第2章 计算机组成原理

计

算

机

应

用计算机信息技术概论

基

础

教

智

江苏技术师范学院

计

算

机

应

用

基第2章计算机组成原理

础

教

研

室

计

算

机

应

用

基

础2.1计算机系统的组成

教

研

室

计1

••计算机系统的组成

也

是计算机软件是指在计算机中

有

郑

一

卜运行的各种程序及其处理的

-fe称_［计算4系统］_/数据和相关皈文居j

计算a硬件］［计算a软件］

lf系统软串［应用软件

用

文字处理］

基操作系统

础数据库管理系统——通信

教程序语言处理薮》」T

研

娱乐

室

一计算机是一个复杂的系统

复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成,软件由数以亿计的指令组成

多样性：硬件与光、机、电、声等有关,软件与数学、逻辑…等有关

层次性：分层(hierarchical)结构

计

算2.1.2计算机硬件系统的组成

机

应经典计算机的逻辑结构（冯・诺依曼而机）

用

基

础

教存储器

研

室

（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）

2.1.2计算机硬件系统的组成

现代计算机的逻辑结构

至外存储器接口

外存储器

与经典计算机结构相比的3个变化:

集中控制一分散控制

存储器一内存储器+外存储器

通过CPU通信一通过总线进行通信

计

算1.中央处理器(运算控制器)

机

应什么是处理器(processor)?

用

基■能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑

础

教运算和数据传送等操作的部件，特点是：

研

室由数字电路组成，结构非常复杂

所有电路都制作在大规模集成电路芯片上(仅几

个平方厘米)，称为“微处理器”(microprocessor)

计

算什么是中央处理器(CPU)?

机

应

用计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同

基

础的分工和任务

教

研■用于执行系统软件和应用软件的处理器称为

室CPU,CPU是计算机必不可少的核心组成部件

■多数个人计算机只有1个CPU,但有一些计算

机包含有2个、4个、8个甚至成百上千个CPU

■问题：

除了CPU之外，计算机中还有哪些处理器?

00000

0000101101001

00010—,存储内容

00011

00100KDIL狈ID；

计

2.存储器—

算地址，—

■

机

应■功能：

用

储存以二进位形式表示的程序和数据11110—

基'Mill

础分类：内存储器/外存储器

教内存储器外存储器

研（简称内存或主存）（简称外存或辅存）

室存取速度很快较慢

存储容量较小（因单位成本较高）很大（因单位成本较低）

性质断电后信息消失断电后信息保持

用途存放已经启动运行的程序长期存放计算机系统中几乎所

和需要立即处理的数据有的信息

与CPUCPU所处理的指令及数程序及相关数据必须先送入

关系据直接从内存中取出内存后才能被CPU使用

计

算3.输入设备

机

应

用输入(input)的双重含义：

基1.把信息送入计算机的过程；2.向计算机输入的内容

础

教■输入设备(inputdevices)

研功能：用来向计算机输入信息

室

输入设备有多种，例如：

-键盘——输入文字、符号和命令

■鼠标器——输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令

■扫描仪——输入图片

・麦克风---输入声音

输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计

算机中的信息都使用二进位来表示

计

算4.输出设备

机

应

用■输出(output)的双重含义：

基1.把信息送出计算机的过程；2.从计算机输出的内容

础

教输出设备(outputdevices)

研

室■功能：从计算机输出信息

输出设备有多种，例如：

.显示器——输出文字、符号和图形

・打印机——打印文字、符号和图形

■扬声器---输出声音

(多数)输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成

人可感知的形式(文字、符号、图形、声音等)

计

算5.总线(bus)

机

应

用功能:

基

础用于连接CPU、内存、外存和各种I/O设备并在它们之

教

研间传输信息的一组共享的传输线及其控制电路

室

分类:

CPU总线（或前端总线）：用于连接CPU和内存的

总线

I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线

计

算

机

应

用

基

础

教

研

室

2.2微电子技术与集成电路

计2.2.1微电子技术的发展与集成电路

算

机

应W7t-------------------中/小规模----大规模/超大规模

用(1904)(1948)集成电路、集成电路(1970,s)

基

础

教

研

室

■微电子技术是以集成电路为核心的电子技术,

它是在电子元器件小型化、微型化的过程中

发展起来的。

计

算2.2.1微电子技术的发展与集成电路

机

应

用集成电路(IntegratedCircuit,简称IC)：

基

础以半导体单晶片作为基片，采用平面工艺，

教将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所

研小规模集成电路

室构成的电路制作在基片上所构成的一个微型

化的电路或系统

■集成电路的优点：

体积小、重量轻

功耗小、成本低

速度快、可靠性高

超大规模集成电路

集成电路的分类

直按用途分：

集成电路规模兀器件数目

用通用集成电路

袅专用集成电路(ASIC)

小规模集成电

<100

按电路的功能分：路(SSI)

套数字集成电路

中规模集成电

筌模拟集成电路100~3000

路(MSI)

按晶体管结构、电路和工艺

大规模集成电

3000T0万

分：路(LSI)

_____双极型(Bipolar)电路超大规模集成

10万~100万

金属氧化物半导体(MOS)电电路(VLSI)

路

极大规模集成

〉100万

电路(ULSI)

按集成度(芯片中包含的元器

件数目)分:

计IC集成度提高的规律

算

机

应

用Moore定律：单块集成电路的集成度平均每18

基晶体管数

例：Inte

搭集成度1