計算機(jī)的基本組成和基本工作原理

1、1,2.1 計算機(jī)中信息的表示 2.2 計算機(jī)的基本組成 2.3 計算機(jī)的基本工作原理 2.4 微型計算機(jī)的主機(jī) 2.5 微型計算機(jī)的外部設(shè)備,第二章 計算機(jī)的基本組成和基本工作原理,2,第二節(jié) 計算機(jī)的基本組成,2.2.1 計算機(jī)系統(tǒng)的組成2.2.2 計算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)2.2.3 計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)的發(fā)展,掌握計算機(jī)系統(tǒng)基本組成部分及其功能、計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),3,計算機(jī)系統(tǒng)的基本

2、組成,硬件系統(tǒng),軟件系統(tǒng),+,計算機(jī)系統(tǒng),=,4,1. 硬件(Hardware)：,計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成,構(gòu)成計算機(jī)的所有實際物理裝置的總稱。 如中央處理器、存儲器、主板及各種外部設(shè)備，是構(gòu)成計算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 　這些硬件的“有機(jī)結(jié)合的整體”稱為硬件系統(tǒng)(Hardware system),5,硬件系統(tǒng),硬件系統(tǒng),主機(jī),外部設(shè)備,內(nèi)存儲器（主存）：ROM、RAM、Cache,,,,,,輸

3、入設(shè)備：鼠標(biāo)、鍵盤、掃描儀,輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī),CPU,,,,,,外存儲器（輔存）：軟盤、硬盤、光盤、閃盤,,,6,7,2. 軟件(Software)：,計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成,為用戶管理和使用計算機(jī)而編制的各種程序及其數(shù)據(jù)和文檔資料。如操作系統(tǒng)、辦公軟件等。 軟件是可記錄的，可以存儲在介質(zhì)上。 　　將計算機(jī)中所有程序的集合稱為軟件系統(tǒng)(Software System)。,8,系統(tǒng)軟件：　　

4、系統(tǒng)軟件是支持計算機(jī)用戶能方便的使用和管理計算機(jī)的軟件。 見圖2-1 P42 軟件系統(tǒng)： 是對軟件集合的統(tǒng)稱,它包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。,計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成,注意兩個概念：,9,3. 硬件和軟件的關(guān)系,計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成,相互依賴關(guān)系硬件是軟件的基礎(chǔ)，離開硬件，軟件無法運行。 軟件是在硬件的基礎(chǔ)

5、上對硬件功能的擴(kuò)充與完善。,10,計算機(jī)的基本組成,2.2.1 計算機(jī)系統(tǒng)的組成2.2.2 計算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)2.2.3 計算機(jī)結(jié)構(gòu)的發(fā)展,11,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),ENIAC (1946),掌上電腦,,,,12,二、計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),馮·諾伊曼（John Von Neumann，1903-1957）美籍匈牙利學(xué)者，他在遍歷理論、拓?fù)淙豪碚摰确矫孀龀隽碎_創(chuàng)性的工作，是20世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)家之一，在30年代撰寫的《量子力

6、學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》對原子物理學(xué)的發(fā)展有極其重要的價值；建立的經(jīng)濟(jì)增長橫型體系，特別是40年代出版的著作《博弈論和經(jīng)濟(jì)行為》，在經(jīng)濟(jì)學(xué)和決策科學(xué)領(lǐng)域豎起了一塊豐碑。1945年提出了“程序內(nèi)存式”計算機(jī)的設(shè)計思想, 被譽為“計算機(jī)之父”。,1947年，約翰·馮·諾依曼博士站在新型“電腦”前，這是此精度下最快的計算機(jī)器，可在一秒內(nèi)做2000次乘法或100000次加/減法 ，今天在現(xiàn)代研究所首次展出。其驚人的存儲器可存儲1024

7、個12位精度的數(shù)字。馮·諾依曼博士是設(shè)計者之一。,13,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),馮.諾伊曼型計算機(jī),兩個重要思想,,,存儲程序,二進(jìn)制,14,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),按照馮·諾依曼的設(shè)計理論，計算機(jī)的五大基本組成部件：,輸入設(shè)備,存儲器,輸出設(shè)備,控制器,運算器,,,,,,,,程序數(shù)據(jù),,結(jié)果,15,,,,,,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),16,①運算器 用來執(zhí)行當(dāng)前指令所規(guī)定的算術(shù)運算和邏輯運算。主要包括算術(shù)邏輯部件

8、（ALU）、累加器、寄存器組等。②控制器 系統(tǒng)的指揮中心。主要部件有指令控制器、時序控制器、總線控制器和中斷控制器。,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),運算器 + 控制器 = 中央處理器（CPU）,17,存儲器,內(nèi)存,外存,,③存儲器 (Memory) 記憶單元組成，存放程序和原始數(shù)據(jù)。對存儲器的訪問：讀寫操作存儲器的分類,存放當(dāng)前運行的數(shù)據(jù)和程序,,,長期存放暫時不用的數(shù)據(jù),計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),比較：保存數(shù)據(jù)的時間長

9、短、容量、讀寫速度,18,位： 信息存儲的最小單位，bit，比特， 簡寫“b”。,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),位、字節(jié)、地址、內(nèi)容、容量,存儲器的相關(guān)概念,19,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),20,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),21,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),22,,,位,字節(jié),字節(jié)： 8個二進(jìn)制位，是計量存儲容量的基本單位，一個字節(jié)叫做一個存儲單元 Byte 簡稱B,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),位、字節(jié)、地址、內(nèi)容、容量,23,地址：存儲單元的編

