\二駕、.，第2章

計算機硬件系統(tǒng)

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\◎3《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》

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大學(xué)訐算機基礎(chǔ)

主要內(nèi)容：

A計算機系統(tǒng)的組成

A微型計算機主機系統(tǒng)

?常用外部設(shè)備的一般工作原理

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§2.1.1計算機基本工作原理

?指令和程序

?計算機的一般工作過程

A程序的執(zhí)行方式

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1.指令和程序

A指令：計算機能夠識別的“命令”；指

令是對計算機進行程序控制的最小單位。

?指令系統(tǒng)：計算機能夠識別的所有指令

的集合。指令系統(tǒng)是軟件與硬件的界面。

A程序：為解決某一問題而設(shè)計的按一定

順序組織在一起的指令序列稱為程序。

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C語言程序段

例如，比較輸出兩數(shù)中的較大值的c語言程

序如下：

if(a>b)

printff'themaxnumberis”,a);

elseprintf^themaxnumberis”,b);

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指令格式

A指令是用來規(guī)定計算機執(zhí)行的操作和操作對象

所在存儲位置的一個二進位串

■一條指令由操作碼和地址碼兩部分組成。例如二地址指

令格式如下：

操作碼地址碼1地址碼2

LOAD1,[300]指令碼目標(biāo)操作數(shù)源操作數(shù)

說明指1令的功能說明指令操t作的對象-

■操作碼：具體說明指令的性質(zhì)或功能，每條指令只有一個操作碼

■地址碼：包括著操作數(shù)的來源，結(jié)果的去向或下一條指令的地址等

信息，不同指令中地址碼的個數(shù)可以不一樣。

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2?計算機的工作過程j

A計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的

過程

程序-------------------------執(zhí)行結(jié)果

輸入設(shè)備內(nèi)存儲器

地址/指令/數(shù)據(jù)

微處理器

控制命令控制命令

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L“存儲程序”工作原理

>1945年美籍匈牙利科學(xué)家馮?諾依曼(VonNeumann)提出了一個

“存儲程序”的計算機方案。

口采用二進制編碼形式表示數(shù)據(jù)和指令。

口執(zhí)行的程序存儲在內(nèi)存中，計算機能夠自動

依次從內(nèi)存中取出指令執(zhí)行。

口計算機由運算器、存儲器、控制器、輸入和

輸出五大基本部件組成。

>其工作原理的核心是“程序存儲”和“程序控制”。

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馮?諾依曼機的特點：

A將計算過程描述為由多條指令按一定順

序組成的程序，并放入存儲器保存。

A指令按其在存儲器中存放的順序執(zhí)行；

＞由控制器控制整個程序和數(shù)據(jù)的存取以

及程序的執(zhí)行；

A以運算器為核心，所有的執(zhí)行都經(jīng)過運

算器。

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指令執(zhí)行的一般過程

取指令—>分析指令一讀取操作數(shù)

執(zhí)行指令一存放結(jié)果

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計算機執(zhí)行程序的方式

A順序執(zhí)行：一條指令執(zhí)行完了再執(zhí)行

下一條指令。P46圖2-4

?并行執(zhí)行：同時執(zhí)行兩條或多條指令。

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兩種執(zhí)行方式的比較

＞并行執(zhí)行方式：（假設(shè)指令執(zhí)行分為三個步驟）

,取指令1■分析.執(zhí)行

指令1L，指令］

取指令2.分析.執(zhí)行

指令2一指令2

取指令3■分析.執(zhí)行

.指令3.指令3

?執(zhí)行時間：T=3At+(n-1)At

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兩種執(zhí)行方式的比較

＞順序執(zhí)行方式：（假設(shè)指令執(zhí)行分為三個步驟）

執(zhí)行時間=取指令+分析指令+執(zhí)行指令

A例：

設(shè)三個部分的執(zhí)行時間均為At,則執(zhí)行n條

指令時間￡為：

T0=3nAt

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兩種執(zhí)行方式時間的比較

A相對于順序執(zhí)行方式，并行執(zhí)行的加

速比：

S=T0/T

=3nAt/(3At+(n-1)At)

