计算机专转本辅导(3)_第2章

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1、第2章 计算机组成原理,2.1 计算机的组成与分类 2.2 CPU的结构与原理 2.3 PC机的主机 2.4 常用输入设备 2.5 常用输出设备 2.6 外存储器,本章考题题型分布,2.1 计算机的组成与分类,2.1.1 计算机的发展与作用 2.1.2 计算机的组成 2.1.3 计算机的分类 2.1.4 微处理器和嵌入式计算机,2.1.1 计算机的发展与作用 计算机是一种信息处理工具，对人类社会的进步与发展产生了巨大的影响。计算机的特性： （1）速度快 （2）存储容量大 （3）通用性好 （4）计算机与计算机具有互连、互通和互操作的能力,计算机的发展,1946年研制成功第1台数字电子计算机 60

2、年来发展速度之快大大超出人们的预料： 性能、体积、价格、 应用领域和装机数量 软件技术和软件产品 使用的元器件 第1代：电子管磁鼓 第2代：晶体管磁芯 第3代：中、小规模集成电路 第4代：大、超大规模集成电路,应用模式：集中计算模式分散计算模式网络计算模式,第14代计算机的对比,2.1.1 计算机的组成,计算机硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称,计算机软件是指在计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档,计算机硬件的逻辑结构 1,经典计算机的逻辑结构（冯.诺依曼计算机）,（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）,计算机硬件的逻辑结构 2,现代计算机的逻辑结构,从逻辑上（功能上）

3、来讲，计算机硬件主要包括中央处理器（CPU）、内存储器、外内存储器、输入设备和输出设备等。它们通过总线互相连接。 CPU、内存储器、总线等构成计算机的“主机”，输入/输出设备和外存储器等通常称为计算机“外围设备”，简称“外设”。,输入(input)的双重含义： 1.把信息送入计算机的过程; 2.向计算机输入的内容 输入设备(input devices) 功能：用来向计算机输入信息 输入设备有多种，例如: 键 盘 输入文字、符号和命令 鼠标器输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令 扫描仪输入图片 麦克风输入声音 输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中的信息都使用二进位来表示,（1）

4、输入设备,（2）中央处理器,什么是处理器(processor)？ 负责对数输入信息进行各种处理的部件称为“处理器”。 能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作的部件，特点是： 由数字电路组成，结构非常复杂 所有电路都制作在大规模集成电路芯片上(仅几个平方厘米)，称为“微处理器” (microprocessor),什么是中央处理器（CPU）？,计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同的分工和任务 用于执行系统软件和应用软件的处理器称为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组成部件 多数个人计算机只有1个CPU，但有一些计算机包含有2个、4个、8个甚至成百上千个CPU 使用多个

5、CPU实现超高速计算的技术称为“并行处理”，采用这种技术的计算机系统称为“多处理系统”。,（3）内存储器和外存储器,计算机能够把程序和数据(包括原始数据、中间运算结果与最终结果等)储存起来，具有这种功能的部件就是“存储器”。 功能：储存以二进位形式表示的程序和数据 分类：内存储器（内存或主存）和外存储器（外存或辅存）,（4） 输出设备,输出(output)的双重含义： 1.把信息送出计算机的过程; 2.从计算机输出的内容 输出设备(output devices) 功能：从计算机输出信息 输出设备有多种，例如: 显示器输出文字、符号和图形 打印机打印文字、符号和图形 扬声器输出声音 (多数)输出

6、设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可感知的形式(文字、符号、图形、声音等),（5） 总线(bus),功能： 用于连接CPU、内存、外存和各种I/O设备并在它们之间传输信息的一组共享的传输线及其控制电路 分类： CPU总线（或前端总线） ：用于连接CPU和内存的总线 I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线,2.1.3 计算机的分类,按内部逻辑结构分类 8位/16位/32位/64位 单CPU/多CPU 按性能和价格分类 巨型计算机 (supercomputer) 大型计算机 小型计算机 个人计算机 (personal computer) 笔记本PC 台式PC,按计算机服务的对象

7、和作用划分：,2.1.4 微处理器和嵌入式计算机,微处理器（P ）是使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的电子部件，例如:,微处理器是各种类型计算机的核心组成部分 用于执行系统软件和应用软件的P 称为“CPU” 目前几乎所有计算机的CPU使用的都是微处理器 除了用作CPU的通用微处理器之外， 还有许多专用的微处理器产品：绘图处理器、通信处理器等,嵌入式计算机,把运算器、控制器、存储器、输入/输出控制、接口电路全都集成在一块芯片上，这样的超大规模集成电路称为“单片计算机”或“嵌入式计算机” 用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如 数码相机、MP3播放器、手机、计算机外

8、围设备、汽车、机顶盒等,真题讲解,一、选择题 1、 基于冯诺伊曼提出的存储程序控制原理的计算机系统，其硬件基本结构包括： 、控制器、存储器、输入设备和输出设备。（2005年）A、磁盘驱动器 B、运算器C、显示器 D、键盘,2、PC机的标准输入设备是_，缺少该设备计算机就无法正常工作。（2005年）A. 键盘 B. 鼠标C. 扫描仪 D. 数字化仪,3、一个完整的计算机系统应包括_。（2006年）A主机及外部设备 B.机箱、键盘、显示器及打印设备C硬件系统和软件系统D.中央处理器、储存器及外部设备,4、中央处理器是计算机的核心部件，一台计算机最多包含 中央处理器。（2007年） A、一个 B、两

