1、123456789101112131415輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器控制器控制器運(yùn)算器運(yùn)算器程序程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果結(jié)果數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果結(jié)果地址地址指令指令控制信號(hào)控制信號(hào)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線控制線控制線1617181920運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備CPU控制指令控制指令控制指令控制指令取取數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)存存數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)21運(yùn)算器運(yùn)算器+ +控制器控制器= = CPUCPU22計(jì)算機(jī)硬件系計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)統(tǒng)主機(jī)主機(jī)外部設(shè)備外部設(shè)備中央處理器中央處理器輸入輸出接口輸入輸出接口內(nèi)存貯器內(nèi)存貯器運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器23連接計(jì)算

2、機(jī)各部分之間進(jìn)行信息傳送的一組公共連接計(jì)算機(jī)各部分之間進(jìn)行信息傳送的一組公共傳輸線。傳輸線?？偩€分為內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線系統(tǒng)總總線分為內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線系統(tǒng)總線包括：線包括：內(nèi)部總線：內(nèi)部總線：指芯片內(nèi)部連接各元件的總線指芯片內(nèi)部連接各元件的總線系統(tǒng)總線：系統(tǒng)總線：指連接指連接CPU、存儲(chǔ)器和各種、存儲(chǔ)器和各種I/O模塊等模塊等主要部件的總線，分為地址、數(shù)據(jù)、控制總線。主要部件的總線，分為地址、數(shù)據(jù)、控制總線。外部總線：外部總線：是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線24地址總線（地址總線（Address Bus，AB）用于給出源數(shù)據(jù)或目的數(shù)據(jù)所在的主存用于給出

3、源數(shù)據(jù)或目的數(shù)據(jù)所在的主存單元或單元或I/O端口的地址端口的地址是單向傳送的是單向傳送的25數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（Data Bus，DB）用于用于CPU 與主存儲(chǔ)器、與主存儲(chǔ)器、CPU 與與I/O 接口之間傳接口之間傳送信息。送信息。數(shù)據(jù)總線的寬度（根數(shù)）決定每次能同時(shí)傳輸信數(shù)據(jù)總線的寬度（根數(shù)）決定每次能同時(shí)傳輸信息的位數(shù)。因此數(shù)據(jù)總線的寬度是決定計(jì)算機(jī)性息的位數(shù)。因此數(shù)據(jù)總線的寬度是決定計(jì)算機(jī)性能的主要指標(biāo)。能的主要指標(biāo)。計(jì)算機(jī)總線的寬度等于計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)計(jì)算機(jī)總線的寬度等于計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)。目前，微。目前，微型計(jì)算機(jī)采用的數(shù)據(jù)總線有型計(jì)算機(jī)采用的數(shù)據(jù)總線有16位、位、32位、位、64位位等幾種類

4、型。等幾種類型。26控制總線（控制總線（Control Bus，CB）27282930圖圖 以總線連接的計(jì)算機(jī)組成框圖以總線連接的計(jì)算機(jī)組成框圖3132 由算術(shù)邏輯單元（由算術(shù)邏輯單元（Arithmetic Logical Unit，ALU）、控制單元）、控制單元（Control Unit，CU）和寄存器組（）和寄存器組（Register File）構(gòu)成。）構(gòu)成。圖圖 CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)33 算術(shù)邏輯單元（算術(shù)邏輯單元（ALU）：進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏）：進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件輯運(yùn)算的部件l算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除l邏輯運(yùn)算：比較、與、或、非、移位邏輯運(yùn)算：比較、與

