RAM中的信息会丢失。RAM存储器分为：静态RAM和动态RAM。,内部存储器采用的是半导体存储器，其特点是：存取数据速度快，可随机存取，体积小，功耗低。内存容量有限。主存储器(内存)又分为随机存储器RAM和只读存储器ROM。,E2PROM电可擦除可编程只读存储器：可以通过电控制将数据写入存储单元，断电后依然能够保存。也称为FLASH存储器。,计算机硬件系统组成,29.05.2020,14,4.3输入输出系统,4.3.1输入输出系统的概念输入输出系统实现主机和用户之间的通讯，通讯是通过外部设备及其接口实现的。外部设备是输入和输出设备的总称，简称为外设，外设是计算机和用户之间或设备与主存储器之间交换数据的工具。,4.3.2输入输出接口由于主机是由集成电路芯片连接而成，而I/O设备通常是机电结合的装置，在它们之间存在着速度、时序、信号电平、信号格式和类型等方面的差异。I/O接口的功能主要是解决上述的不匹配，使主机与I/O设备能协调地工作，并实现主机对外设的控制。,计算机硬件系统组成,29.05.2020,15,4.3.3输入输出系统的控制方式,由于输入输出设备与主机之间的各种差异，数据传送没有统一的时钟控制信号，传送是异步的，因此要求主机必须通过输入输出接口对外设与主机的数据传送进行控制。控制的方式一般由三种：1程序查询方式(串行方式)主机发启动外设命令后，CPU等待，并不断查询外设的数据准备情况，如果准备完毕，主机则控制实现数据传递；如果没有准备完毕，则继续查询外设状态。2中断方式(并行方式)当某个事件需要CPU处理时，向CPU申请中断，CPU在满足中断的条件下暂时中断当前程序的执行，转而执行处理中断事件的服务程序；等服务程序执行完毕后再回到被打断的地方执行原来的程序。3直接存储器访问(DMA)DMA方式是建立外设和主存的直接通道，传送时不需CPU参与。由DMA控制器控制外设和主存之间传送数据。,计算机硬件系统组成,29.05.2020,16,计算机硬件系统组成,主板,4.4总线4.4.1总线的概念微型计算机结构是以总线为核心的将微处理器、存储器、输入/输出设备智能地连接在一起的。所谓总线，是指微型计算机各部件之间传送信息的通道。主机内部连接CPU与内存以及I/O接口的总线称为系统总线；而连接主机与外设的总线称为设备总线。,29.05.2020,17,计算机总线模型,系统总线的分类：地址总线(Abus):用来传递地址信息，CPU通过地址总线传送需要访问的内存单元地址或外部设备地址。数据总线(Dbus):用来传送数据信息，是CPU与各部件交换信息的通道。控制总线(Cbus):用来传送控制信号，以协调各部件之间的操作。,计算机硬件系统组成,4.4.2常见系统总线标准ISA、VESA、PCI、AGP,29.05.2020,18,不同的外部设备都有与之匹配的接口电路，常见的有：1)IDE接口SATA接口2)软盘驱动器接口电路3)SCSI小型计算机高速传输接口3)并行适配器接口电路4)异步通信适配器接口(串行口)5)USB(UniversalSerialBus)通用串行接口,4.4.3常用外部设备总线,设备总线用于连接主机的I/O接口和外部设备，或连接外设与外设的总线。计算机的常用的设备总线有IDE、并行口、串行口、USB接口等。,计算机硬件系统组成,29.05.2020,19,内存容量,字长,主频,其它,运算速度,计算机的性能指标,计算机硬件系统组成,29.05.2020,20,字长：字长是指计算机能直接处理的二进制信息的位数。字长是由CPU内部的寄存器、加法器和数据总线的位数决定的。字长越长，精度越高，速度越快，但价格也越高。当前微机字长有16位，32位，高档微机的字长是64位。主频：指时钟脉冲发生器在单位时间(s)内发出的脉冲数。频率越高，计算机的处理信息的速度也越快。主频的单位是兆赫兹(MHz，GHz)。存储容量:(1)内存容量。指内存储器能够存储信息的总字节数。容量越大，运行速度越快。内存储器容量大小，受限于CPU的地址总线。(2)外存容量。指外存储器所能容纳的总字节数。,计算机硬件系统组成,29.05.2020,21,周期T,主频f=1/T,计算机硬件系统组成,运算速度：计算机系统每秒能执行的指令条数。单位是条/秒。,存取速度：存储器连续进行读写操作所允许的最短时间间隔，称为存取周期。存取周期越短，则存取速度越快，它是反映存储器性能的一个重要参数。通常，存取速度的快慢决定了运算速度的快慢。外设配置：主机所配置的外部设备的