计算机教案 第三章

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1、第2篇 计算机技术基础,第3章 微型计算机原理,本章内容,概述 运算系统 存储系统 指令系统 总线系统 输入输出系统,3.1 概述,ENIAC,用线路连接方法来编排程序。 机器内采用十进制，存储容量很小，功能有限。,冯诺依曼 在1945年，冯诺伊曼研制EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer) ，提出了存储程序计算机理论。,John von Neumann,3.1 概述,五大功能模块，即输入、存储、控制、运算、输出。 用二进制形式表示数据和指令 存储程序、程序控制，即计算机的工作是在程序的控制下运行，而程序又是预先存储在计算机内

2、的。,3.1.1 存储程序原理,通常把符合存储程序概念的计算机统称为冯诺伊曼型计算机，现在实用的计算机都属于冯诺伊曼型计算机。,输入输出设备 是计算机实现与外界数据传送的部件。输入设备负责接收并转换来自外界的原始数据，输出设备负责将计算机处理的结果数据转换并传送给外界。,存储器,存储器是计算机实现数据存储的部件，分为主存储器和辅助存储器。 主存储器 也称为内部存储器(内存)，它可以与CPU直接进行数据交换；主要存放数据和指令。 辅助存储器 也称为外部存储器(外存)它与CPU之间不可以直接进行数据交换。,控制器,控制器是计算机实现程序控制的部件，它负责从存储器中逐条取出指令、分析指令，以及根据指

3、令的具体要求与规定的操作，向计算机的其他部件发出控制信号，指挥各个部分协调工作。,运算器,运算器是计算机实现数据处理的部件，并且只是一个被动的执行部件，其整个运算过程是在控制器控制下自动进行的。,计算机的工作原理,3+42？,计算机的工作原理,由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行；,将计算过程描述为由多条指令按一定顺序组成的程序，并放入存储器保存。 程序按其在存储器中存放的顺序执行；,以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。 计算结果由输出设备负责输出。,3.1.2 微机基本组成,中央处理器,中央处理器简称CPU，主要包括：,运算器 进行加、减、乘、除运算 控制器 包括取指令、取数、

4、运算顺序的控制 内部寄存器组(register) 高速独立的存储单元。临时存放中间的运算结果。,说 明,通用寄存器 存放参加运算的操作数或运算结果或操作数地址的寄存器。 专用寄存器 存放当前计算机的工作状态，比如紧接着要执行哪一条指令，执行的结果具有那些特征（如有无进位，结果是否为0，有无溢出）等。 内部总线 数据或指令在运算器中的传送通道称为CPU内部总线。,1. 微处理器,封装在单个大规模或超大规模集成电路芯片上的中央处理器，称为微处理器(MPU)。 通常用CPU内部操作中的数据位数作为对其总体性能的一个表征。通常所说的16位机、32位机是指CPU可同时操作的二进制数的位数。目前常用的CP

5、U都是64位的，即一次可处理64位二进制数。 从 Intel 4004 、Pentium 4到今天的酷睿(双核，64位),返回,Intel4004微处理器芯片,包含2300个晶体管，支持45条指令，工作频率1MHz，尺寸规格为3mm4mm。计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。,“奔腾（Pentium）”微处理器在2000年11月发布，起步频率为1.5GHz，随后陆续推出了1.4GHz-3.2GHz的P4处理器。,返回,Pentium微处理器,酷睿双核微处理器,Intel的酷睿 双核处理器带有两个执行内核，专为多线程应用和多任务处理进行了优化。 可以同时运行多种要求苛刻的应用

6、，如图形密集型游戏或序列号运算程序；同时在后台下载音乐或运行病毒扫描安全程序。,2. 主板和主机,主板也称为系统板或母板，是指主机箱内那块大而薄的印刷电路板。主机的大部分部件都安装在主机板上。 主板不但是整个电脑系统平台的载体，还负担着系统中各种信息的交流。好的主板可以让电脑更稳定地发挥系统性能，反之系统会变得不稳定。 微处理器、内存、总线和输入输出接口，是整个系统的控制中心，通常将它们统称为主机。,3. 微型计算机,将微处理器、存储器（内部存储器、外部存储器）、输入/输出（Input & Output，简称I/O）设备及接口电路按照某种方式有机地连接起来，就构成了微型计算机的硬件系统，简称微