5、、或、非、移位 控制單元（控制單元（CU）：計(jì)算機(jī)的管理機(jī)構(gòu)和指）：計(jì)算機(jī)的管理機(jī)構(gòu)和指揮中心，它協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的各部件自動(dòng)地工作。揮中心，它協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的各部件自動(dòng)地工作。34 寄存器組（寄存器組（Register File）：一系列寄存器）：一系列寄存器 寄存器是用于臨時(shí)存放數(shù)據(jù)的高速存儲(chǔ)設(shè)備。主要有：寄存器是用于臨時(shí)存放數(shù)據(jù)的高速存儲(chǔ)設(shè)備。主要有： 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器: 用于存放參與運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算的結(jié)果。用于存放參與運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算的結(jié)果。 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PC（指令計(jì)數(shù)器）（指令計(jì)數(shù)器）:給出程序（由一系列指令構(gòu)給出程序（由一系列指令構(gòu)成）中下一條指令（要求計(jì)算機(jī)進(jìn)行基本操作的命

6、令）在存儲(chǔ)器成）中下一條指令（要求計(jì)算機(jī)進(jìn)行基本操作的命令）在存儲(chǔ)器中的單元地址。中的單元地址。 指令寄存器指令寄存器IR: 保存當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，在指令執(zhí)行過(guò)程保存當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，在指令執(zhí)行過(guò)程中它決定指令的操作性質(zhì)及參與操作的操作數(shù)地址等中它決定指令的操作性質(zhì)及參與操作的操作數(shù)地址等 指令的基本格式：指令的基本格式：操作碼（操作碼（OPOP）地址碼（地址碼（A A）35l 主要功能：存放數(shù)據(jù)與程序主要功能：存放數(shù)據(jù)與程序l 存儲(chǔ)器指標(biāo)：容量、速度和價(jià)格。存儲(chǔ)器指標(biāo)：容量、速度和價(jià)格。l 解決方法：多級(jí)存儲(chǔ)器解決方法：多級(jí)存儲(chǔ)器Cache與主存構(gòu)成與主存構(gòu)成Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)，存儲(chǔ)系統(tǒng)

7、，解決解決CPU與主存之間速度不匹配的與主存之間速度不匹配的矛盾矛盾輔存與主存構(gòu)成虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)，彌輔存與主存構(gòu)成虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)，彌補(bǔ)主存容量的不足。補(bǔ)主存容量的不足。36主存主存功能功能：用于存放正在運(yùn)行的程序和程序執(zhí)行中需要用到數(shù)據(jù)用于存放正在運(yùn)行的程序和程序執(zhí)行中需要用到數(shù)據(jù)構(gòu)造構(gòu)造：主存最基本構(gòu)件是存儲(chǔ)單元電路（主存最基本構(gòu)件是存儲(chǔ)單元電路（RS鎖存器）鎖存器）若干存儲(chǔ)單元電路構(gòu)成存儲(chǔ)單元若干存儲(chǔ)單元電路構(gòu)成存儲(chǔ)單元若干存儲(chǔ)單元按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)排列構(gòu)成主存芯片若干存儲(chǔ)單元按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)排列構(gòu)成主存芯片若干芯片排列成一塊內(nèi)存條若干芯片排列成一塊內(nèi)存條若干內(nèi)存條配置圍計(jì)算機(jī)主存若干內(nèi)存條配置

8、圍計(jì)算機(jī)主存單位單位：內(nèi)存容量一般以字節(jié)（內(nèi)存容量一般以字節(jié)（Byte，B）為單位，）為單位，1個(gè)字個(gè)字（Word，W）等于）等于2個(gè)字節(jié)。目前，用來(lái)度量主存容量的單個(gè)字節(jié)。目前，用來(lái)度量主存容量的單位主要有千字節(jié)（位主要有千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（）、兆字節(jié)（MB）、吉字節(jié)（）、吉字節(jié)（GB）、）、太字節(jié)（太字節(jié)（TB）和皮字節(jié)（）和皮字節(jié)（PB）。）。37高速緩沖存儲(chǔ)器（高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）特點(diǎn)特點(diǎn)存儲(chǔ)速度：比主存快，比存儲(chǔ)速度：比主存快，比CPU內(nèi)部的寄存器慢；內(nèi)部的寄存器慢；容量較小，常置于容量較小，常置于CPU與主存之間。與主存之間。功能功能：在任何時(shí)候都是主存中部分內(nèi)容的復(fù)制

