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1、第二章 计算机的基本组成,2.1 计算机系统概述 2.2 中央处理器 2.3 寄存器 2.4 存储器,2.1 计算机系统概述,2.1.1 计算机硬件系统 2.1.2 计算机软件概述,返回本章首页,2.1.1 计算机硬件系统,计算机硬件是指有形的物理设备，它是计算机系统中实际物理设备的总称，由各种元器件和电子线路组成。 计算机硬件系统主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备，并且由总线将它们连接在一起。,返回本节,2.1.1 计算机硬件系统,计算机硬件系统组成部分图,返回本节,计算机系统工作原理示意图,2.1.1 计算机硬件系统,返回本节,1存储器 存储器是计算机系统中的记忆设备，用来
2、存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间数据和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。,2.1.1 计算机硬件系统,返回本节,1存储器 存储器按用途可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。 存储器按存储介质可分为：以磁性材料为存储介质的磁存储器 。 存储器按读写功能分为：读写存储器，只读存储器 。,2.1.1 计算机硬件系统,返回本节,2输入设备 输入设备是人或外部与计算机进行交互的一种装置，将程序、控制命令和原始数据转换为计算机能够识别的形式输入计算机的内存。输入设备的种类很多，目前微机上常用的有键盘、鼠标器，有时还用到扫描仪、
3、条形码阅读器、手写输入装置及语音输入装置等。,2.1.1 计算机硬件系统,返回本节,3输出设备 输出设备是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。它把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。,2.1.1 计算机硬件系统,返回本节,4系统总线 系统总线是用来连接计算机中各功能部件而构成一个完整计算机系统的设备。系统总线是微机系统中最重要的总线。 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，系统总线分为、地址总线和控制总线。,2.1.1 计算机硬件系统,返回本节,2.1.2 计算机软件
4、概述,软件系统由计算机程序、数据和有关的技术资料组成。计算机软件又称计算机程序，是控制计算机实现用户需求的计算机操作以及管理计算机自身资源的指令集合，是计算机系统中不可缺少的主要组成部分，计算机软件分成两大部分：系统软件和应用软件。,返回本节,2.1.2 计算机软件概述,1系统软件 系统软件由一组控制计算机系统并管理其资源的程序组成，其主要功能包括：启动计算机，存储、加载和执行应用程序，对文件进行排序、检索，将程序语言翻译成机器语言等。,返回本节,2.1.2 计算机软件概述,1）操作系统 操作系统是管理、控制和监督计算机软、硬件资源协调运行的程序系统，由一系列具有不同控制和管理功能的程序组成，
5、它是直接运行在计算机硬件上的、最基本的系统软件，是系统软件的核心。,返回本节,2.1.2 计算机软件概述,2）语言处理程序 计算机只能执行机器语言程序，用汇编语言或高级语言编写的程序，计算机是不能识别和执行的。因此，必须有一种程序把用汇编语言或高级语言编写的源程序翻译成机器可执行的机器语言程序，这种程序就是“语言处理程序”。语言处理程序包括汇编程序、解释程序和翻译程序。,返回本节,2.1.2 计算机软件概述,2）语言处理程序 解释程序 解释程序对某种语言编写的源程序中的每一个语句进行解释并执行，最后得出结果。 编译程序 编译程序是把高级语言所编写的源程序翻译成等价的用机器语言表示的目标程序的翻
6、译程序，其翻译过程称为编译。,返回本节,2.1.2 计算机软件概述,3）数据库管理系统 数据库是指按照一定联系存储的数据集合，可为多种应用共享。数据库管理系统(DBMS)则是能够对数据库进行加工、管理的系统软件。其主要功能是建立、消除、维护数据库及对库中数据进行各种操作。数据库系统主要由数据库(DB)、数据库管理系统(DBMS)以及相应的应用程序组成。,返回本节,2.1.2 计算机软件概述,2应用软件 应用软件是为解决实际问题所编写的软件的总称，涉及到计算机应用的各个领域。绝大多数用户都需要使用应用软件，为自己的工作和生活服务。如字表处理软件Word、Excel等。应用软件根据服务对象不同可分
7、为通用软件和专用软件两类。,返回本节,2.1.2 计算机软件概述,1）通用软件 通用软件是为解决某类一般问题而设计开发的软件，而这类问题是很多人都要遇到和解决的。例如：文字处理、表格处理、电子演示等。 2）专用软件 专用软件是为解决某特殊问题而设计开发的软件。,返回本节,2.2 中央处理器,2.2.1 中央处理器的简介 2.2.2 中央处理器的基本结构 2.2.3 CPU的主要技术参数,返回本章首页,2.2.1 中央处理器的简介,中央处理器简称CPU，又称为微处理器，用来控制计算机的全部动作。CPU包括运算器和控制器两部分。其中，运算器主要完成各种算术运算和逻辑运算，是对信息加工和处理的部件。
8、控制器用来协调和指挥整个计算机系统的操作，本身不具有运算功能，而是通过读取各种指令，并对其进行翻译、分析，而后对各部件作出相应控制。,返回本节,2.2.2 中央处理器的基本结构,Intel 8086 CPU的内部结构由执行单元EU和总线接口部件BIU两部分组成。执行部件(EU)是程序中各条指令执行的核心，完成指令译码、运算及其他操作。执行部件由算术逻辑运算部件ALU、通用寄存器组、状态标志寄存器以及控制器电路组成。总线接口部件是负责与存储器、I/O接口电路连接，形成CPU外的地址总线和数据总线，进行数据传送。,返回本节,2.2.2 中央处理器的基本结构,8086微处理器的内部结构逻辑图,返回本