9、个C、四个 D、多个,二、多选题 1、下列部件中属于计算机外部设备的是_。（2006年）A电源 B. CPU C. 鼠标 D. 扫描仪,三、填空题 1、在计算机硬件系统中，提供各部件之间相互交换各种信息的通道是 。（2005年）,例题讲解,一、选择题 1、人们习惯于将计算机的发展划分为四代。划分的主要依据是（ ） A. 计算机的运行速度 B. 计算机的规模 C. 计算机主机所使用的主要元器件 D. 大规模或超大规模集成电路,2、以下对计算机软件与硬件关系的描述中，不正确的是（ ） A、计算机系统由硬件与软件组成B、硬件功能无法用软件来实现C、软件是硬件功能的扩充 D、硬件是软件的基础,3、下列

10、关于计算机硬件组成的描述中，错 误的是 。 A、计算机硬件包括主机与外设B、主机通常指的就是CPUC、外设通常指的外部存储设备和输入/输出设备 D、一台计算机中可能有多个处理器，它们都能执行指令和进行算术逻辑运算,4、目前，个人计算机使用的电子元器件主要是 。A.晶体管B.中小规模集成电路C.大规模或超大规模集成电路D.光电路,5、计算机是一种通用的信息处理工具，下面是关于计算机信息处理能力的叙述中正确的 是。 它不但能处理数值数据，而且还能处理图像和声音数据 它不仅能对数据进行计算，而且还能进行分析推理 它具有极大的信息存储能力 它能方便而迅速地与其它计算机交换信息A.仅、和 B. 仅、和C

11、. 、和 D. 仅、,6、根据“存储程序控制”的原理，计算机硬件各部件如何动作是由_决定。A. CPU所执行的指令B. 操作系统C. 用户D. 控制器,二、填空题1、一台计算机可以有多个中央处理器，使用多个CPU实现超高速计算机的技术称为“ 技术”。2、目前，高性能计算机大多采用并行处理技术，即在一台计算机中使用许多个实现超高速运算 。,3、按照性能、价格和用途，目前计算机分为 、大型机、小型机和个人计算机。,三、判断题1、中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备等通过系统总线互相连接，构成计算机硬件系统。（ ）2、计算机系统由硬件和软件两部分组成。键盘、鼠标、显示器等都是计算机的硬件。（

12、 ）,随堂练习 一、判断题3、5、6、7、10、11、13 二、选择题1、2、3、7、8 三、 填空题6、7、8,2.2 CPU的结构与原理,2.2.1 CPU的结构 2.2.2 指令与指令系统 2.2.3 CPU的性能指标,2.2.1 CPU的结构,冯诺依曼计算机的结构与原理,（1） 运算器（执行单元）对数据进行各种算术运算和逻辑运算。 （2）控制器取指令，解释指令的含义（指令译码）产生控制其它部件的操作控制信号，记录内部状态。 （3）寄存器组由十几个甚至几十个寄存器组成。用于临时存放参加运算的数据和得到的中间结果。,“存储程序控制” 原理,将问题的解算步骤编制成为程序，程序连同它所处理的数

13、据都用二进位表示并预先存放在存储器中 程序运行时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止,存储器,中央 处理器,存储数据 和指令,执行指令 处理数据,指令，数据,处理结果,CPU的任务,CPU的主要任务是执行指令，它按指令的规定对数据进行操作,2.2.2 指令与指令系统,指令采用二进位表示，它用来规定计算机执行什么操作。大多数情况下，指令由两个部分组成：,指令在计算机中的执行过程,取指令：CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器 指令译码：指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应进行何种操作、操作数在哪里 执行指令

14、3.1 取操作数 3.2 进行运算 修改指令计数器，决定下一条指令的地址,1 取指令,4 修改指令计数器,3 执行指令,2 指令译码,指令执行周期,关于指令系统,每一种CPU都有它自己独特的一组，CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统。即它的机器语言,指令系统中的指令分成许多类，例如奔腾4处理器中共有七大类指令： 数据传送类 算术运算类 逻辑运算类 移位操作类 位(位串)操作类 控制转移类 输入/输出类等,关于奔腾4系列的指令系统,产品发展过程为：8088（8086）80286 8038680486 PentiumPentium PROPentium II Pentium III Pe

15、ntium 4 奔腾D奔腾至尊酷睿酷睿2 为解决软件兼容性问题，采用“向下兼容方式”开发新的处理器，即所有新处理器均保留老处理器的全部指令，同时还扩充功能更强的新指令。,关于CPU的兼容性,不同公司生产不同的CPU产品： Intel公司：Pentium系列、赛扬系列 、至强等 AMD公司：独龙、闪龙、炫龙等 IBM公司：Power5、Power6等（苹果的Macintosh使用） SUN公司：Ultra SPARC处理器 HP公司： PA-RISC、Itanium 处理器,同一公司同一系列的CPU具有向下（前）兼容性： A计算机（使用新型号CPU）的程序不能在B计算机（使用老型号CPU）上运行

16、， B计算机的程序却能在A计算机上运行 不同公司的不同CPU产品其指令系统不同，它们互相不兼容： A计算机的程序不能在B计算机上直接运行， B计算机的程序也不能在A计算机上直接运行,2.2.3 CPU的性能指标,计算机的性能主要表现在程序执行速度的快慢，它由许多因素决定，例如CPU、内存、硬盘、显卡等，但通常CPU是主要因素 CPU性能高低的主要指标是CPU的速度，有2种衡量方法： 计算每秒钟可执行的指令数目（单位：MIPS（百万条定点指令/秒）、MFLOPS（百万条浮点指令/秒）和TFLOPS（万亿条条浮点指令/秒）。 使用常用软件（办公软件、数字媒体处理软件和3D游戏等）的执行速度来衡量CPU的性能,