9、在任何時(shí)候都是主存中部分內(nèi)容的復(fù)制當(dāng)當(dāng)CPU要存取主存中的某個(gè)信息時(shí)，首先要存取主存中的某個(gè)信息時(shí)，首先CPU檢檢查查Cache，若干，若干Cache中有該信息，就直接訪問(wèn)，中有該信息，就直接訪問(wèn)，若沒(méi)有，若沒(méi)有， CPU將從主存中將包含該信息的數(shù)據(jù)塊將從主存中將包含該信息的數(shù)據(jù)塊復(fù)制到復(fù)制到Cache中，中， CPU再訪問(wèn)再訪問(wèn)Cache，讀寫該信，讀寫該信息息。38輔存（外存儲(chǔ)器）輔存（外存儲(chǔ)器）功能：功能：用來(lái)存放暫時(shí)不執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。用來(lái)存放暫時(shí)不執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：只能與主存交換信息，不能直接與只能與主存交換信息，不能直接與CPU交換信息交換信息容量大、可靠性高、價(jià)格低。

10、容量大、可靠性高、價(jià)格低。再脫機(jī)情況下，能永久地保存信息，但其存儲(chǔ)速再脫機(jī)情況下，能永久地保存信息，但其存儲(chǔ)速度慢。度慢。39功能：功能：將參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和程序送入計(jì)算機(jī)，并將參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和程序送入計(jì)算機(jī)，并將它們轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的信息，一般將它們轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的信息，一般均通過(guò)接口主機(jī)連接均通過(guò)接口主機(jī)連接。40功能：功能：將計(jì)算處理的結(jié)果轉(zhuǎn)化為人或其他設(shè)備所將計(jì)算處理的結(jié)果轉(zhuǎn)化為人或其他設(shè)備所能識(shí)別或接收的信息形式的裝置，也需通能識(shí)別或接收的信息形式的裝置，也需通過(guò)設(shè)置接口主機(jī)連接過(guò)設(shè)置接口主機(jī)連接41圖圖 一臺(tái)典型配置的臺(tái)式機(jī)一臺(tái)典型配置的臺(tái)式機(jī)42一款一款PDAPDA一臺(tái)超薄筆

11、記本一臺(tái)超薄筆記本43CPUCPU芯片的正面和背面芯片的正面和背面一款高端一款高端CPUCPU芯片芯片:intel:intel Core 2 Core 2 44Read Only Memory, ROM在線訪問(wèn)時(shí)只能讀取其中內(nèi)容，一般在出廠時(shí)將在線訪問(wèn)時(shí)只能讀取其中內(nèi)容，一般在出廠時(shí)將BIOS程序固化（程序固化（Firmware）在里面，機(jī)器內(nèi)存的前）在里面，機(jī)器內(nèi)存的前面少量區(qū)域是面少量區(qū)域是ROM。隨機(jī)存儲(chǔ)器（隨機(jī)存儲(chǔ)器（Random Access Memory, RAM）既可隨機(jī)讀取，又可隨機(jī)寫，內(nèi)存的大部分空間都既可隨機(jī)讀取，又可隨機(jī)寫，內(nèi)存的大部分空間都是是RAM，一般用戶都是使用這

12、部分內(nèi)存區(qū)域。，一般用戶都是使用這部分內(nèi)存區(qū)域。45EPROMEPROM芯片芯片WinbondWinbond Flash ROM Flash ROM芯片芯片512M DDR400512M DDR400內(nèi)存條內(nèi)存條46又名主機(jī)板、母板、又名主機(jī)板、母板、系統(tǒng)板等。主板上系統(tǒng)板等。主板上安裝了安裝了CPU及其支及其支持電路、內(nèi)存條，持電路、內(nèi)存條，留有各種標(biāo)準(zhǔn)接口、留有各種標(biāo)準(zhǔn)接口、擴(kuò)展槽及各種插件。擴(kuò)展槽及各種插件。47104104標(biāo)準(zhǔn)鍵盤標(biāo)準(zhǔn)鍵盤肖爾斯及其發(fā)明的肖爾斯及其發(fā)明的QWERTYQWERTY打字機(jī)打字機(jī)484950CRTCRT顯示器顯示器LCDLCD顯示器顯示器顯示卡顯示卡51針式打