9、节,2.2.2 中央处理器的基本结构,1.算术逻辑运算部件ALU ALU是运算器的核心。它是以全加器为基础，辅之以移位寄存器及相应控制逻辑组合而成的电路，在控制信号的作用下可完成加、减、乘、除等算术运算和逻辑运算。然后将运算结果通过内部总线送到通用寄存器组或BIU的内部寄存器中等待写入存储器。同时把ALU运算后的结果特征置入标志寄存器中保存。,返回本节,2.2.2 中央处理器的基本结构,2.寄存器组 RS 寄存器组是CPU中暂时存放数据的地方，是由一系列寄存器组成。寄存器用来保存即将处理的数据，或已经处理的数据。CPU访问寄存器所用的速度要比访问内存单元的速度快。寄存器组可分为专用寄存器和通用
10、寄存器。专用寄存器的作用是固定的，用于存放特定的数据。而通用寄存器存放程序员自定义的数据。,返回本节,2.2.2 中央处理器的基本结构,3. EU控制器 EU控制器是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过操作控制器OC，按确定的时序，向相应的部件发出微操作控制信
11、号以完成各条指令的功能。,返回本节,2.2.2 中央处理器的基本结构,4.总线 Bus 总线是一组导线组成，连接CPU各组成部分，以快速完成各个单元间的数据交换。算术逻辑运算部件ALU通过总线调入需要处理的数据，调出处理后的数据。总线包括数据总线DB(Data Bus)、地址总线AB(Address Bus) 、控制总线CB(Control Bus)。,返回本节,2.2.3 CPU的主要技术参数,1.主频 主频也叫时钟频率，表示在CPU内数字脉冲信号震荡的频率，单位是MHz，一般用来表示CPU的运算速度。CPU的主频外频倍频系数。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的
12、运算能力是没有直接关系的。,返回本节,2.2.3 CPU的主要技术参数,2.外频 外频是CPU的基准频率，单位是MHz（兆赫兹）。计算机系统中大多数的频率都是在外频的基础上，乘以一定的倍数来实现，这个倍数可以是大于1的，也可以是小于1的。主频就是CPU的时钟频率；倍频即主频与外频之比的倍数。外频、倍频与主频的关系式：主频外频倍频。,返回本节,2.2.3 CPU的主要技术参数,3.前端总线 前端总线是CPU的数据传输速度，单位也是MHz（兆赫兹）。目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz几种，前端总线
13、频率越大，代表着CPU与内存之间的数据传输量越大，更能充分发挥出CPU的功能。,返回本节,2.2.3 CPU的主要技术参数,4.缓存 缓存是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小但存取速度很快。缓存中存放的数据是内存中短时间内CPU即将访问的一小部分，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。现在的缓存集成在与CPU同一块电路板上或主板上，一般称CPU内核集成的缓存称为一级缓存，而外部的称为二级缓存。,返回本节,2.2.3 CPU的主要技术参数,5.超线程技术 超线程技术就是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使用线程
14、级并行计算，进而兼容多线程操作系统和软件，减少了CPU的闲置时间，提高的CPU的运行效率。超线程技术是在一颗CPU同时执行多个程序而共同分享一颗CPU内的资源，理论上要像两颗CPU一样在同一时间执行两个线程。,返回本节,2.2.3 CPU的主要技术参数,6.CPU指令集 CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。,返回本节,2.2.3 CPU的主要技术参数,7.制作工艺 在生产CPU过程中，加工各种电路和电子元件的精度称为制作工艺，通常用微米来表示，未来有向纳米发展的趋
15、势，精度越高，生产工艺越先进。芯片制造工艺在1995年以后，从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、90纳米一直发展到目前最新的65纳米，而45纳米和30纳米的制造工艺将是下一代CPU的发展目标。,返回本节,2.3 寄存器,2.3.1 寄存器组 2.3.2 通用寄存器的作用 2.3.3 专用寄存器的作用,返回本章首页,2.3.1 寄存器组,寄存器是CPU内的重要组成部份，可以暂存指令、数据和位址。由于寄存器的存取速度比内存快，所以，在编写汇编语言程序时，要充分利用寄存器存储数据。 寄存器一般用来保存程序的中间结果。 根据寄存器保存数据的位数，分为16
16、位寄存器和32位寄存器，在8086CPU中只有16寄存器，如图2.5所示。,返回本节,2.3.1 寄存器组,1、16位寄存器组 16位CPU含有14个寄存器： 4个数据寄存器(AX、BX、CX和DX) 2个变址和指针寄存器(SI和DI) 2个指针寄存器(SP和BP) 4个段寄存器(ES、CS、SS和DS) 1个指令指针寄存器(IP) 1个标志寄存器(Flags)。,返回本节,2.3.1 寄存器组,2、32位寄存器组 32位CPU所含有的寄存器有： 4个数据寄存器(EAX、EBX、ECX和EDX) 2个变址和指针寄存器(ESI和EDI) 2个指针寄存器(ESP和EBP) 6个段寄存器(ES、CS、SS、DS、FS和GS) 1个指令指针寄存器(EIP) 1个标志寄存器(EFlags),返回本节,2.3.1 寄存器组,通用寄存器图,段寄存器,返回本节,2.3.1 寄存器组,指令指针和标志寄存器,返回本节,2.3.2 通用寄存器的作用,返回本节,2.3.2 通用寄存器的作用,1数据寄存器 数据寄存器是指AX、BX、CX和DX四个寄存器，也称为通用寄存器。计算机工作时，它们用来暂时存放运
