计算机科学技术导论教程第3章.ppt

1、计算机硬件系统 内容提要内容提要 本章以微型计算机为例介绍计算机硬件系统的本章以微型计算机为例介绍计算机硬件系统的组成，包括系统单元、内存、系统总线、扩展卡以组成，包括系统单元、内存、系统总线、扩展卡以及常用的输入及常用的输入 /输出设备和辅助存储器。通过本章输出设备和辅助存储器。通过本章学习，要求读者掌握计算机系统的基本结构和工作学习，要求读者掌握计算机系统的基本结构和工作原理，了解各种各样的输入原理，了解各种各样的输入 /输出设备及其功能。输出设备及其功能。 1冯 诺依曼体系结构体系结构指的是，构成系统主要部件的总体布局、体系结构指的是，构成系统主要部件的总体布局、部件的主要性能以及这些部

2、件之间的连接方式。冯部件的主要性能以及这些部件之间的连接方式。冯 诺依诺依曼体系结构的要点：曼体系结构的要点： u 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备备 5大部分组成大部分组成u 控制器和运算器是其核心，称为控制器和运算器是其核心，称为 CPUu 按存储程序原理进行工作按存储程序原理进行工作u 数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存储器数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放的位置由地址确定中，存放的位置由地址确定 u 控制器是根据存放在存储器中的指令序列（程序）进行控制器是根据存放在存储器中的指令序列（程序

3、）进行工作，并由一个程序计数器控制指令的执行工作，并由一个程序计数器控制指令的执行 2VON NEUMANN 1946年，年， John von Neumann、 Arthur Burks和和Herman Goldstein共同发表一篇名为共同发表一篇名为 “ 电子计算仪器逻辑电子计算仪器逻辑设计的初步讨论（设计的初步讨论（ Preliminary Discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instrument） ” 论文，论文， von Neumann在文中详细描述了计算在文中详细描述了计算机的逻辑设计、指令修改的

4、概念以及计算机的电子电路。机的逻辑设计、指令修改的概念以及计算机的电子电路。这个概念一直作为现代计算机设计的基础。文中指出这个概念一直作为现代计算机设计的基础。文中指出 “ 因因为完善的设备将是一个通用计算机，它应该包括主要的部为完善的设备将是一个通用计算机，它应该包括主要的部件有：运算器、存储器、控制器和与之相关的操作员件有：运算器、存储器、控制器和与之相关的操作员 ” 。 3计算机硬件体系结构的发展 u 适应串行的算法的体系结构改变为适应并行的算法的计适应串行的算法的体系结构改变为适应并行的算法的计算机体系结构算机体系结构u 面向高级语言计算机和直接执行高级语言的计算机面向高级语言计算机和

5、直接执行高级语言的计算机u 硬件系统与操作系统和数据库管理系统软件相适应的计硬件系统与操作系统和数据库管理系统软件相适应的计算机算机u 从传统的指令驱动型改变为数据驱动型和需求驱动型的从传统的指令驱动型改变为数据驱动型和需求驱动型的计算机计算机u 各种适应特定应用的专用计算机各种适应特定应用的专用计算机u 高可靠性的容错计算机高可靠性的容错计算机u 处理非数值化信息的计算机处理非数值化信息的计算机4微型计算机的硬件结构 微型计算机硬件的系统结构与冯微型计算机硬件的系统结构与冯 诺依曼结构无本诺依曼结构无本质上的差异，不过质上的差异，不过 CPU已被集成在一片大规模或超大规模集已被集成在一片大规

6、模或超大规模集成电路上，称为成电路上，称为 MPU。 此外，微型计算机内部的连接方式都此外，微型计算机内部的连接方式都是采用总线结构。是采用总线结构。 u 数据总线是传送数据和指令代码的信号线，它是双向总线数据总线是传送数据和指令代码的信号线，它是双向总线u 地址总线是传送地址总线是传送 CPU所要访问的存储单元或输入输出接口地址所要访问的存储单元或输入输出接口地址的信号线，它是单向总线的信号线，它是单向总线 u 控制总线是管理总线上活动的信号线。控制总线中的信号是控制总线是管理总线上活动的信号线。控制总线中的信号是用来实现用来实现 CPU对外部部件的控制、状态等信息的传送以及中断信对外部部件

