第二章計算機基本原理計算機基本原理計算機系統(tǒng)的組成計算機的工作原理中央處理器的構成和功能計算機各組成部分間的連接計算機系統(tǒng)性能指標計算機基本原理計算機系統(tǒng)的組成計算機基本原理計算機系統(tǒng)的組成硬件系統(tǒng)計算機的物理部分主機外部設備CPU輸入輸出設備存儲器（內存）控制器運算器只讀存儲器ROM隨機存儲器RAM外存儲器硬件系統(tǒng)CPU：CenterProcessingUnit

中央處理器計算機基本原理計算機系統(tǒng)的組成軟件系統(tǒng)支持計算機完成任務的部分（程序、數(shù)據、文檔）

系統(tǒng)軟件管理、監(jiān)控和維護計算機資源(包括硬件和軟件)，以及開發(fā)應用軟件

應用軟件完成特定任務的工具計算機基本原理計算機系統(tǒng)的組成系統(tǒng)軟件應用軟件專用軟件操作系統(tǒng)程序設計語言處理程序系統(tǒng)服務程序……通用軟件OFFICE瀏覽器……軟件系統(tǒng)返回數(shù)據庫系統(tǒng)計算機基本原理計算機工作原理馮.諾依曼機馮.諾依曼的“存儲程序原理”電子元件的機器應采用二進制進行計算將程序和數(shù)據事先存儲在存儲器中，并且不用人的干預自動執(zhí)行

馮.諾依曼結構計算機的硬件系統(tǒng)包括輸入，輸出，存儲，控制和運算5個部分計算機基本原理計算機工作原理計算機的工作過程計算機基本原理運算器存儲器控制器輸入設備輸出設備程序

+數(shù)據輸出信息⑴⑾控制線數(shù)據線計算機的工作過程計算機工作原理指令⑶⑷⑸⑹⑻⑺⑼⑽數(shù)據⑵計算機基本原理存儲器運算器控制器輸入設備輸出設備程序

+數(shù)據輸出信息⑴指令⑶⑷⑸⑹⑻⑺⑼⑽⑾控制線數(shù)據線計算機的工作過程計算機工作原理數(shù)據⑵計算機基本原理計算機工作原理輸入設備（InputUnit）將一種信息形式通過接口設備轉換成另一種信息形式

輸出設備（OutputUnit）將計算機內部信息傳遞出來計算機基本原理計算機工作原理存儲器（MemoryUnit）計算機中用來保存數(shù)據和指令的部件分為三級通常所說的存儲器，主要指內存（主存）內存容量小、速度快、價格高外存（屬于外部設備）通過內存同CPU打交道計算機基本原理計算機工作原理控制器（ControlUnit）控制、協(xié)調計算機各部件的所有操作

運算器（ArithmeticLogicUnit）對信息或數(shù)據進行加工和處理的部件。即執(zhí)行算術和邏輯運算的部件返回計算機基本原理

中央處理器的構成和功能

中央處理器——CPUCPU（CentralProcessingUnit)控制器、運算器等被集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片中被稱為中央處理器

功能CPU可以依次從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務為止計算機基本原理中央處理器的構成和功能返回計算機基本原理中央處理器的構成和功能微機硬件結構的特點是計算機的中央處理器CPU，由大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路構成，做在一個芯片上，稱為微處理器（MPU）。由不同規(guī)模構成的微處理器，就形成了微機不同的發(fā)展階段Intel的芯片IBMPC(8086)，186，286；386，486P5—PentiumnP6---Pentiumnpro，PentiumnIIPentiumnIII,PentiunmnIV酷睿2（I5、I7系列）計算機基本原理計算機各組成部分間的連接軟連接——指令指令是計算機能識別并能執(zhí)行的基本操作命令

并非人們可以想象得到的任何一種操作或計算都有一條指令與之相對應，計算機只提供一些完成基本操作的指令

通常設計人員在設計計算機時就確定了某計算機可以執(zhí)行的指令的種類和數(shù)量計算機基本原理計算機各組成部分間的連接——軟連接指令系統(tǒng)所有指令的集合稱為計算機的指令系統(tǒng)

每一種處理器都有自己的一套指令系統(tǒng)計算機基本原理計算機各組成部分間的連接——軟連接指令的格式機器指令格式操作碼地址碼機器執(zhí)行什么操作執(zhí)行對象（具體數(shù)、存放位置/地址）例如：0011111000000111向累加器A送數(shù)操作數(shù)7計算機基本原理計算機各組成部分間的連接——軟連接指令的執(zhí)行過程取出指令、分析指令（譯碼）、執(zhí)行指令，為執(zhí)行下一個指令做準備計算機基本原理計算機各組成部分間的連接——軟連接

