計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論教學(xué)課件 第2章.ppt

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1、第2章計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章主要介紹了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、功能及各部分之間的關(guān)系。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，主要掌握以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：l馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)l系統(tǒng)板、微處理器、內(nèi)存儲(chǔ)器的功能和主成l存儲(chǔ)器的分類、特點(diǎn)、區(qū)別及功能l總路線的功能和分類l常用的輸入輸出設(shè)備l計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第2章計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成2.2微型計(jì)算機(jī)的“主機(jī)”2.3輸入輸出系統(tǒng)及設(shè)備2.4計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)2.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成2.1.1馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)2.1.2微型計(jì)算

2、機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)返回2.1.1馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1945年數(shù)學(xué)家馮?諾依曼（vonNeumann）等人，在研究EDVAC機(jī)時(shí)，提出了“存儲(chǔ)程序的概念。以此為基礎(chǔ)的各類計(jì)算機(jī)，統(tǒng)稱為馮?諾依曼機(jī)。它的特點(diǎn)可歸結(jié)為：l計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器和輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成。l指令和數(shù)據(jù)以同等地位存放于存儲(chǔ)器中，并可按地址尋訪。l指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制碼表示。l指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來(lái)表示操作的性質(zhì)，地址碼用來(lái)表示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的位置。l指令在存儲(chǔ)器中按順序存放。通常指令是

3、順序執(zhí)行的在特定條件下，可根據(jù)運(yùn)算結(jié)果或根據(jù)設(shè)定的條件改變執(zhí)行的順序。l機(jī)器以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送通過(guò)運(yùn)算器。計(jì)算機(jī)的5大部件中，控制器和運(yùn)算器是其核心部分，稱為中央處理器。馮?諾依曼結(jié)構(gòu)規(guī)定控制器是根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的程序來(lái)工作的，即計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是運(yùn)行程序的過(guò)程。所以，為了使計(jì)算機(jī)能進(jìn)行正常工作，程序必須預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中。因而，這種結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)是按存儲(chǔ)程序原理進(jìn)行工作的。返回2.1.2微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)1.微型計(jì)算機(jī)的定義微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）是指以

4、微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲(chǔ)器以及輸入輸出接口電路和相應(yīng)的輔助電路而構(gòu)成的裸機(jī)。２．微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)如下圖：總線系統(tǒng)CPU內(nèi)存內(nèi)存接口接口接口接口外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)采用總線結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)相互之間的信息傳送?？偩€是微處理器、內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O接口之間相互交換信息的公共通路?？偩€由數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線組成，數(shù)據(jù)總線是從微處理器向內(nèi)存儲(chǔ)器、I/O接口傳送數(shù)據(jù)的通路，同時(shí)它也是從內(nèi)存儲(chǔ)器、I/O接口向微處理器傳送數(shù)據(jù)的通路，因?yàn)樗梢栽趦蓚€(gè)方向往返傳送數(shù)據(jù)，稱為雙向總線

5、。地址總線是微處理器向內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O接口傳送地址信息的通路，它是單向總線，只能從微處理器向外傳送?？刂瓶偩€是微處理向內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O接口傳送的命令信號(hào)以及外界向微處理器傳送狀態(tài)信號(hào)等信息的通路。返回2.2微型計(jì)算機(jī)的“主機(jī)”2.2.1系統(tǒng)板2.2.2微處理器2.2.3內(nèi)存儲(chǔ)器返回2.2.1系統(tǒng)板系統(tǒng)主板即母板也稱底板，它是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信網(wǎng)。系統(tǒng)單元的每個(gè)元器件直接連到系統(tǒng)主板，它們通過(guò)系統(tǒng)主板進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。系統(tǒng)主板一般位于系統(tǒng)單元的底部或一側(cè)。它是一個(gè)較大的平面電路板，由5個(gè)部分組成：

6、CPU、存儲(chǔ)器、總線、插槽以及電源。通常，電源在主板上只是一個(gè)插座，電源電路不再主板上。返回2.2.2微處理器1.微處理器:將一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制器集成在一個(gè)芯片上，稱之為微處理器（MicroProcessor），這種微處理器在微型計(jì)算機(jī)中充當(dāng)了中央處理器（CPU），它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。2.運(yùn)算器的主要功能:完成各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算,是對(duì)信息加工處理的部件.3.運(yùn)算器的組成:由進(jìn)行運(yùn)算的運(yùn)算器件及用來(lái)暫時(shí)寄存數(shù)據(jù)的寄存器、累加器等組成。4.控制器:用來(lái)協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作.5.

7、控制器的組成:它主要是由指令寄存器、譯碼器、程序計(jì)數(shù)器、操作控制器等組成。6.寄存器:是微處理器作算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算時(shí)，用來(lái)臨時(shí)寄存中間數(shù)值和地址的存儲(chǔ)位置。它們的硬件組成類似于內(nèi)存的存儲(chǔ)單元，只是它們的操作速度比內(nèi)存的更快，容量更小，每位價(jià)格更高，它們通常放在CPU內(nèi)部，并由控制單元控制。另外,CPU中的寄存器大致可分為兩類：一類是用戶可見(jiàn)寄存器，用戶可對(duì)這些寄存器編程，以及通過(guò)優(yōu)化使CPU因使用這類寄存器而減少對(duì)主存的訪問(wèn)次數(shù)；另一類是控制和狀態(tài)寄存器，用戶不可對(duì)這類寄存器編程，它們被控制部

8、件使用，以控制CPU的操作返回2.2.3內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)正在被CPU使用的程序和數(shù)據(jù)的。1.內(nèi)存儲(chǔ)器的特點(diǎn):它的主要特點(diǎn)是可以和CPU直接交換信息,和外存相比內(nèi)存速度快、容量小、每位價(jià)格高。2.內(nèi)存儲(chǔ)器基本結(jié)構(gòu):(1)內(nèi)存儲(chǔ)器包括存儲(chǔ)體、各種邏輯部件及控制電路等。存儲(chǔ)體由許多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元又包含若干個(gè)存儲(chǔ)元件（或稱存儲(chǔ)基元、存儲(chǔ)元），每個(gè)存儲(chǔ)元件能寄存一位二進(jìn)制代碼“0”或“1”。(2)存儲(chǔ)字:一個(gè)存儲(chǔ)單元可存儲(chǔ)一串二進(jìn)制代碼，稱這串二進(jìn)制代碼為一個(gè)存儲(chǔ)字，這串二進(jìn)制代碼的個(gè)