计算机系统的组成优秀PPT.ppt
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1、计算机系统的组成计算机系统的组成现在学习的是第1页,共53页硬件是软件工作的基础,离开硬件,软件无法工作。软件是硬件功能的扩充和完善。两者相互渗透,相互促进,硬件是基础,软件是灵魂。硬件和软件的关系现在学习的是第2页,共53页2.1.1硬件系统输入设备存储器输出设备运算器控制器数据流控制流冯诺依曼结构电子计算机的基本结构现在学习的是第3页,共53页冯诺伊曼(Neumann,John von),是20世纪最杰出的数学家之一,于1945年提出了“程序内存式”计算机的设计思想。这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础,已成为计算机设计的基本原则。由于他在计算机逻辑结构设计上的伟大贡献,他被
2、誉为“计算机之父”。诺伊曼于1903年出生于匈牙利的布达佩斯。他是一个数字神童,11岁时已显示出数学天赋。12岁的诺伊曼就对集合论,泛函分析等深奥的数学领域了如指掌。青年时期,诺伊曼从著名数学家希尔伯特,从此,他更是如鱼得水,在数学在海洋中畅游。在获得数字博士之后,他成为美国普林斯顿大学的第一批终身教授,那时,他还不到30岁。现在学习的是第4页,共53页设计思想之一是二进制,他根据电子元件双稳工作的特点,建议在电子计算机中采用二进制。报告提到了二进制的优点,并预言,二进制的采用将大简化机器的逻辑线路。诺伊曼提出了程序存储的思想:把运算程序存在机器的存储器中,程序设计员只需要在存储器中寻找运算指
3、令,机器就会自行计算,这样,就不必每个问题都重新编程,从而大大加快了运算进程。这一思想标志着自动运算的实现,标志着电子计算机的成熟,已成为电子计算机设计的基本原则。现在学习的是第5页,共53页计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。五部分组成。运算器和控制器合在一起称为中央处理器运算器和控制器合在一起称为中央处理器(Central(Central Processing UnitProcessing Unit,CPU)CPU)。现在学习的是第6页,共53页 3.计算机的基本部件 运算器(Arithmetic
4、Logic Unit-ALU)它是用来对数据进行算术运算或逻辑运算的部件。通常由算术逻辑运算部件、累加器及通用寄存器组成。主要功能是完成各种算术运算,如加、减、乘、除、逻辑判断、逻辑比较等。即在控制器的操纵下,它对取自内存或内部寄存器的数据进行算术或逻辑运算,其结果暂存内部寄存器或送到内存。现在学习的是第7页,共53页控制器(Controller)它相当于计算机的指挥中心,控制器的功能是使计算机能够自动执行程序,并控制各部件协调工作。即程序执行时,控制器按顺序先从存储器取出一条指令,并对指令进行分析,然后向有关部件发出控制命令,指挥他们完成各种操作。现在学习的是第8页,共53页 存储器(Mem
5、ory)它是用来存放大量程序或数据的部件。包括数据、程序、指令、运算的中间数据及最后结果都存放在存储器中。输入设备(Input Device)输入设备是用来接受用户输入的原始数据和程序,并将它们转变为计算机能识别的形式存放的存储器中。有哪些输入设备?现在学习的是第9页,共53页 常用的输入设备有:键盘、鼠标器、扫描仪、触摸屏、光笔、磁盘机等。输出设备(Output Device)输出设备是用来将处理结果转变为人们或现场所能接受的形式。常用的输出设备有:显示器、打印机、绘图仪、磁盘机等。4.名词术语 中央处理器(CPU)=运算器+控制器 主机=CPU+内部存储器 外部设备=输入设备+输出设备现在
6、学习的是第10页,共53页 计算机系统=硬件系统+软件系统 硬件系统=各功能部件的集合 软件系统=各种程序和有关资料的集合运算器服务程序计算机系统软件系统软件应用软件控制器硬件主机外部设备外存储器中央处理器内存储器输入设备输出设备操作系统程序设计语言处理程序数据库管理系统现在学习的是第11页,共53页系统总线微机的微机的CPUCPU由大规模集成电路实现,并集成在小硅片上,称为微处理器由大规模集成电路实现,并集成在小硅片上,称为微处理器(Micro-(Micro-processor)processor)。微型计算机内部连接方式采用总线结构,即各个部分通过一组公共的信号线联系,这组信号称为系统总线
7、。系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息,因此,系统总线包含有三种不同功能的总线,即数据总线DB(Data Bus)地址总线AB(Address Bus)控制总线CB(Control Bus)现在学习的是第12页,共53页数据总线DB用于传送数据和指令代码。数据总线是双向的,即它既可以把CPU的数据传送到存储器或IO接口等其它部件,也可以将其它部件的数据传送到CPU。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标,通常与微处理的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位,其数据总线宽度也是16位。现在学习的是第13页,共53页地址总线AB是专门用来传送地址的,由于地址只能从