7、的控制、状态等信息的传送以及中断信号的传送等号的传送等 5系统主板与时钟频率 u 系统主板：又称为底板或母板，它是整个计算系统主板：又称为底板或母板，它是整个计算机系统的通信网，系统单元的每个元器件直接连接机系统的通信网，系统单元的每个元器件直接连接到系统主板，它们通过系统主板进行数据的交换。到系统主板，它们通过系统主板进行数据的交换。 u 系统时钟：控制计算机操作的速度，这个速度系统时钟：控制计算机操作的速度，这个速度用兆赫（用兆赫（ MHz） 表示。兆赫等于每秒一百万周期表示。兆赫等于每秒一百万周期，时钟周期速度越快，则计算机处理信息的速度就，时钟周期速度越快，则计算机处理信息的速度就越快

8、。越快。 6电子数据与指令 数据与指令是通过两种状态的信号表示，例如电子电路的开与数据与指令是通过两种状态的信号表示，例如电子电路的开与关。它们分别表示二进制关。它们分别表示二进制 0或或 1。 u ASCII码：码： ASCII码是微型计算机中使用最广泛的二进制编码，使用码是微型计算机中使用最广泛的二进制编码，使用7位分别表示位分别表示 0 9、 a z、 A Z以及标点符号，用以及标点符号，用 8位表示特殊字符。主位表示特殊字符。主要用于微型计算机要用于微型计算机 u EBCDIC码：用一个字节表示数字和字母等。主要用于大型机系统码：用一个字节表示数字和字母等。主要用于大型机系统u Uni

9、code码：它是一种码：它是一种 16位的编码，用于支持像中文、日文等国际位的编码，用于支持像中文、日文等国际语言语言 字符 AEBCDIC 11000001ASCII 010000017微处理器 微型计算机中，微型计算机中， CPU被称为被称为 MPU。 u 控制单元：计算机的控制单元：计算机的 “ 交通警交通警 ” ，协调和控制出现在微，协调和控制出现在微处理器中的所有操作，还与输入处理器中的所有操作，还与输入 /输出设备进行通信。输出设备进行通信。 u 寄存器：寄存器的硬件组成相似于内存的单元，其速度寄存器：寄存器的硬件组成相似于内存的单元，其速度更快以及使用方式不同。更快以及使用方式不

10、同。 u 专用寄存器：指令寄存器、地址寄存器。专用寄存器：指令寄存器、地址寄存器。 u 通用寄存器：暂存数据的寄存器。通用寄存器：暂存数据的寄存器。 u 算术算术 /逻辑单元（逻辑单元（ ALU）：）： 是计算机的是计算机的 “ 计算器计算器 ” ，完成，完成两种类型的操作。两种类型的操作。 u 算术操作：加、减、乘、除等运算。算术操作：加、减、乘、除等运算。u 逻辑操作：比较操作。逻辑操作：比较操作。 8小知识如果读者正在使用的计算机速度变慢了，那么在考虑购如果读者正在使用的计算机速度变慢了，那么在考虑购买新的计算机以前，可以试着做如下操作：买新的计算机以前，可以试着做如下操作：u 卸载不再

11、使用的程序：在卸载不再使用的程序：在 Windows操作系统中，选择操作系统中，选择 “ 开始开始 设置设置 控制面板控制面板 添加与删除程序添加与删除程序 ”u 删除不需要的字体：在删除不需要的字体：在 Windows操作系统中，选择开始操作系统中，选择开始 设置设置 控制控制面板面板 字体字体 ”u 清空回收站：在清空回收站：在 Windows操作系统中，删除文件时，该文件并没有操作系统中，删除文件时，该文件并没有从硬盘上取掉，而是放入了回收站，为了清空回收站，双击桌面上回收从硬盘上取掉，而是放入了回收站，为了清空回收站，双击桌面上回收站图标，在弹出的回收站窗口中，选择站图标，在弹出的回收

12、站窗口中，选择 “ 文件文件 清空回收站清空回收站 ”u 执行磁盘碎片整理程序：选择执行磁盘碎片整理程序：选择 “ 开始开始 程序程序 附件附件 系统工具系统工具 磁盘碎磁盘碎片整理程序片整理程序 ” 9微处理器芯片 u CISC芯片：又称复杂指令集计算机，其指令系统一般多芯片：又称复杂指令集计算机，其指令系统一般多达几百条指令，这种技术由达几百条指令，这种技术由 Intel公司推广，并且是该公司公司推广，并且是该公司主流微处理器的基础。例如 主流微处理器的基础。例如 和和 4。u RISC芯片：又称简化指令集计算机，其使用较少的指令芯片：又称简化指令集计算机，其使用较少的指令。 Motorola、 IBM和和 Apple公司共同开发的公司共同开发的 PowerPC芯片就是芯片就是利用了利用了 RISC技术。技术。 u 专用芯片：用于智能卡的微型内置式微处理器。例如交专用芯片：用于智能卡的微型内置式微处理器。例如交通卡、社保卡。通卡、社保卡。Motorola10