《顾刚全套配套课件大学计算机基础第3版 第3章 上》由会员分享，可在线阅读，更多相关《顾刚全套配套课件大学计算机基础第3版 第3章 上（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、多媒体技术 大学计算机基础 顾 刚 计算机教学实验中心 gugnag ggu 029 82668634 P 2 第2章 微型计算机硬件基础 现代微机组成结构 冯 诺依曼计算机结构 微型机工作原理 微机主机系统 微机存储器系统 微机总线 微机I O设备与接口 P 3 p早期计算机奠基人 p首次提出程序存储概念 p设计形成早期计算机结构 p目前计算机基本上仍采用 冯 诺依曼 2 1 冯 诺依曼计算机结构 P 4 2 1 冯 诺依曼计算机结构 p 计算机采用二进制码存储与处理 p 在内存中存储程序与数据 p 计算机由五大部件组成 输入设备 存储器 输出设备 运算器 控制器 程序 数据数据 程序 数据
2、数据数据数据 指 令 地 址 命 令 命 令 状 态 命 令 响 应 请 求 状 态 请 求 状 态 命 令 响 应 图2 1 冯 诺依曼结构计算机 P 5 存储器 存储各种信息的部件 储存最小单位是BIT 一次存入或取出的二进制位数构成存储单元 每个存储单元又称机器字 其二进制位数称字 长 每个存储单元的编号称为存储地址 任何程序运行要先存放到存储器中 运算器 进行算术运算和逻辑运算的部件 主要是由算术加法器和逻辑运算部件构成 减法 乘法 除法都归结为加法 2 1 冯 诺依曼计算机结构 部件功能 P 6 控制器 控制指挥所有部件协调工作的部件 指令 让计算机工作的命令 指令由操作码和操作数构
3、成 程序 完成某项任务的指令集合 输入设备 输入信息到计算机内部 转换信息 主要由纸带机和控制面板上的开关构成 输出设备 将计算机内部的信息输出出来 主要由打印机和控制面板上的指示灯构成 2 1 冯 诺依曼计算机结构 部件功能 P 7 现代微机组成结构如下图所示 C P U 内存I O接口 I O设备 数据总线DB 地址总线AB 控制总线CB 主机 图2 5 微型计算机的概念结构 2 2 现代微机组成结构 P 8 现代微机主要部件如下 CPU 由运算器和控制器构成 存储器 由集成电路构成 按字节编址 总线 计算机各部件之间进行信息传输的一组 公共信号线及相关的控制驱动电路 I O设备 由I O
4、接口和设备构成 I O接口 外设连接到总线上一组逻辑控制电路 的总称 I O接口是CPU与外部设备间的桥梁和通道 不同 的外设要与主机相连都要配备不同的接口 2 2 现代微机组成结构 P 9 外部存储器 硬盘 光盘 优盘 输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 输出设备 显示器 打印机 其他 网卡 显卡 声卡 视频卡 微型计算 机系统 硬件 系统 软件 系统 主机 外部 设备 CPU 内存储器 输入 输出接口 总线 系统 软件 应用 软件 操作系统 语言编译系统 工具软件 网络系统 OA软件 管理信息系统 图像处理系统 2 2 现代微机组成结构 系统概念 P 10 主机 外部设备 整个系统运行的物理平台
5、 硬件系统的核心是主机 主机的核心是CPU 2 2 现代微机组成结构 硬件系统 P 11 软件系统是支撑硬件系统的逻辑平台 是计 算机系统的灵魂 神经中枢和大脑 软件 为运行 管理和维护计算机系统或为 实现某一功能而编写的各种程序的总和及其 相关资料 软件系统的核心是系统软件 系统软件的核 心是操作系统 2 2 现代微机组成结构 软件系统 P 12 指令和指令系统 程序 计算机的一般工作过程 程序的执行方式 2 4 微型机工作原理 P 13 指令 计算机能够识别并执行的 操作命令 指令一般由操作码和操作数组成 指令码 目标操作数 源操作数 指令码 操作数 表示功能 操作 表示操作的对象 2 4