8、CPU传向外部存储器或IO端口,所以地址总线总是单向的,这与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小,比如8位微机的地址总线为16位,则其最大可寻址空间为21664KB,16位微型机的地址总线为20位,其可寻址空间为2201MB。现在学习的是第14页,共53页控制总线CB用来传送控制信号和时序信号。控制信号中,有的是微处理器送往存储器和IO接口电路的,如读写信号,片选信号、中断响应信号等;也有是其它部件反馈给CPU的,比如:中断申请信号、复位信号、总线请求信号、限备就绪信号等。因此,控制总线的传送方向由具体控制信号而定,一般是双向的,控制总线的位数要根据系统的实际控制需
9、要而定。现在学习的是第15页,共53页微型计算机系统主要技术指标微型计算机系统主要技术指标字长字长表示CPU在一次操作中能处理的最大二进位数。字长越长,CPU可同时处理的数据位数就越多,功能就越强。时钟频率(主频)主频是指CPU的时钟频率,即CPU的工作频率。主频越高,单位时间内处理的指令越多,CPU的速度越快。指令执行速度MIPS(百万条指令/s)。现在学习的是第16页,共53页3.2.3微处理器微处理器1.控制单元协调和控制中央处理器单元中的所有操作。微处理器具有控制单元和算术逻辑单元两个基本部件。运算器和控制器合在一起称为中央处理器运算器和控制器合在一起称为中央处理器(Central P
10、rocessing Unit(Central Processing Unit,CPU)CPU)。微。微机的机的CPUCPU由大规模集成电路实现,并集成在小硅片上,称为微处理器由大规模集成电路实现,并集成在小硅片上,称为微处理器(Micro-processor)(Micro-processor)。现在学习的是第17页,共53页2.寄存器寄存器是中央处理器内的组成部分,可用来暂存指令、数据和位址。专用寄存器:指令寄存器、地址寄存器;通用寄存器:在多种状态下使用。寄存器的功能十分重要,CPU对存储器中的数据进行处理时,往往先把数据取到内部寄存器中,而后再作处理。用途:1.可将寄存器内的数据执行算术及
11、逻辑运算;2.存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置,即寻址;3.可以用来读写数据到电脑的周边设备。现在学习的是第18页,共53页3.算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit-ALU)4.微处理器芯片运算器的运算包括算术运算和逻辑运算。运算器的运算包括算术运算和逻辑运算。算术运算指加、减、乘、除等算术操作;逻辑运算指逻辑乘(与)、算术运算指加、减、乘、除等算术操作;逻辑运算指逻辑乘(与)、逻辑加(或)等逻辑操作。逻辑加(或)等逻辑操作。指令和程序的概念指令和程序的概念 指令是计算机硬件可执行的、完成一个基本操作所发出的命指令是计算机硬件可执行的、完成一个基本操作所发出的命令
12、。一台计算机的基本指令的集合称为该计算机的指令集。令。一台计算机的基本指令的集合称为该计算机的指令集。程序是指用户根据某一问题的解决步骤,选用一条条指令进行程序是指用户根据某一问题的解决步骤,选用一条条指令进行有序排列的集合。有序排列的集合。现在学习的是第19页,共53页一条指令由两部分组成:一条指令由两部分组成:指出应该执行什么操作;指出应该执行什么操作;指出操作作用的对象是谁。指出操作作用的对象是谁。一条指令是用一串二进制代码表示,它可分成两部分:一条指令是用一串二进制代码表示,它可分成两部分:操作码操作码 操作数操作数例如:学习例如:学习 同学们,计算机课程同学们,计算机课程CISC 复
13、杂指令集计算机RISC 简化指令集计算机现在学习的是第20页,共53页指令的执行过程 计算机执行指令可分为两个阶段:一是将要执行的指令从内存取到CPU中;二是CPU对该指令进行分析译码,再向各部件发出完成该操作的控制信号。例如:要求计算简单算题5+4=?现在学习的是第21页,共53页现在学习的是第22页,共53页用二进制表示的计算程序用二进制表示的计算程序存储单元地址存储单元地址 存储单元内容存储单元内容00010001001000100011001101000100010101010110011001110111100010005 54 4计算结果计算结果取数指令取数指令加法指令加法指令存数
14、指令存数指令打印输出指令打印输出指令存存储储器器布布局局现在学习的是第23页,共53页四、信息存储单位 1.位(bit)位是计算机存储信息的最小单位,表示一位二进制数据。2.字节(Byte,比特)字节是信息处理的基本单位,一个字节由八位二进制数组成,即1Byte=8bit。计算机存储器容量大小是以字节数来度量的,常用的单位有KB、MB或GB。现在学习的是第24页,共53页 1KB=210=1024B 1MB=210210=10241024=1048576B 1GB=210210210=102410241024 =1073741824B 3.字(Word)字是CPU通过数据总线一次存取、加工和传
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