计算机硬件系统的基本组成概要

1、计算机硬件系统的基本组成概要计算机硬件系统的基本组成计算机硬件系统的基本组成运算器运算器 控制器控制器高速缓存高速缓存 主存储器主存储器 外存设备外存设备输入设备输入设备 输出设备输出设备 等主要组成部分等主要组成部分,它们通过它们通过 总线和接口总线和接口 被连结在一起，构成被连结在一起，构成一台完整的计算机，如下图所示：一台完整的计算机，如下图所示：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

2、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，其主要功运算器部件是计算机中进行数据加工的部件，其主要功能包括：能包括：1、执行数值数据的加、执行数值数据的加 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

3、，、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

4、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，控制器要向计算机各功能部件提供每一时刻说到底，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协同运行所需要的控制信号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 由高速缓冲存储器，主存由高速缓冲存储器，主存储器，辅助存储器所组成的多储器，辅助存储器所组成的多级（层）存储器系统，是计算级（层）存储器系统，是计算机中用于存储程序和数据的子机中用于存储

5、程序和数据的子系统。这三级存储器所用的存系统。这三级存储器所用的存储介质的工作原理和特性各不储介质的工作原理和特性各不相同。将作为三个部分分别讲相同。将作为三个部分分别讲解。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序和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，通过接数据的有一定独立功能的设备，通过接口和总线与计算机主机连通，用于人口和总线与计算机主机连通，用于人机交互联系，例如计算机的机交互联系，例如计算机的 键盘键盘 和和 鼠鼠标标 等。等。输入设备输入

6、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部输出设备是计算机中用于送出计算机内部信息的设备，例如打印机，显示器等。信息的设备，例如打印机，显示器等。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总线和接口连接在一起这些部件和设备通过总线和接口连接在一起, 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

7、 教学内容以计算机硬件知识为主，并按计算机组成，教学内容以计算机硬件知识为主，并按计算机组成，把课程分为如下四个单元：把课程分为如下四个单元：第一单元：由教材的第第一单元：由教材的第 3 章组成，以运算器的功能，章组成，以运算器的功能，组成与设计为主进行讲解，其中数字化编码，数据表组成与设计为主进行讲解，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，运算示和数值数据的运算方法为本单元的基础知识，运算器部件是目标。器部件是目标。第二单元：由教材的第第二单元：由教材的第 4 章组成，以控制器的功能，章组成，以控制器的功能，组成与设计为主进行讲解，其中的指令系统、指令格组成与设计为

8、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，控制器部件是式、寻址方式等为本单元的基础知识，控制器部件是目标。目标。教学内容组织教学内容组织(续续)第三单元：由教材的第第三单元：由教材的第 5 章组成，即以多级存储器的章组成，即以多级存储器的组成与运行原理，设计与实现方法为主进行讲解，包组成与运行原理，设计与实现方法为主进行讲解，包括主存储器，高速缓冲存储器，外存储器三部分，它括主存储器，高速缓冲存储器，外存储器三部分，它们所用的存储介质的特性和部件运行原理是本单元的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。基础知识，三种存储器部件是目

9、标。第四单元：由教材的第第四单元：由教材的第 6 章组成，即围绕常用的输入章组成，即围绕常用的输入/输输出方式，包括中断方式和出方式，包括中断方式和DMA 方式，几种常用的输入方式，几种常用的输入/输出设备的功能与组成，通用输入输出设备的功能与组成，通用输入/输出接口与总线的构输出接口与总线的构成和使用方法进行讲解。成和使用方法进行讲解。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

10、结构，程序设计者所看到的计算机系统的属性，是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，概念性结构和功能特性，研究计算机系统的硬、软件的功能计算机的外特性，概念性结构和功能特性，研究计算机系统的硬、软件的功能划分和接口关系。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的联系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能参数相匹配；实现机（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，是计算机系统结构的逻辑实现。器指令级的各种功能和特性，是计算机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，即把一台完成逻辑设计计算机组成的物理实现，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，器件选择，电源供电、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