6、 微型机工作原理 指令概念 P 14 机器语言指令 10110000 00001111 15 累加器A 00101100 00001010 10 A A 11110100 结束 停机 机器语言指令 MOV A 15 15 累加器A ADD A 10 10 A A HLT 结束 停机 C 语言指令 A 15 10 10 A A RETURN 结束 停机 ACCESS数据库SQL查询指令 2 4 微型机工作原理 指令概念 P 15 指令系统 计算机能够识别的所有指令的集合 ADD SUB MUL JMP MOV HLT 不同类型的计算机所识别的指令集合不一样 8086微处理器的指令系统包含基本指令
7、92条 PENTIUM III的指令系统包含70条 RISC精简指令系统计算机raduced instructor set computer 2 4 微型机工作原理 指令系统 P 16 程序 为完成某个任 务 按一定顺序组织 在一起的指令序列 程序是让计算机按人 们事先安排好 设计好 的流程进行工作 2 4 微型机工作原理 程序概念 P 17 比较两个数大小C语言程序 include void main int a b cin a b if a b cout 最大数是 a else cout 最大数是 b 2 4 微型机工作原理 程序概念 P 18 计算机的工作过程就是执行程序的过程 计算机是
8、在程序的控制下工作的 人们事先编写设计好程序 并将程序输入到计算机中存储起来 CPU根据程序中的指令控制计算机各个部件工作 各个部件根据指令码规定完成各种动作 2 4 微型机工作原理 工作过程 P 19 程序控制示意图 中央处理器 运算器控制器 程序 存储器 程序程序 程序 程序 程序 程序程序指令指令 指令指令指令 指令指令 P 20 读取操作数 存放结果 取指令 分析指令 执行指令 2 4 微型机工作原理 指令执行过程 P 21 分析指令 执行指令 程序 取下一条指令 结束程序 结束 2 4 微型机工作原理 程序执行过程 P 22 程序与数据在计算机中均按二进制存储 要执行的程序和处理数据
9、 必须先存储在内存中 在CPU的控制下 自动从存储器中取出指令并执行 完成各种动作 指令处理方式按逻辑顺序一条条指令地处理 在运行时 从内存中取出一条指令 按指令要求 从存储器中取出数据进行指定运算 按地址把结果送到内存中去 再取下一条指令 重复上述操作 直到结束为止 以中央处理器为核心的程序控制的工作原理 2 4 微型机工作原理 小结 P 23 主机系统的逻辑结构 主机系统的物理结构 2 5 微机主机系统 P 24 n主机系统的逻辑结构 它包括以下基本部件 n主板 nCPU n内存 n硬盘驱动器 n软盘驱动器 n光盘驱动器 n各种接口卡 n电源 图2 11 主机内部安装的部件 CPU 带风扇
10、 电源 光驱 硬盘 软驱 主板 南桥 北桥 显示 接口 卡 内存条 2 5 微机主机系统 逻辑结构 P 25 中央处理器简称CPU 主要包括 n运算器 进行加 减 乘 除运算 n控制器 包括取指令 取数 运算顺序的控制 n寄存器组 暂时存放中间的运算结果 运算器 通用寄存器 控制器 专用寄存器 2 5 微机主机系统 中央处理器 P 26 a Pentium4 b Celeron c Core 2 duo d Athlon64 FX e Sempron 图2 13 流行的x86系列CPU f Athlon64 X2 2 5 微机主机系统 微处理器 P 27 CPU的性能是计算机系统的主要技术指标
11、之一 主要性能指标 速度 主频 指每秒执行指令的条数或每秒主频振荡 的次数 条数用MIPS来表示 即每秒百万条指令 Pentium Pro 可达400MIPS 主频振荡用MHZ来表示 即每秒百万次 Pentium 达 2 8GHZ 最快的微处理器主频达4GHz 字长 指CPU一次所能处理的数据的二进制的位数 如 果字长是16位 要处理64位的指令就要读取4次 80386以下 的CPU为16位字长 80386及以上的CPU为32位字长 指令集 指令集功能强 计算机处理能力就强 高速缓存 匹配CPU和内存储器之间的速度的存储器 内核 将多个CPU核心集成在一起 16核甚至更多 2 5 微机主机系统
