大学计算机-卓越-第2章

1、大学计算机面向实践与创新能力培养第2章 计算机硬件组成与工作原理卓越工程师培养计划提纲项目2： 微型计算机组装与计算原理2项目描述3思维方法第2章 计算机硬件组成与工作原理14知识和技能准备5实践操作引导拓展与创新项目2项目描述项目2 微型计算机组装与计算原理（1）查看实验所用计算机各主要硬件的相关信息。（2）微机选配与组装。（3）通过动画演示，熟悉计算机指令执行与系统控制过程。项目2思维方法项目2 微型计算机组装与计算原理 计算机是最典型的计算系统，一定要以系统性、整体性和全局性的观点来理解计算机各部件的组成。（1）查看计算机硬件信息是学习计算机系统组成的必备知识。常见的方法包括：系统属性窗

2、口，设备管理器，CPU-Z等第三方软件。（2）计算机部件选配过程中，应充分发挥互联网思维，并注重整体性能匹配。（3）指令执行与系统控制是计算机最基本的计算原理。项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 1. 计算机系统组成 计算机是一台能按预先存储的程序和数据进行自动工作的机器。计算机系统=硬件系统+软件系统 信息处理指挥控制项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 1. 计算机系统组成 硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备和电子线路的总称，是计算机完成各项工作的物质基础。 硬件系统=主机+外部设备 主机：CPU（运算器ALU、控制器CU)、内存储器 外设：I/O设备

3、、外存储器（硬盘等）、网络设备等项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 1. 计算机系统组成 软件系统是控制、管理、指挥计算机按规定要求工作的各种程序、数据和相关技术文档的集合 。软件可分为系统软件和应用软件两大类。 如何理解软件是计算机系统的“灵魂”？硬件系统系统软件应用软件裸机虚拟机项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 2. 现代计算机体系结构 冯诺依曼原理（二进制、五部件、存储程序）项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 3. 信息的输入 输入设备正是将输入的数据和信息转换为计算机能够识别的二进制形式的设备。项目2知识和技能准备项目2 微型计算

4、机组装与计算原理 4. 信息存取与交换 内存（Memory）是计算机临时保持程序和数据的场所，是计算机各种信息存取与交换的中心。 按照工作原理，可分为RAM, ROM和cache三种。 项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 4. 信息存取与交换 RAM主要用于临时存放正在运行的用户程序、数据以及操作系统程序。人们通常所说的计算机的内存便是指RAM。 特点：可读可写，断电消失 市场：DDR3 项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 4. 信息存取与交换 ROM是通过特殊手段将信息存入其中，并能长期保存被存储信息的存储器。 特点：断电不消失 市场：Flash ROM

5、项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 4. 信息存取与交换 cashe是为缓解CPU和内存读写速度不匹配而设置的中间小容量临时存储器，集成在CPU内部，用于存储CPU即将访问的程序和数据。 特点：高速 原理：基于程序的访问局限性 项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 4. 信息存取与交换 内存相关术语及性能指标： 存储容量 内存地址 时钟频率 存取时间 CAS延迟 内存带宽项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 4. 信息存取与交换 项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 5. 指令执行与控制 程序（Program）指挥计算机进行各种

6、任务处理的一组指令的有序集合。即，是能实现一定功能的一组指令序列。 指令（Instruction）是能被计算机直接识别并执行的二进制代码，它规定了计算机所能完成的某一种操作。完成的功能操作的对象项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 5. 指令执行与控制 指令集（Instruction Set） CPU只能执行一些特定的、简单的操作，这些有限的操作事先已用硬件方式实现于CPU内部。尽管计算机可以执行非常复杂的信息处理任务，但这些任务总是被分解为CPU可以直接执行的简单操作的集合。 一台计算机所能完成的操作的集合被称为该计算机的指令集或指令系统。其中，一种操作对应事先用硬件实现的一

7、种功能，即一条指令。 显然，指令操作码的位数决定了一台计算机所能拥有的最大指令条数。项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 5. 指令执行与控制 运算器（ALU）又称为算术逻辑单元，是CPU中负责各种运算的重要部件。 算术运算：加，减，乘，除等 逻辑运算：与（and），或（or），非（not） 关系运算: ,=,=,!=,= 运算器采用寄存器（Register）来暂时存放待处理的数据或计算的中间结果。 项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 5. 指令执行与控制 控制器（CU）又称控制单元，是整个计算机的指挥中心。主要由以下部分组成： 程序计数器（PC）、指令寄存器

