大学信息技术ppt2

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1、1,第2章 计算机组成原理,2,计算机的组成,计算机系统,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,硬件：计算机系统中所有实际物理装置 的总称,向计算机硬件指出应如何一步步的进行规定的操作,程序处理的对象,软件设计报告、操作说明和相关技术资料,3,计算机硬件的组成,运算器,控制器,中央处理器(CPU),主机,计算机硬件,外设,内存储器,总线,输入/输出设备（I/O设备）,外存储器,寄存器组,4,计算机硬件的逻辑结构,5,中央处理器(CPU),处理器 能高速地进行算术运算和逻辑运算，负责对输入信息进行各种处理 中央处理器(CPU) 包含运算器和控制器。承担系统软件和应用软件

2、运行任务的处理，是任何一台计算机必不可少的核心组成部件。（一台计算机中有多个处理器,它们各有其不同的任务）,6,中央处理器(CPU),并行处理和多处理器系统 使用多个CPU（2，4，8或更多）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“多处理器系统”。,7,内存储器和外存储器,存储器 存储程序和数据(包括原始数据、中间运算结果与最终结果等)的部件。 存储器类别与特性 内存储器(简称内存或主存) 存取速度快、容量相对小，价格相对高 直接与CPU相连接（CPU可直接访问） 易失性，用于存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据以及产生的结果。 存储介质：半导体芯片,8,内存

3、储器和外存储器,外存储器(简称外存或辅存) 存取速度慢、容量相对大，价格相对低 不直接与CPU相连接（CPU不能直接访问，其中存储的程序及相关的数据必须先送入内存，才能被CPU使用） 非易失性，用于长期存放各类信息 存储介质：磁盘、光盘、磁带等,9,总线,总线（bus)是用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输并协调它们工作的一种部件（含传输线和控制电路） 其主要组成部分是用于在各部件间运载信息的一组（或多组）公用的传输线。 CPU总线（前端总线）：连接CPU和内存 I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）,10,计算机的分类,按内部逻辑结构分为 单处理机、多处理机(并行机) 按

4、字长分为 16位机、32位机或64位计算机等 按计算机的性能、用途和价格分为 巨型计算机（Supercomputer） 大型计算机（Mainframe） 小型计算机（Minicomputer） 个人计算机（Personal Computer）,11,微处理器和嵌入式计算机,微处理器 简称P或MP，通常指使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的处理器 单片机或嵌入式计算机 是一种把微处理器、存储器、输入输出接口电路等都集成在单块芯片上的大规模集成电路芯片。 例如：控制办公室的温度和湿度，检测病人的心率和血压，控制微波炉的温度和工作时间，播放MP3音乐。 软件一般固化在芯片上，功能和用途

5、一般就不能轻易改变了。 大多满足实时信息处理、最小化存储容量、最小化功耗、适应恶劣工作环境等要求。,12,2.2 CPU的结构与原理,主要内容： CPU的内部结构 指令和指令系统的基本概念 指令执行过程 CPU的性能,13,CPU与内存的关系,14,CPU内部的组成,寄存器组 速度很快，临时存放参加运算的数据和得到的中间（或最后）结果 运算器（执行单元）ALU 对数据进行各种算术运算和逻辑运算， 控制器 CPU的指挥中心，它有一个指令计数器，用来存放CPU正在执行的指令的地址，CPU将按照该地址从内存读取所要执行的指令 ；它还有一个指令寄存器，用来保存当前正在执行的指令，通过译码器解释该指令的

6、含义，控制运算器的操作，记录CPU的内部状态等。,15,2.2.2 指令与指令系统,16,指令,使用计算机完成某个任务必须运行相应的程序 在计算机内部，程序是由一连串指令组成的，指令是构成程序的基本单位。 指令采用二进制表示，它用来规定计算机执行什么操作以及操作对象所在的位置。,17,指令组成部分,操作码 表示计算机应执行何种操作的一个二进制代码 操作数地址 表示该指令所操作（处理）的数据（直接数）或数据所在存储单元的地址,18,指令系统兼容,由于每种类型的CPU都有自己的指令系统，因此，某一类计算机的可执行程序代码未必能在其他计算机上运行，这个问题称之为计算机的“兼容性”问题。 同一公司的产