=3n/(2+n)

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2.計算機系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)

運算器

r中央處理器，寄存器

I控制器

「主機部分《r只讀存儲器（ROM）

內(nèi)存儲器［隨機讀寫存儲器（RAM）

輸入/輸出接口

＜硬件系統(tǒng)＜

總線

計

，外存儲器（硬盤、軟盤、光盤、優(yōu)盤）

算

機外圍部分1輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀）

系、輸出設(shè)備（顯示器、打印機）

統(tǒng)

「系統(tǒng)軟件(DOS、Windows>UNIX、Linux等)

1軟件系統(tǒng)

〔應(yīng)用軟件(Office、Photoshop>Flash

等)

OceanUniversityOfChinaDreamweaver

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軟件系統(tǒng)

A軟件：為運行、管理和維護計算機系統(tǒng)

或為實現(xiàn)某一功能而編寫的各種程序的

總和及其相關(guān)資料。

,操作系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件管理、監(jiān)控和維護計算機軟硬件資源的軟件

■系統(tǒng)應(yīng)用程序

軟件

—應(yīng)用程序的開發(fā)和運行提供支持的軟件平臺

應(yīng)用軟件

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3.計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

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大學(xué)計算機基礎(chǔ)計算機硬件系統(tǒng)

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§2.2主機系統(tǒng)

A主機系統(tǒng)的物理構(gòu)成

A主機系統(tǒng)的邏輯構(gòu)成

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§221主機板

>CPU插座

A芯片組（固定在主板上的一組超大規(guī)模集成電路芯片總稱）

>內(nèi)存插槽

A系統(tǒng)BIOS（含上電自檢、系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)設(shè)置）

>CMOS（存儲系統(tǒng)配置信息）

>總線擴展槽

A串行、并行接口

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＞教務(wù)處網(wǎng)絡(luò)教學(xué)--課程文檔—-CAI課件-

—計算機硬件組裝練習(xí)

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主機系統(tǒng)的邏輯構(gòu)成

「中央處理器（CPU）

存儲器

輸入/輸出接口

I總線

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L中央處理器CPU

A是計算機的核心，由控制器、運算器、

寄存器組和輔助部件組成。

圖2?lPentiumMMX處理器

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CPU三部分組成

口運算器ALU：加工、處理數(shù)據(jù)的部件，主要完成對數(shù)

據(jù)的算術(shù)運算和邏輯運算。

口控制器：計算機的控制部件，它控制其他部件協(xié)調(diào)

統(tǒng)一的工作，并能完成對指令的分析和執(zhí)行。

口寄存器組：用來暫時存放數(shù)據(jù)的部件。用來存放當(dāng)

前運算所需的各種操作數(shù)、地址信息、中間結(jié)果等

內(nèi)容。

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和石由住

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CPU工作頻率不斷提高，

而PC機的一些其他設(shè)備

（如插卡、硬盤等）卻受

CPU性能指標(biāo)到工藝的限制，不能承受

更高的頻率，倍頻技術(shù)使

CPU內(nèi)部工作頻率變?yōu)橥?/p>

部頻率的倍數(shù)，使外部設(shè)

備可以工作在一個較低外

頻上，而CPU主頻是外頻

的仰?數(shù)。一

主頻：CPU的時鐘頻率。是指CPU在單位時間（s）內(nèi)發(fā)出

的脈沖數(shù)。時鐘頻率越快，計算機的運曼速鳥也越快。

L3GHZoj主板為CPU提供的'

外頻：主.頻二外頻*倍頻=<時鐘頻率，

字長：字長是指計算機能直接處理的二進制信息的位數(shù)。

高速緩沖存儲器Cache：提高CPU訪問內(nèi)存儲器的速度。

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2.存儲器

A定義：

用于存放計算機工作過程中需要操

作的數(shù)據(jù)和程序。

r內(nèi)存儲器

;外存儲器

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內(nèi)存儲器

特展存取速度較快，容量相對較小。

1.隨機存儲器(RandomAccessMemory)

