第二章 计算机组成原理.ppt

1、第2章计算机组成原理，第2章计算机组成原理，第2.1章计算机组成与分类，第2.2章中央处理器结构与原理，第2.3章计算机主机，第2.4章通用输入输出设备，第2.5章外部存储器，第2.1章计算机组成与分类，第2.1章计算机组成与分类，第2.2章计算机发展，第2.1章计算机组成原理，第2.1章计算机组成与分类，第2.1章计算机组成与分类，第2.2章计算机组成与分类，第2.2章计算机组成与分类，第2.2章计算机组成与分类，第2.1章计算机组成与分类，第2.2.1章计算机组成与分类，第2.1章计算机400，000美元，2.1.1计算机的发展和作用，以及计算机使用的基本电子元件被用作划分的基础。 计算机

2、的发展经历了四个阶段。推动力：微电子技术的进步和计算机应用中基本电子元件的演变：2.1.1计算机的发展和功能计算机系统由硬件和软件组成。硬件：计算机系统中所有实际物理设备的通用软件：计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关文件，2.1.2计算机的组成，其逻辑结构，2.1.2计算机的组成，计算机硬件的组成，2.1.2计算机的组成，1。中央处理器：中央处理器处理器可以高速执行指令，完成二进制数据的算术运算、逻辑运算和数据传输，并负责输入信息的各种处理。2.1.2计算机、中央处理器的组成：它是任何计算机必不可少的核心部件，负责处理系统软件和应用软件的运行任务。一台计算机有多个处理器，每个处理器都有

3、自己不同的任务。2.1.2计算机的组成。多处理器系统使用多个中央处理器(2个、4个、8个或更多)来实现超高速计算的技术称为“并行处理”，使用这种技术的计算机系统称为“多处理器系统”。2.1.2计算机2的组成。内部存储器和外部存储器：能够存储存储的程序和数据(包括原始数据、中间运算结果和最终结果等)的组件。)。内存的类型和特点内存(简称内存或主存)存取速度快，容量相对较小，价格相对较高，与中央处理器直接相连(可由中央处理器直接存取)。它是易失性的，用于临时存储正在运行的程序、正在处理的数据和由中央处理器生成的结果数据。存储介质：半导体芯片，2.1.2计算机组成，外部存储器(简称外部存储器或辅助存

4、储器)存取速度慢，容量相对较大。价格相对较低，与中央处理器没有直接连接(中央处理器不能直接访问它，存储的程序和相关数据必须先发送到内存，然后才被中央处理器使用)。非易失性，用于长期存储各种信息存储介质：磁盘、光盘、磁带等。2.1.2计算机的组成，3。输入设备用于向计算机输入信息。输入计算机的信息用二进制的“0”和“1”两个符号表示。2.1.2计算机的组成、输入设备的类型以及数字和文本输入设备(键盘、平板电脑等)的位置。)、命令输入设备(鼠标、触摸屏等)和图形输入设备(扫描仪、数码相机等)。)声音输入设备(麦克风、MIDI播放器等)。)视频输入设备(摄像机)温度和压力输入设备(温度和压力传感器)

5、，2.1.2计算机组成，4。完成信息输出的输出设备。也就是说，计算机内存中由“0”和“1”表示和存储的信息被转换成人类可以直接识别的信息形式。输出文字和图形的设备：通过显示打印机绘图仪输出声音和音乐的设备：音箱，2.1.2计算机组成，5。总线：一种控制部件，用于在中央处理器、内部存储器、外部存储器和各种输入输出设备之间传输信息，并协调它们的工作。中央处理器总线(或前端总线):用于连接中央处理器和存储器的总线输入/输出总线：用于连接存储器和输入/输出设备的总线输入/输出设备通常通过输入/输出接口与它们各自的控制器连接，然后控制器与输入/输出总线连接。2.1.2计算机的组成，2.1.3计算机的分类

6、，按照内部逻辑结构，可以分为单处理器、多处理器(并行机)、16位机、32位机或64位机等。根据计算机的性能、用途和价格，它可以分为超级计算机、大型计算机、小型计算机和个人计算机。1.超级计算机具有极强的计算和处理能力，速度超过每秒一万亿次，主要用于军事、科学研究、气象、石油勘探等领域。NEC SX-6/64MB超级计算机外观，2.1.3计算机分类，2。作为主服务器(企业服务器)的计算速度快、存储容量大、通信组网功能完善、可靠性高、安全性好的大中型计算机(大型机)，3。小型机小型机正逐步被高性能服务器(部门服务器)所取代。典型的应用是帮助中小型企业完成信息处理任务。小型计算机，2.1.3计算机分

