计算机硬件系统的基本组成概要完整版

1、 冯诺依曼结构计算机的核心思想 采用二进制代码表示数据和指令 采用存储程序工作方式，即事先编制程序， 实现存储程序，自动连续地执行程序。 由存储器、运算器、控制器、输入设备、 输出设备等五大部件组成计算机硬件系统。 输入设备输入设备 输出设备输出设备 入出接口和总线入出接口和总线 外存设备外存设备 主存储器主存储器 高速缓存高速缓存 控控 制制 器器 运运 算算 器器 第第5章章 第第6章章 第第4章章 第第3章章 计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成 运运 算算 器器 计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成 运算器部件是计算机中进行数据加工的部件，其主运算器部件是计算机中进行数据加工的部件，其

2、主 要功能包括：要功能包括： 1、执行数值数据的、执行数值数据的加加 减减 乘乘 除除 等算术运算，等算术运算， 执行逻辑数据的执行逻辑数据的 与与 或或 非非 等逻辑运算，等逻辑运算， 由一个被称为由一个被称为 ALU 的线路完成。的线路完成。 2、暂时存放参加运算的数据和中间结果，、暂时存放参加运算的数据和中间结果， 由多个通用寄存器来承担。由多个通用寄存器来承担。 3、支持快速乘除法运算的有移位功能的乘商寄存器、支持快速乘除法运算的有移位功能的乘商寄存器 运算器通常也是计算机运算器通常也是计算机CPU内部数据传输的通路。内部数据传输的通路。 控控 制制 器器运运 算算 器器 计算机硬件系

3、统组成计算机硬件系统组成 控制器是计算机中控制执行指令的部件：控制器是计算机中控制执行指令的部件： 1 1、正确执行每条指令、正确执行每条指令 首先是取来一条指令，首先是取来一条指令， 接着分析这条指令接着分析这条指令, , 再按指令格式和功能执行这条指令再按指令格式和功能执行这条指令 2 2、保证指令按规定序列自动连续地执行。、保证指令按规定序列自动连续地执行。 3 3、对各种异常情况和请求及时响应和处理。、对各种异常情况和请求及时响应和处理。 说到底，说到底，控制器要向计算机各功能部件提供每控制器要向计算机各功能部件提供每 一时刻协同运行所需要的控制信号一时刻协同运行所需要的控制信号 外存

4、设备外存设备 主存储器主存储器 高速缓存高速缓存 控控 制制 器器运运 算算 器器 计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成 由由高速缓冲存储器高速缓冲存储器，主主 存储器存储器，辅助存储器辅助存储器所组成所组成 的多级（层）存储器系统，的多级（层）存储器系统， 是计算机中用于存储程序和是计算机中用于存储程序和 数据的子系统。这三级存储数据的子系统。这三级存储 器所用的存储介质的工作原器所用的存储介质的工作原 理和特性各不相同。将作为理和特性各不相同。将作为 三个部分分别讲解。三个部分分别讲解。 输入设备输入设备 外存设备外存设备 主存储器主存储器 高速缓存高速缓存 控控 制制 器器运运 算算 器

5、器 计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成 输入设备是向计算机中送入程输入设备是向计算机中送入程 序和数据的有一定独立功能的设备，序和数据的有一定独立功能的设备， 通过通过接口接口和和总线总线与计算机主机连通，与计算机主机连通， 用于人用于人机交互联系，例如计算机机交互联系，例如计算机 的的 键盘键盘 和和 鼠标鼠标 等。等。 输入设备输入设备 输出设备输出设备 外存设备外存设备 主存储器主存储器 高速缓存高速缓存 控控 制制 器器运运 算算 器器 计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成 输出设备是计算机中用于送出计算机内输出设备是计算机中用于送出计算机内 部信息的设备，例如部信息的设备，例如打印