7、型计算机或微机。 现代微机多采用总线结构，其各个部件之间通过一组公共信息通路（总线，BUS）实现连接。总线结构的特点是结构简单清晰、易于扩展。,3.1.3 微机的分类,复杂指令系统计算机和精简指令系统计算机 单片机、单板机和个人计算机 系列机、品牌机和兼容机 P69P70,复杂指令系统计算机和精简指令系统计算机,复杂指令系统计算机(complex Instruction Set Computer,CISC) 指令庞大，包括100至几百条指令（包括复杂指令），程序设计容易，但其控制非常复杂，可靠性降低。例如，Intel的Pentium系列处理器。 精简指令系统计算机(Reduced Instru

8、ction Set Computer,RISC) 指令精简，100条以下指令（用简单指令子集模拟复杂指令），控制简单，可靠性较高，但程序设计更难也更长。例如，Apple的PowerPC系列处理器。,单片机、单板机和个人计算机,单片机 将微处理器、部分存储器、部分I/O接口以及总线集成在一个芯片上构成的单片微型计算机，简称单片机。也就是说单片机是具有计算机功能的集成电路芯片。单片机体积小、功耗低、使用方便，但存储器容量较小，一般用作专用机或控制仪表、家用电器等。常用于智能仪器仪表和智能化家电等工业控制系统和数据采集系统。,单片机、单板机和个人计算机,单板机 将微处理器、部分存储器、部分I/O接口

9、、总线以及简单的输入和输出设备(如小键盘和数码显示器LED)组装在一块印刷电路板上就构成了单板微型计算机，简称单板机。单板机具有完全独立的操作功能。由于输入输出设备简单、存储容量有限，只能使用二进制编程，用于简单控制系统和教学中。,单片机、单板机和个人计算机,个人计算机 个人计算机简称PC机，俗称个人电脑，由主机、输入设备(如键盘、鼠标等)和输出设备(如显示器和打印机等)组装而成。,（1）台式机,平板电脑,（2）便携式机,台式机，便携机，工作站，PDA（个人数字助理）等多种形式计算机。,常见个人计算机,系列机、兼容机、品牌机和组装机,系列机 由同一厂商生产并且具有相同系统结构的一系列不同型号的

10、机器称为系列机。 兼容机 计算机以基本相同的方式工作称为兼容。 兼容机是指不同厂商的相似系列型号的产品。,小测试,1、将微处理器、部分存储器、部分I/O接口以及总线集成在一块集成电路芯片上，就构成（ ）。 A）单片机 B）单板机 C）个人计算机 D）掌上电脑,系列机、兼容机、品牌机和组装机,品牌机 品牌机是指由著名的、较有实力的正规计算机厂家统一流水线生产的、配置的计算机，其优点是质量和维修有较好保证。 组装机 指用户根据自己的需求，选择输入、输出、存储及处理等部件合理配置（这些部件可能来自不同的生产厂家），组装起来的计算机，其优点是配置灵活，价格便宜。,兼容性,兼容性 是指同一软件能不加修改

11、地在其档次的机器（系列机）上运行。 向后兼容 是软件无需修改就能在其后投入市场的机器上正常运行。 向上兼容 则是软件无需修改就能在其更高档次的机器上正常运行。,3.1.5 微机的主要性能指标,运算速度 运算速度是指CPU每秒钟能够执行的指令条数，通常用MIPS(Million Instructions Per Second，每秒百万条指令，简称MIPS)表示，用于衡量计算机运算的快慢程度。以执行加法、乘法、除法指令为标准。,3.1.5 微机的主要性能指标,主频、外频、倍频 主频是CPU的时钟频率，也就是CPU运算时的工作频率，通常用MHz或GHz表示。 主频越高，一个时钟周期内完成的指令数越多