7、类，4。微型计算机价格便宜，使用方便，软件丰富，性能不断提高，适合办公室或家庭使用。工作站具有高速计算能力和强大的图形处理功能，通常运行UNIX操作系统，特别适合工程和产品设计。工作站，2.1.3计算机分类，微处理器：它通常指由单片大规模集成电路制成的具有操作和控制功能的部件。微处理器是各种计算机的核心部件。单片机(嵌入式计算机)是将存储器、输入输出控制和接口电路集成在同一芯片上的超大规模集成电路芯片。2.1.4微处理器和嵌入式计算机2.2中央处理器的结构和原理内容：中央处理器的内部结构工作过程指令和格式难点：中央处理器在指令执行过程中的性能2.2.1中央处理器的结构到目前为止，计算机都是按照

8、数学家冯诺依曼提出的“存储程序控制”原理工作的。原理：问题的解决步骤和它处理的数据以二进制表示，并预先存储在内存中。程序运行时，中央处理器从存储器中逐个取出指令和相应的数据，并根据指令操作码对数据进行算术处理，直到程序执行完毕。中央处理器内部的算术单元(执行单元)对数据执行各种算术和逻辑运算。控制器(包括指令计数器和指令寄存器)接收指令，解释指令的含义(解码指令)，产生用于控制其他组件的操作控制信号，并记录临时存储在内部状态寄存器中的数据和获得的中间结果。2.2.1中央处理器结构、中央处理器与存储器的关系、存储单元、计算器、控制器、指令命令、数据地址、运算结果、中央处理器、控制信号、指令地址、

9、2.2.1中央处理器结构、机器指令(简称指令)(键):指令是程序的基本单元，用二进制位表示，用于指定计算机执行什么。指令由两部分组成：2.2.2指令和指令系统。 一种二进制代码，其操作码表示计算机应该执行哪种操作，其操作数地址表示指令操作(处理)的数据或数据的位置。 每种不同类型的中央处理器都有自己独特的指令集，并且指令系统是兼容的。因为每种类型的中央处理器都有自己的指令系统，所以某一类型计算机的可执行程序代码可能无法在其他计算机上运行。这个问题被称为同一个公司的产品通常是“向后兼容”。新型处理器是在旧处理器指令系统的基础上扩展而来的。2.2.2指令和指令系统，CPU的性能主要体现在程序执行的

10、速度上，这与CPU有很多因素相关：字长(位数)、主频(CPU时钟频率)、缓存容量、CPU前端总线速度和数据总线宽度、指令系统和制造技术、2.2.3 CPU性能指标、2.3 PC主机、PC的物理组成，如机箱、显示器、键盘和鼠标，包括主板、硬盘、软驱、光驱、电源、风扇等。主板配有中央处理器、芯片组、内存库、总线插槽、输入/输出控制器、输入/输出端口、扩展卡和其他组件、台式机、2.3.1主板、芯片组和基本输入输出系统、1。电脑主板、软驱、硬盘集成开发环境连接器、电源连接器、PCI总线插槽、华硕P4T主板的物理照片、芯片组、输入输出端口、功能：从某种意义上说，它决定了主板的级别和等级，也决定了主板上可

11、以安装的内存的最大容量和速度以及可以使用的内存模块的类型。两个芯片：北桥芯片，南桥芯片，2。芯片组)、2.3.1主板、芯片组和BIOS、BIOS(基本输入/输出系统)基本输入/输出系统，这是操作系统的最低可执行程序代码。基本输入输出系统是存储在只读存储器中的一组机器语言程序，具有启动计算机、诊断计算机故障和控制低级输入输出操作的功能。3。基本输入输出系统只读存储器芯片，2.3.1主板，芯片组和基本输入输出系统，2.3.1主板，芯片组和基本输入输出系统，基本输入输出系统主要包含四个部分的程序，一般不能修改开机自检(开机自检)程序(检测计算机故障)系统引导(加载)程序(启动计算机)基本外围设备的互