6、机打印机，显示器显示器等。等。 输入设备输入设备 输出设备输出设备 外存设备外存设备 主存储器主存储器 高速缓存高速缓存 控控 制制 器器运运 算算 器器 计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成 这些部件和设备通过这些部件和设备通过总线总线和和接口接口连接在一连接在一 起起, 构成计算机整机硬件系统，协同运行。构成计算机整机硬件系统，协同运行。 教学内容组织教学内容组织 教学内容以计算机教学内容以计算机硬件知识为主硬件知识为主，并按计算机，并按计算机 组成，把课程分为如下组成，把课程分为如下四个单元四个单元： 第一单元第一单元：由教材的第：由教材的第 3 章组成，以章组成，以运算器运算器的的功能

7、功能， 组成与设计组成与设计为主进行讲解，其中数字化编码，数据为主进行讲解，其中数字化编码，数据 表示和数值数据的运算方法为本单元的基础知识，表示和数值数据的运算方法为本单元的基础知识， 运算器运算器部件是目标。部件是目标。 第二单元第二单元：由教材的第：由教材的第 4 章组成，以章组成，以控制器控制器的的功能功能， 组成与设计组成与设计为主进行讲解，其中的指令系统、指令为主进行讲解，其中的指令系统、指令 格式、寻址方式等为本单元的基础知识，格式、寻址方式等为本单元的基础知识，控制器控制器部部 件是目标。件是目标。 教学内容组织教学内容组织(续续) 第三单元第三单元：由教材的第：由教材的第 5

8、 章组成，即以章组成，即以多级存储器多级存储器 的的组成与运行原理组成与运行原理，设计设计与与实现实现方法为主进行讲解，方法为主进行讲解， 包括包括主存储器主存储器，高速缓冲存储器高速缓冲存储器，外存储器外存储器三部分，三部分， 它们所用的存储介质的特性和部件运行原理是本单它们所用的存储介质的特性和部件运行原理是本单 元的基础知识，三种存储器部件是目标。元的基础知识，三种存储器部件是目标。 第四单元第四单元：由教材的第：由教材的第 6 章组成，即围绕常用的章组成，即围绕常用的输输 入入/输出方式输出方式，包括，包括中断方式中断方式和和DMA 方式，几种常方式，几种常 用的用的输入输入/输出设备

9、输出设备的的功能与组成功能与组成，通用，通用输入输入/输出输出 接口接口与与总线总线的的构成和使用方法构成和使用方法进行讲解。进行讲解。 应用层应用层 高级语言层高级语言层 汇编语言层汇编语言层 操作系统层操作系统层 指令系统层指令系统层 微体系结构层微体系结构层 数字逻辑层数字逻辑层 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构 计算机的系统结构、组成与实现计算机的系统结构、组成与实现 计算机系统结构计算机系统结构，程序设计者所看到的计算机系统的程序设计者所看到的计算机系统的 属性，是计算机的外特性，属性，是计算机的外特性，概念性结构和功能特性，研究计算概念性结构和功能特性，研究计算 机系统的硬

10、、软件的功能划分和接口关系。机系统的硬、软件的功能划分和接口关系。 计算机组成计算机组成，计算机各功能部件的内部构造和相互之间计算机各功能部件的内部构造和相互之间 的联系（部件配置、相互连接和作用），强调各功能部件的性的联系（部件配置、相互连接和作用），强调各功能部件的性 能参数相匹配；实现机器指令级的各种功能和特性，能参数相匹配；实现机器指令级的各种功能和特性，是计算机是计算机 系统结构的逻辑实现系统结构的逻辑实现。 计算机实现计算机实现，计算机组成的物理实现计算机组成的物理实现，即把一台完成逻，即把一台完成逻 辑设计的计算机真正地制作出来，解决各部件的物理结构，器辑设计的计算机真正地制作出来，解决各部件的物理结构，器 件选择，电源供电、通风与冷却、装配与制造工艺等各个方面件选择，电源供电、通风与冷