8、（IR）、指令译码器（ID）、微操作控制电路（MOCC）、时序控制电路（SCC）等。 项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 5. 指令执行与控制 指令执行与系统控制过程：取指令、分析指令、执行指令、PC更新。项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 5. 指令执行与控制项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 6. 现代微处理器技术 1971年，Intel公司推出世界上第一个微处理器Intel 4004（集成2300个晶体管，主频108kHz，字长4位）。 主要性能指标：主频，外频和倍频，字长，cache容量，核心数量等。项目2知识和技能准备项目2 微型

9、计算机组装与计算原理 7. 信息的永久存储 机械硬盘：磁存储技术，具有存储容量大、访问速度快和存储量价比高等优点。硬盘容量=磁头数柱面数每道扇区数512（B）使用过程：低级格式化、分区、高级格式化性能指标：转速，单碟容量，平均寻道时间项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 7. 信息的永久存储 光盘：光存储技术，主要利用激光束在被记录的圆盘上存储信息，并根据激光束的反射读取信息。 CD：1980年，存储容量为650MB或700MB。 DVD：1996年，存储容量为4.7GB。 Blu-ray：2006年，单层蓝光光盘的容量为25或27GB，双层可达到46或54GB。项目2知识和技

10、能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 7. 信息的永久存储 闪存：固态存储技术，通过电子芯片中的电路系统来存储和读取数据。 U盘可擦写100万次以上，数据可保持100年左右。 U盘一般采用USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口，支持设备的即插即用和热插拔功能，并可方便地进行连接和扩展。项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 8. 信息的输出 信息的显示输出：主要通过显示卡和显示器共同组成的显示输出系统来完成。常见的显示器有CRT、LCD和LED三种类型。 信息的打印输出：常见的打印机有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机三种。项目2知识和技能准备项目

11、2 微型计算机组装与计算原理 9. 信息传输与转换 为了计算机连接和组装的方便，现代计算机采用主板来统一规划各种传输线路，并将主要信息转换电路做成各种插槽或接口的形式，以方便计算机各部件和外部设备的安装。 主板是计算机系统中最大的一块电路板，几乎所有的计算机部件和各种外部设备都要通过它连接起来。 主板的性能对整个计算机系统的性能有明显影响。主板上最重要的是芯片组，由北桥芯片和南桥芯片组成。项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 9. 信息传输与转换 总线（Bus）是一组信息传输的公共通道，所有计算机部件或外部设备均可共用这组线路和CPU进行信息交换。对于特定的设备，可通过接口电路

12、的形式将其“挂接”到总线上，这样便可方便地实现各部件和各设备之间的相互通信。项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 9. 信息传输与转换 总线的分类： （1）按总线在计算机系统中的层次和位置不同，总线可分为片内总线、系统总线和外部总线。 （2）按数据的传输方式不同，总线可分为串行总线和并行总线。 （3）按传输信息的类型不同，总线可分为数据总线（Data Bus，DB）、地址总线（Address Bus，AB）和控制总线（Control Bus，CB）。 项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 9. 信息传输与转换 总线的主要技术指标：总线位宽，总线频率，总线带宽。

13、常见的总线类型： ISA/EISA PCI AGP PCI-E项目2知识和技能准备项目2 微型计算机组装与计算原理 9. 信息传输与转换 接口是一套连接规范以及实现这些规范的硬件电路。 常见的接口类型：PS/2, 串/并口，USB, IEEE1394，显示接口（VGA,DVI,HDMI), 硬盘接口（IDE,SATA,SCSI） 。项目2实践操作引导项目2 微型计算机组装与计算原理 （1）一般来说，查看计算机硬件信息的方法通常有两种：一是采用操作系统内置的功能，二是采用第三方专用软件，如CPU-Z等。项目2实践操作引导项目2 微型计算机组装与计算原理（2） 微机部件选配信息可通过著名的IT网站进行查询和比较，如： 中关村在线（） 太平洋电脑网（） 电脑之家（） 天极网（）项目2实践操作引导项目2 微型计算机组装与计算原理（3） 通过观看演示动画，并认真学习“2.3.5 指令执行与系统控制”小节内容，不难总结指令执行的四个环节，并明确两个数相加过程中各步骤的含义。当“两个数相加”指令执行完毕后，程序计数器PC自动加1，即转到下一条指令“将结果存入A3”执行，开始一个新的指令循环。 在指令执行过程中，控制器中的寄存器主要用于存放当前指令的地址以及指令内容