12、，CPU的工作速度也就也快。 例如，型号为486DX-133的微型计算机，表明它的CPU型号为486，DX为含浮点处理器，主频为133MHz。 外频是指CPU与外部设备进行数据传送的频率。单位MHz。 倍频是指CPU外频与主频之间存在的比值关系。 主频外频倍频,测一测：,一、“Pentium /350”和“Pentium /450”中的“350”和“450”的含义是（ ）。 A、最大内存容量 B、最大运算速度 C、CPU时钟频率 D、最大运算精度,位(Bit)：计算机存储数据的最小单位。二进制的每一位称为位。,字节(Byte)：计算机处理数据的基本单位。8个二进制位组成一个字节。1Byte=8

13、bit,字（word）：计算机一次存取、处理和传输的数据长度。一个字通常由一个或多个字节构成，存放一条指令或一个数据。,字长：一个字中所包含的二进制数的位数。字长是衡量计算机性能的一个重要指标。字长越长，一次处理的数字位数越大，速度也就越快，运算精度越高，数据的表示范围越大。,3.1.5 微机的主要性能指标,字长,位,字，字长,位、字节、字及字长,字节（8位）,小测试,1、下列叙述中错误的是（ ）。 A）运算速度是指每秒钟能够执行的指令条数，用于衡量计算机运算的快慢程度 B）主频越高，一个时钟周期里完成的指令数越多，CPU的速度也就越快 C）外频是指CPU与外部设备进行数据传送的频率 D）字长

14、是指CPU与存储器或输入/输出设备之间一次传送二进制数据的位数。字长的长短与计算机系统的性能无关,测一测：,2、CPU处理的数据基本单位为字，一个字的字长（ ）。 A、为8个二进制位 B、为16个二进制位 C、为32个二进制位 D、与CPU芯片的型号有关,测一测：,3、32位微机中的32是指该微机（ ）。 A、能同时处理32位二进制数 B、能同时处理32位十进制数 C、运算精度可达小数点后32位 D、运算精度整数可达32位,处理器技术参数,CPU质量的高低直接决定了一个计算机系统的档次，而CPU的主要技术特性可以反映出CPU的基本性能。 CPU的主要技术参数如下： CPU可以同时处理的二进制数

15、据的位数，即字长； 时钟频率（主频）。 高速缓冲存储器（Cache）的容量和速率； 地址总线和数据总线的宽度； 制造工艺。,处理器主频,主频:是CPU的工作频率，也称时钟频率。 外频： CPU外频也叫系统总线时钟频率，是由主板为CPU提供的基准时钟频率。 倍频：CPU的主频与外频的比值。 主频=外频倍频 超频：超频就是在实际使用中让CPU工作在高于额定的工作频率上。,系列型号：XEON(至强) 主频（GHz）：2.8 64位技术：Intel 64(EM64T) 外频：200MHz 倍频：14 一级缓存：16KB 二级缓存容量：1MB,CPU是利用大规模集成电路工艺，将计算机的_、_和寄存器集成

16、在一块电路芯片上。 CPU中_是对信息进行加工运算的部件。 一台Pentium 4 2.6Ghz微机，数字2.6代表_。 通常我们所说的32位机，指的是这种计算机的CPU 。,课后练习,存储位,存储单元 （字节）,为了方便对存储器中的数据进行有效的管理和使用，通常以字节或字长为单位将存储器分隔成若干个存储单元，并为每个存储单元编号，该编号称为存储单元的地址。通过存储单元地址对存储单元进行访问。,3.1.5 微机的主要性能指标,存储单元,K字节 1K = 210 1024 Byte M(兆)字节 1M = 220 1024 K G(吉)字节 1G = 230 1024 M T(太)字节 1T = 240 1024 G P(拍)字节 1P= 250 1024 T,某个存储设备所能容纳的二进制信息量的总和称为存储设备的存储容量。,3.1.5 微机的主要性