12、 CPU指标 P 28 双核处理器是指在一个处理器上集成两个运 算核心 从而提高计算能力 在处理多线程 多进程任务的时候相对单核 CPU具有明显速度优势 然而在处理单进程 任务的时候 双核技术的优势并不明显 Intel PENTIUM Dual Core奔腾双核 Intel CORE 酷睿双核 2 5 微机主机系统 双核概念 P 29 要运行的程序和要处理的数据都存放在内存中 文件和程序在外存中永久保存 内存储器 外存储器 用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序器件 2 5 微机主机系统 存储器 P 30 内存储器由存储体 地址寄存器 数据寄存器 译 码器及读写电路等组成 因在主板上 C
13、PU直接控制存取而得名 内存 内存分为 随机存储器RAM 供用户使用 Random Access Memory 只读存储器ROM 供系统使用 Read Only Memory 内存的性能指标是 容量 越大越好 目前在128MB 2GB 速度 存取数据的速度 一般在60 120 ns 毫微秒10 9 s 2 5 微机主机系统 内存储器 P 31 插槽 内存条 P 32 每个单元都对应一个地址 以实现对单元内容的寻址 1011011038F04H 内存地址 单元内容 喂 赵刚是住在 2031房间吗 2 5 微机主机系统 内存地址与内容 P 33 读 将内存单元的内容取入CPU 原 单元内容不改变
14、写 CPU将信息放入内存单元 单元 中原来的内容被覆盖 2 5 微机主机系统 内存操作 P 34 v内存之外的存储器称为外存储器 v外存储器不能被CPU直接访问 v外存储器通常指磁盘 磁带 光盘等 磁 盘又分为软磁盘和硬磁盘 v有哪些常用外存储器 2 5 微机主机系统 外存储器 P 35 v磁盘指在合金基板表面上涂上磁性材料 利用单位面 积内的磁场方向和强度存储0和1 v磁盘驱动器 磁盘是在磁盘驱动器的带动下工作的 v磁盘驱动器的功能是 控制磁盘的机械运动与磁头的定位 执行有关数据的 传输命令 完成数据的存取操作 2 5 微机主机系统 磁盘存储原理 P 36 v磁盘的每个盘片的两个表面都涂附了
15、一层磁性材料 作为存储信息的介质 读写磁盘时 磁头直接接 触盘面 感应磁场强度和方向 v为便于寻址 数据分布采取每个盘面划分出许多不 同半径的同心圆 称为磁道 每条磁道上又划分出 等分的区段 称为扇区 磁道和扇区都分别编号 便于管理 v磁盘容量计算公式 扇 区 磁道 2 5 微机主机系统 磁盘存储格式 P 37 n以软盘为例 3 5英寸高密度软盘 格式化后有2个 面 每面80个磁道 每个磁道18个扇区 每个扇区 存储512个字节 n其存储容量为 存储容量 2 80 18 512 1 44MB 容量 记录面数 磁道数 面 扇区数 道 字节数 扇区 2 5 微机主机系统 磁盘容量计算 P 38 硬
16、磁盘 硬盘机 是一种主要的外存储器 目前的 微机一般都至少配备一台硬盘机 在硬盘里永久保存着计算机系统工作必不可少的程 序和重要数据 掉电后数据文件仍然存在 硬盘具有容量较大 速度较快 7500转 15000转 分 及可靠性较好等优点 目前标准配置硬盘20 80GB 保持使用环境的清洁 避免震动与冲击 避免频繁开关电源 硬盘使用注意事项 2 5 微机主机系统 硬磁盘 P 39 微机使用的小型硬盘机从外观上看是一个密封的金属盒子 其中有若干片固定在同一个轴上 同样大小 同时高速旋转 的金属圆盘片 靠近每个盘片的两个表面各有一个读写磁头 这些磁头全部 固定在一起 可同时水平移到磁盘的某个磁道位置 硬盘片表面分为一个个同心圆磁道 每个磁道又分为若干扇 区 数据是以扇区为单位存放在盘片上 盘片旋转寻找扇区 2 5 微机主机系统 硬磁盘结构 P 40 外置 活动 硬盘 内置 固定 硬盘硬盘变U盘 2 5 微机主机系统 实际硬盘种类 P 41 光盘是利用激光原理存储和读取信息的存储媒介 利用激光束在铝反射层上凹坑和非凹坑反射差别来存取0和1 光盘具有体积小 速度快 容量大 可靠性高等特点 性能指标