13、印機(jī)針式打印機(jī)噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī)激光打印機(jī)激光打印機(jī)52外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器軟盤、硬盤、光盤、軟盤、硬盤、光盤、U盤盤磁盤存儲(chǔ)器磁盤存儲(chǔ)器3.5”3.5”軟盤軟盤硬盤片及硬盤驅(qū)動(dòng)器硬盤片及硬盤驅(qū)動(dòng)器53外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器 CD-ROM：不可重寫，成本低廉。：不可重寫，成本低廉。 MO-ROM：可擦寫磁光盤。：可擦寫磁光盤。 CDR-ROM：一次性可寫。：一次性可寫。 CDRW-ROM：可多次重寫。：可多次重寫。 DVD：目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)上用：目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)上用DVD光驅(qū)取代光驅(qū)取代CD-ROM，這，這樣的光驅(qū)既可以播放樣的光驅(qū)既可以播放DVD，又可以播放，又可以播放VCD。光

14、盤及光盤驅(qū)動(dòng)器光盤及光盤驅(qū)動(dòng)器54外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器U盤盤也稱優(yōu)盤，是一種快速、方便也稱優(yōu)盤，是一種快速、方便的可移動(dòng)閃存設(shè)備。的可移動(dòng)閃存設(shè)備。相對(duì)軟盤而言，優(yōu)盤的容量更相對(duì)軟盤而言，優(yōu)盤的容量更大、讀寫更快、壽命更長(zhǎng)、體大、讀寫更快、壽命更長(zhǎng)、體積更小、使用和攜帶都很方便，積更小、使用和攜帶都很方便，因而在問(wèn)世之時(shí)就被人稱為因而在問(wèn)世之時(shí)就被人稱為“軟軟盤軟驅(qū)的終結(jié)者盤軟驅(qū)的終結(jié)者”。55計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程的實(shí)質(zhì)計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程的實(shí)質(zhì):執(zhí)行程序過(guò)程執(zhí)行程序過(guò)程.執(zhí)行程序的過(guò)程執(zhí)行程序的過(guò)程:逐條執(zhí)行指令的過(guò)程逐條執(zhí)行指令的過(guò)程.3.1 指令執(zhí)行過(guò)程指令執(zhí)行過(guò)程取指令：取指令：CPU根據(jù)程序計(jì)數(shù)

15、器根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容，將的內(nèi)容，將下一條即將執(zhí)行的指令從主存復(fù)制到指令寄存下一條即將執(zhí)行的指令從主存復(fù)制到指令寄存器器IR中。復(fù)制完成后，程序計(jì)數(shù)器中。復(fù)制完成后，程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容的內(nèi)容自動(dòng)加自動(dòng)加1，指向下一條指令。，指向下一條指令。譯碼：譯碼：對(duì)對(duì)IR中的指令代碼進(jìn)行譯碼分析，確定中的指令代碼進(jìn)行譯碼分析，確定什么類形指令。什么類形指令。執(zhí)行指令：執(zhí)行指令：根據(jù)指令譯碼結(jié)果，控制單元向有根據(jù)指令譯碼結(jié)果，控制單元向有關(guān)的功能部件發(fā)送為執(zhí)行該指令所需要的一切關(guān)的功能部件發(fā)送為執(zhí)行該指令所需要的一切控制信號(hào)，以正確執(zhí)行該指令?？刂菩盘?hào)，以正確執(zhí)行該指令。56例：設(shè)有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，其基本