指令執(zhí)行過程總線1001015輸入設備接口輸出設備接口ALU譯碼器100控制電路10…….MOVA,[0]ADDA,[1]……程序計數(shù)器指令寄存器ABCD01CPU取指令(1)控制器根據程序計數(shù)器中的地址到存儲器中指定的單元讀取一條指令(2)指令通過總線到達指令寄存器(3)程序計數(shù)器的內容+1，指向下一條要執(zhí)行的指令MOVA,[0]MOVA,[0]100100MOVA,[0]

MOVA,[0]101MOVA,[0]101計算機基本原理1001015輸入設備接口輸出設備接口ALU譯碼器MOVA,[0]101控制電路10…….MOVA,[0]ADDA,[1]……程序計數(shù)器指令寄存器ABCD01CPU5譯碼器控制電路55分析、執(zhí)行指令(1)譯碼器對指令寄存器中的指令譯碼；并啟動控制電路執(zhí)行。(2)0號存儲單元的內容經總線傳送到寄存器A中計算機各組成部分間的連接——軟連接

指令執(zhí)行過程計算機基本原理1001015輸入設備接口輸出設備接口ALU譯碼器ADDA,[1]102控制電路510…….MOVA,[0]ADDA,[1]……程序計數(shù)器指令寄存器ABCD01CPU取下一條指令ADDA,[1]執(zhí)行指令ADDA,[1]ALU5101515計算機各組成部分間的連接——軟連接

指令執(zhí)行過程計算機基本原理計算機各組成部分間的連接——軟連接程序計算機是通用設備，可通過編寫程序擴展其功能程序是為完成一項特定任務而用某種語言編寫的一組指令序列(程序設計語言的語句實質包含了一系列指令)

例如：用Basic語言編寫A=7+8的程序

10LETA=7+8

20END計算機基本原理計算機各組成部分間的連接硬連接——總線總線(系統(tǒng)總線)連接計算機的各組成部分；總線上連接計算機各個部件的通信線路和相關的控制電路是CPU和存儲器之間交換數(shù)據的通道三種總線數(shù)據總線：傳送數(shù)據信號地址總線：傳送地址信號控制總線：傳送控制信號物理上，每種類型的總線都由若干條傳輸線組成，每條傳輸線在某一時刻傳輸一個二進制位計算機基本原理計算機各組成部分間的連接——硬連接計算機基本原理CPU存儲器I/O接口I/O設備控制總線地址總線數(shù)據總線返回計算機基本原理

計算機系統(tǒng)性能指標

位、字節(jié)、字及字長位（bit）芯片中一個硬件的狀態(tài)，指二進制位

字節(jié)（Byte）計算機中信息存儲最常用的基本單位1Byte=8bit

1KB=1024B

1MB=1024KB=1024*1024B

1GB=1024MB=1024*1024*1024B計算機基本原理計算機系統(tǒng)性能指標——位、字節(jié)、字及字長

字指總線一次傳輸所能傳輸?shù)臄?shù)據或算數(shù)邏輯單元(ALU)一次運算所能傳輸?shù)臄?shù)據一個字由一個或若干個字節(jié)構成

字長通常將組成一個字的位數(shù)叫作該字的字長

字長越長，在相同時間內能傳送更多的信息，從而運算速度更快計算機基本原理計算機系統(tǒng)性能指標計算機中的單位容量使用字節(jié)（B——Byte）

如磁盤、內存速度使用位（b——bit）

如網絡速度（10Mbps、調制解調器速度33.6Kbps、56Kbps,ISDN128Kbps。計算機基本原理計算機系統(tǒng)性能指標——計算機中的單位

K、M、GK1024

帶寬128Kbps=128*1024bpsM1024*1024

內存512MB=512*1024*1024BG1024*1024*1024

硬盤40GB=40*1024*1024*1024B計算機基本原理計算機系統(tǒng)性能指標計算機的性能指標主頻亦稱為時鐘頻率，即CPU在一秒鐘應該完成的工作周期數(shù)；或系統(tǒng)時鐘單位時間內發(fā)出的時鐘脈沖個數(shù)。

在其他因素相同的情況下，主頻越快，那么CPU的速度越快。

單位Hz計算機基本原理計算機系統(tǒng)性能指標——計算機的性能指標內存容量計算機主存的容量，決定在計算機運行時臨時存儲的程序代碼和數(shù)據的數(shù)量

是程序執(zhí)行速度的重要因素

單位為字節(jié)（Byte）計算機基本原理計算機系統(tǒng)性能指標——計算機的性能指標字長（總線寬度）決定CPU每執(zhí)行一條指令能夠處理的二進制數(shù)據位數(shù)64位CPU是指CPU一次能處理的二進制位數(shù)是64位

硬盤容量與讀取速度外部存儲器的容量，存儲靜態(tài)數(shù)據的能力磁盤的讀取速度通過轉數(shù)衡量，轉數(shù)一般在5400轉/分~7200轉/分計算機基本原理總結計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)組成的。硬、軟