7、品通常“向下兼容” 新型号的处理器在旧型号处理器指令系统基础上进行扩充。 不同公司生产的CPU各有自己的指令系统，它们未必互相兼容。 Pentium与Power PC不兼容 与AMD或Cyrix公司的微处理器兼容,19,CPU的性能指标,字长（位数） 指的是CPU中定点运算器的宽度（即一次能同时进行二进制整数运算的位数）。 主频（CPU时钟频率） 指CPU中电子线路的工作频率，它决定着CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢。主频越高，执行一条指令需要的时间就越少，CPU的处理速度就越快。,20,CPU的性能指标,CPU总线速度 CPU总线的工作频率和数据线宽度决定着CPU与内存之间传输数据的速

8、度快慢，总线速度快，CPU访问内存的 时间也可相应加快 高速缓存（cache）的容量与结构 它是介于高速CPU和相对低速的主存之间的存储器。 程序运行过程中高速缓存有利于减少CPU访问内存的次数。Cache容量越大、级数越多，命中率就越高，CPU运行速度就越快。,21,CPU的性能指标,指令系统 指令的类型和数目、指令的功能等都会影响程序的执行速度 逻辑结构 CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目、是否具有数字信号处理功能、有无指令预测和数据数据预测功能、流水线结构和级数等都对指令执行的速度有影响。,22,PC机物理结构,PC机的物理组成 机箱、显示器、键盘、鼠标器等 机箱内包含 主板、硬盘、

9、软驱、光驱、 电源、风扇等 主板上安装 CPU、芯片组、内存条、 总线插槽、I/O控制器、 I/O端口、扩充卡等部件,台式机,23,PC机的主板,24,CPU插座,内存条插座,软驱、硬盘 IDE连接器,电源连接器,PCI总线插槽,华硕P4T主板实物照片,芯片组,I/O端口,25,芯片组（ Chipset ）,Intel 865P 芯片组逻辑结构,26,BIOSBIOS ROM芯片 （只读存储器芯片）,BIOS（Basic Input/Output System） 基本输入/输出系统，是操作系统的最底层部分的可执行程序代码。 BIOS存放在只读存储器芯片（ROM）中，一般称为BIOS芯片。 BI

10、OS主要包含4部分的程序, 一般情况下是不能被修改的 POST(Power On Self Test，加电自检)程序（检测计算机故障） 系统自举（装入）程序（启动计算机） CMOS设置程序 基本外围设备的驱动程序（实现常用外部设备输入输出操作的控制程序）,27,CMOS芯片 （互补金属氧化物半导体存储器）,存放用户对计算机硬件所设置的一些参数（称为“配置信息”），包括当前的日期和时间等。CMOS是一种半导体存储器芯片，使用电池供电，成为非易失性存储器，只要电池供电正常，即使计算机关机后它也不会丢失所存储的信息以及时钟停走。,28,计算机存储器体系结构,29,半导体存储器芯片的类别,半导体存储器

11、,只 读 存储器ROM,随机存取存储器RAM,静态随机存储器SRAM（高速）,动态随机存储器DRAM（低速）,不可在线改写内容的ROM,快擦除存储器（Flash ROM）,（用于Cache）,（用于主存储器）,（BIOS存储器）,30,DDR SDRAM 内存条模块,SDRAM 内存条模块,内存储器,31,将输入设备输入的信息送入主存储器的指定区域，或者将主存储器指定区域的内容送出到输出设备 特点： 多数I/O设备在操作过程中包含机械动作，其工作速度比CPU慢得多。为了提高系统的效率，I/O操作与CPU的数据处理操作往往是并行进行的 多个I/O设备必须能同时进行工作 除了键盘、显示器、鼠标器等