16、字長(zhǎng)為例：設(shè)有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，其基本字長(zhǎng)為32位，通用寄存器位，通用寄存器有有16個(gè)（需要個(gè)（需要4位二進(jìn)制尋址），指令操作碼為位二進(jìn)制尋址），指令操作碼為8位，存位，存儲(chǔ)單元地址為儲(chǔ)單元地址為20位，其部分指令如下表。位，其部分指令如下表。指令指令名稱名稱記憶符記憶符OPOP第一第一地址地址第二第二地址地址功能說(shuō)明功能說(shuō)明取取 數(shù)數(shù)LDR01R1D2D2R1M(D2)R1M(D2)存存 數(shù)數(shù)STR02R1D2D2M(D2)R1M(D2)R1加加 法法ADD03R1D2D2R1(R1)+ M(D2)R1(R1)+ M(D2)乘乘 法法MUL04R1D2D2R1(R1) R1(R1) M(D2)M(

17、D2)停停 機(jī)機(jī)HLTFF/ / /機(jī)器停止運(yùn)行機(jī)器停止運(yùn)行57（1）程序流程圖）程序流程圖 yax2bxc(axb)xc 根據(jù)變換后的算法，用方框圖描繪出計(jì)算的步驟：根據(jù)變換后的算法，用方框圖描繪出計(jì)算的步驟：R1axR1R1+bR1R1xR1R1+cyR1axR1R1+bR1R1xR1R1+cy（2）存儲(chǔ)單元分配）存儲(chǔ)單元分配 原始數(shù)據(jù)（原始數(shù)據(jù)（a,b,c,x）：主存地址：）：主存地址：00407H0040AH 計(jì)算結(jié)果：保存在計(jì)算結(jié)果：保存在0040BH單元。單元。（3）編制程序）編制程序 設(shè)程序的首地址：設(shè)程序的首地址：00400H單元，編制的程序見(jiàn)下表。單元，編制的程序見(jiàn)下表。58

18、地地 址址指令或數(shù)據(jù)指令或數(shù)據(jù)說(shuō)說(shuō) 明明004000040001011 10040700407取數(shù)：取數(shù)：R1a004010040104041 10040A0040A乘法：乘法：R1ax004020040203031 10040800408加法：加法：R1ax+b004030040304041 10040A0040A乘法：乘法：R1(ax+b)x004040040403031 10040900409加法：加法：R1(ax+b)x+c004050040502021 10040B0040B存數(shù)：存數(shù)：0040Ey0040600406FFFF停機(jī)停機(jī)0040700407a a原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)a004

19、0800408b b原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)b0040900409c c原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)c0040A0040Ax x原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)x0040B0040By y結(jié)果結(jié)果y59（4）運(yùn)行程序）運(yùn)行程序在引導(dǎo)程序的控制下，通過(guò)輸入設(shè)備將其輸在引導(dǎo)程序的控制下，通過(guò)輸入設(shè)備將其輸入到存儲(chǔ)器的指定存儲(chǔ)區(qū)。入到存儲(chǔ)器的指定存儲(chǔ)區(qū)。程序輸入后，引導(dǎo)程序?qū)?qiáng)迫程序計(jì)數(shù)器程序輸入后，引導(dǎo)程序?qū)?qiáng)迫程序計(jì)數(shù)器PC內(nèi)容為程序的首令地址（簡(jiǎn)單的機(jī)器，也可內(nèi)容為程序的首令地址（簡(jiǎn)單的機(jī)器，也可以通過(guò)控制臺(tái)將程序首地址裝入以通過(guò)控制臺(tái)將程序首地址裝入PC，再啟動(dòng)，再啟動(dòng)機(jī)器運(yùn)行）。在本例中，機(jī)器運(yùn)行）。在本例中，PC被置為被置為00400H，之后計(jì)算機(jī)開(kāi)始了指令執(zhí)行的工作過(guò)程。之后計(jì)算機(jī)開(kāi)始了指令執(zhí)行的工作過(guò)程。60（4）運(yùn)行程序）運(yùn)行程序計(jì)算機(jī)開(kāi)始了指令執(zhí)行的工作過(guò)程。