12、补金属氧化物半导体设置程序驱动程序，4。互补金属氧化物半导体。互补金属氧化物半导体是一种半导体存储芯片，由电池供电，成为非易失性存储器。只要电池正常供电，它就不会丢失存储的信息，即使电脑关机，时钟也会停止。2.3.1主板、芯片组和基本输入输出系统，如果在启动时按下删除键(或其他键)，进入互补金属氧化物半导体设置程序，允许用户修改系统硬件的一些配置信息。一般来说，在下列情况下需要启动CMOS设置程序来设置系统：PC机组装后，系统硬件第一次增加、减少或更换，或者由于电源故障、病毒入侵、放电等原因导致输入输出设备的CMOS芯片内容丢失或修改不正确。用户想更改或设置系统的密码，系统会根据需要调整一些设

13、置参数。2.3.2内部存储器，1。概述计算机内存分为内部内存和外部内存：访问速度慢，容量相对较大，不与中央处理器直接相连，用于永久存储计算机中几乎所有的信息。内存：访问速度快，容量相对较小，与中央处理器直接相连，用于存储已经开始运行的程序和正在处理的数据。计算机存储器体系结构(重点，了解各部分的功能、功能和属性)、2.3.2内部存储器、随机存取存储器(RAM):DRAM(动态随机存取存储器):芯片电路简单、集成度高、功耗低、成本低。适用于内存的主要部分，它比较慢，一般比CPU慢很多。静态随机存储器：电路复杂，集成度低，功耗大，制造成本高，价格昂贵，但工作速度快，适合用作高速缓冲存储器。2。内部

14、存储器类别，2.3.2内部存储器，只读存储器是一种可以永久或半永久存储数据的存储器。即使在断电(或关机)后，存储在只读存储器中的数据也不会丢失，所以它也被称为非易失性存储器。不能在线重写的只读存储器：如屏蔽只读存储器(mask ROM)、可编程只读存储器(pROM)、可编程只读存储器(eprom)、闪存只读存储器(flash rom)、2.3.2内部存储器(2.3.2 internal memory)，主存储器由多个动态随机存取存储器(DRAM)芯片组成。它包含大量存储单元，每个存储单元可以容纳一个字节(8个二进制)。存储单元每个存储单元可以存储一个字节。存储容量是指存储器中包含的存储单元的总

15、数。每个存储单元(一个字节)有一个固定的数字，称为地址。中央处理器根据地址访问存储器。选择内存地址后，内存读取数据并将其发送给中央处理器(或将中央处理器数据写入内存)所需的时间单位为ns。3.内部存储器的相关概念，2.3.2内部存储器，1。输入输出操作任务：将输入设备输入的信息发送到主存的指定区域，或将主存指定区域的内容发送到输出设备。特点：大多数输入输出设备在运行时都包含机械动作，其工作速度比中央处理器慢得多。为了提高系统的效率，输入输出操作和中央处理器数据处理操作经常是并行进行的。许多输入/输出设备必须能够同时工作。除了键盘、显示器、鼠标等基本输入输出设备之外，不同计算机配置的输入输出设备

16、的数量、种类和性能也有很大的不同，而且输入输出设备的种类很多，经常需要增加、减少和更新，性能不同，操作控制的复杂程度也不同。与主机的连接也不同，2.3.3输入输出总线和输入输出接口，2。输入/输出总线，输入/输出总线上的信号类型数据信号、地址信号和控制信号输入/输出总线带宽(总线的数据传输速率)每单位时间可在总线上传输的最大数据量(字节数)计算公式：总线带宽(兆字节/秒)=(数据线宽度/8)总线工作频率(兆赫)每总线周期的传输次数，2.3.3输入/输出总线从数据传输模式来看，它可分为串行(每次仅一位)、并行(8位或16位和32位一起传输)和2.3.3输入输出总线和输入输出接口、视频端口、麦克风音箱、键盘接口、并口、通用串行总线、网络接口和串口。网络接口，PS/2接口键盘/鼠标，串口25针输入/输出接口，(1)USB接口通用串行总线通用串行总线接口是一种总线串行接口，可以连接多台设备，利用差分信号实现数据的高速串行传输。2.3.3输入/输出总线和输入/输出接口，2.3.3输入/输出总线和输入/输出接口，USB接口特点：高速，多台设备可以连接，串行传输速率USB版本1.1: 1.5 Mb/s和12 MB/s USB版本2.0:0 体积小，符合即插即用标准(即插即用，即PnP)，使用“通用串行总线集线器”扩展机器的通用串行总线接口，最