12、基本的I/O设备之外，不同计算机所配置的I/O设备数量、品种和性能差别很大，且经常需要增减和更新 I/O设备的种类繁多，性能各异，操作控制的复杂程度相差很大，与计算机主机的连接也各不相同,I/O操作,32,I/O控制器,有些设备（键盘、鼠标、打印机等）的I/O控制器比较简单，已经集成在主板上的芯片内 有些设备（音频、视频设备等）的I/O控制器比较复杂，就做成扩充卡（适配卡或控制卡），插在主板的PCI扩充槽内。,33,I/O总线,总线（bus） 计算机各部件之间传输信息的一组公用的信号线。 I/O总线上的信号类别 数据信号、 地址信号、 控制信号 I/O总线上线路类别 数据线 、 地址线、 控制

13、线 总线控制器 位于主板的芯片组中，协调与管理I/O总线操作 I/O总线的带宽（总线的数据传输速率） 单位时间内总线上可传送的数据量(字节数),34,I/O接口,I/O设备与主机之间必须通过连接器（接插件或插头/插座）实现互连。 主机上用于连接I/O设备的各种插头/插座，统称为I/O接口。,35,I/O接口分类,从数据传输方式来分 串行（一次只传输1位）：COM1, COM2 并行（8位或者16位、32位一起进行传输）：LTP1 从数据传输速率来分 高速 低速,36,I/O接口分类,从是否能连接多个设备来分 总线式（可连接多个设备，被多个设备共享，例如，USB接口） 独占式（只能连接1个设备）

14、 从是否符合标准来分 标准接口 （通用接口 , 例如 USB） 专用接口 （专用接口 例如 VIDEO 视频口),37,视频口,麦克风 音 箱,键盘接口,并行口,USB,网络接口,串行口,鼠标接口,串行口9针,并行口,视频口,键盘接口,网络接口,PS/2接口 键盘/鼠标,串行口25针,38,39,USB接口,Universal Serial Bus通用串行总线式接口 特点： 高速、可连接多个设备、串行传输 传输速率 USB的1.1版：1.5 Mb/s和12 Mb/s USB2.0版：高达480Mb/s（60MB/s） 使用4线连接器，体积小，符合即插即用规范（Plug & Play,即PnP）

15、 使用“USB集线器” 扩展机器的USB接口，最多连接127个设备 可通过USB接口由主机向外设提供电源（5V，100500 mA） 支持热拔插,40,IEEE-1394接口,简称1394，又称i.Link或FireWire 串行接口 主要用于连接需要高速传输大量数据的音频和视频设备。数据传输速度特别快（高达400 MB/s），连接器共有6线，采用级联方式连接外部设备，在一个接口上最多可以连接63个设备，设备间以菊花链方式进行转接。,41,2.4 常用输入设备,主要内容: 键盘、鼠标、笔输入设备、 扫描仪、数码相机,42,2.4.1 键盘（Keyboard）,43,键盘,键的组成与分布：,小键

16、盘,光标控制键,功能键,打字键盘,44,2.4.2 鼠标器（Mouse）,45,鼠标器,作用：一种指示设备（pointing device）,能方便地控制屏幕上的鼠标箭头准确地定位在指定的位置处，并通过按钮完成各种操作或发出命令。 组成：左键、右键、滚轮等,普通鼠标 指点杆 触摸板 轨迹球 操纵杆,46,鼠标器,机械式鼠标内部结构 鼠标工作原理：利用自身的移动，把移动距离及方向的信息变成脉冲送给计算机，再由计算机把脉冲转换成鼠标光标的坐标数据，从而达到 指示位置的目的。 分类（根据鼠 标测量位移部 件的类型）： 机械式 光机式 光电式,47,鼠标器,性能参数 分辨率：鼠标器最主要的技术指标，用dpi（dot per inch）表示，指鼠标每移动一英寸距离光标在屏幕上所通过的像素的数目。 目前多为：300 400 dpi 现可达：600-800dpi 轨迹速度：反映鼠标的移动灵敏度，以达到 600mm/sec 以上为佳 分类（按结构