10、號內(nèi)容：存儲單元中存放的信息,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),位、字節(jié)、地址、內(nèi)容、容量,,地址,內(nèi)存單元內(nèi)容,,,*存儲單元也稱內(nèi)存單元、地址單元。,24,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),位、字節(jié)、地址、內(nèi)容、容量,1 B = 8 bit 1 KB = 1024 B 1 MB = 1024 KB 1 GB = 1024 MB,存儲容量： 存儲器所包含的存儲單元總數(shù),表示存儲容量的單位有

11、B（字節(jié)）、KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)）、GB（吉字節(jié)）、TB（千吉字節(jié)）,例如：256兆內(nèi)存的存儲的字節(jié)數(shù)256 MB = 256*210 KB = 256*1024*1024 Byte = 268435456 Byte,25,,④ ⑤ 輸入/輸出設(shè)備(Input/Output Device)輸入是把信息送到

12、計算機(jī)系統(tǒng)。輸入的信息有多種： 數(shù)字、文字、位置、命令、圖形、聲音、視頻、溫度、壓力等。輸出是從計算機(jī)系統(tǒng)送出信息。文本、語音、音樂、圖像、動畫……,I/O設(shè)備是人和計算機(jī)交互的橋梁。,計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),26,馮·諾依曼計算機(jī)的結(jié)構(gòu)--- 計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu),27,2.2.1 計算機(jī)系統(tǒng)的組成2.2.2 計算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)2.2.3

13、 計算機(jī)結(jié)構(gòu)的發(fā)展,計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)的發(fā)展,28,計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)的發(fā)展,總線結(jié)構(gòu)即主機(jī)的各部件間通過總線相連接,使系統(tǒng)中各部件間的相互關(guān)系轉(zhuǎn)變成面向總線的單一關(guān)系，使系統(tǒng)功能擴(kuò)充更容易。,29,總線（Bus）,三、計算機(jī)的基本物理組成,一組物理信號線，配有適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?，是在各個部件之間運載信息的公共通道，它能分時地發(fā)送與接收各部件的信息，具有分時、共享的特點。,根據(jù)總線上傳輸信息的不同，分為：,數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線,30,I/O

14、設(shè)備,外 部 設(shè) 備,主 機(jī),,,,,,2.2.3 計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)的發(fā)展,計 算 機(jī) 的 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 圖,31,復(fù)習(xí),計算機(jī)的基本組成：硬件系統(tǒng)＋軟件系統(tǒng)計算機(jī)的基本邏輯結(jié)構(gòu)五大部件：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備存儲器：位、字節(jié)、地址、內(nèi)容、存儲容量計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)的發(fā)展總線結(jié)構(gòu)總線：地址、數(shù)據(jù)、控制,,32,第三節(jié) 計算機(jī)的基本工作原理,2.3.1 指令及指令系統(tǒng)概念2.3.2 指令的執(zhí)行過程,

15、掌握指令與指令系統(tǒng)概念，了解指令執(zhí)行過程。,33,計算機(jī)的基本工作原理,1）程序：,指用某種程序設(shè)計語言編寫的為解決某個實際問題或完成某項任務(wù)的指令序列。,34,計算機(jī)的基本工作原理,①操作碼： 計算機(jī)執(zhí)行的操作。,②操作數(shù)：該指令操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的存 儲單元的地址，因此也被稱為“地址碼”。,指令是用來規(guī)定計算機(jī)執(zhí)行的操作類型和操作對象所在的存儲位置的一個二進(jìn)制位串。,2）指令：,35,例

16、如一條機(jī)器指令：0110 000010 000100,當(dāng)然，也可以用0000表示傳送，0001表示加，0010表示減……,但每一種CPU都有它自己認(rèn)識的一套指令，每一位數(shù)字的含義是約定好的。,計算機(jī)的基本工作原理,操作碼：加,被加數(shù)地址碼,加數(shù)地址碼,36,③指令系統(tǒng)：CPU所能識別執(zhí)行的全部指令的集合稱為該CPU的指令系統(tǒng)。,④指令種類（了解） 　傳送、處理（算術(shù)、邏輯、浮點等）、控制、輸入輸出及其他指令。,計算機(jī)的基本工作原理,3

17、7,計算機(jī)的基本工作原理,指令的執(zhí)行過程,計算機(jī)的工作過程實際上就是連續(xù)快速執(zhí)行指令的過程。,程序計數(shù)器（PC）：保存將要執(zhí)行的指令的地址。指令寄存器（IR）：保存從程序計數(shù)器指示的內(nèi) 存單元中取出的指令。指令譯碼器（ID）：分析和解釋指令。,38,39,指令的執(zhí)行過程,—讀取指令按照PC中的地址，讀取內(nèi)存，取出的指令送入指定的寄存器?！治鲋噶?/p>

18、譯碼過程—執(zhí)行指令按指令規(guī)定內(nèi)容完成操作,計算機(jī)完成一條指令所需要的時間稱為一個指令周期。,,40,計算機(jī)的基本工作原理,提高微處理器性能的途徑之一：,流水線技術(shù) （了解） 指令執(zhí)行的過程分成很多級，各級所對應(yīng)的操作可并行進(jìn)行，即多條指令在同一時刻完成不同級的操作，實現(xiàn)了指令的并行執(zhí)行。,,41,軟件系統(tǒng),軟件系統(tǒng),系統(tǒng)軟件,應(yīng)用軟件,,,,操作系統(tǒng):Windows、Linux……,語言處理程序：C