可讀寫的易失性存儲器

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2.CMOS存儲器

CMOS是電腦主板上的一塊可讀寫的RAM芯片,

用它來保護當(dāng)前系統(tǒng)的硬件配置和用戶對某些參數(shù)的

設(shè)定（開機時按下DEL鍵進入設(shè)置界面）

CMOSRAM是隨機存儲器，具有斷電后消除記憶的

特點，人們就想到了使用電池保持其存儲內(nèi)容的方法。

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<http：//>GuxingSoft

CMOSSETUPUTILITY

AWARDSOFTWARE,INC.

STANDARDCMOSSETUPINTEGRATEDPERIPHERALS

BIOSFEATURESSETUPSUPERUISORPASSWORD

CHIPSETFEATURESSETUPUSERPASSWORD

POWERMANAGEMENTSETUPIDEHDDAUTODETECTION

PNP/PCICONFIGURATIONSAUE&EXITSETUP

LOADBIOSDEFAULTSEXITWITHOUTSAUING

LOADOPTIMUMSETTINGS

Esc：QuitT-l-><-：SelectItern

F10：Saue&ExitSetup(Shift〉F2：ChangeColor

Time，DateFHardDisk.Type...

<>GuxingSoft

STANDARDCMOSSETUP

AWARDSOFTWARE,INC.

Date<nn：dd：yy>：MonApr152002

Tine<hh：nn：ss>：10:58：28

HARDDISKSTVPESIZECYLSHEADPERCOttPLANDZSECTORMODE

4255063BA

PrimaryMaster：User6449M7800000

PrinarySlave：None0M00000

SecondaryMaster：None0M00000

SecondarySlave：None0M

DriveA：1.44M1.3.5in.

DriueB：NoneBaseMemory：640K

Floppy3ModeSupport：DisabledExtendedMemory：64512K

OtherMomory：384K

Uideo：EGA/UGA

HaltOn：NoErrorsTotalMemory：65536K

ESC：QuitTI-><-：SelectItemPU/PD/+Z-：Modify

OceanUniversityFl：Help(Shift〉F2：ChangeColor

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3.只讀存儲器（ReadOnlyMemory）:

ROM:存放BIO、

特點：可隨即訪問?寫入。ROM中的指令是永久的。

BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）

A固化于ROM中的程序，用

來引導(dǎo)計算機啟動

?上電自檢

A初始化

A系統(tǒng)設(shè)置（系統(tǒng)設(shè)置:裝入或

更新CMOSRAM中的參數(shù)）

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內(nèi)存儲器

幾個概念：

＞內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容

A內(nèi)存容量

?內(nèi)存的操作

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內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容

A內(nèi)存所含存儲單元的個數(shù)為內(nèi)存的容量，以字節(jié)為單位

A每個單元都對應(yīng)一個地址，以實現(xiàn)對單元內(nèi)容

的尋址。

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內(nèi)存操作

?讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU,原

單元內(nèi)容不改變；

A寫：CPU將信息放入內(nèi)存單元，單元

中原來的內(nèi)容被覆蓋。

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內(nèi)存儲器地址

Il43H

44H

45H

46H

47H

48H

849H

內(nèi)存儲器地址

31—'43H

5444H

45H

例46H

6847H

48H

8

OceanUniversityOf

內(nèi)存儲器地址內(nèi)存儲器地址

寫操作W

34l|43H3443H

J44H

5454I44H

控制總線

67145H6745H

3546H地址總線3546H

68

47H數(shù)據(jù)總線

124目48H

H)49H

8

內(nèi)存儲器地址

3443H

5444H

6745H

例3546H

6847H

12448H

8J49H

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§2.3.2外存儲器

聯(lián)機外存----硬盤

＜軟盤

光盤

脫機外存

可移動磁盤

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1.軟盤

?存儲格式----------------寫保護口，現(xiàn)處于保護狀態(tài)

?格式化

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磁盤結(jié)構(gòu)

周磁道(cylinders)0磁道中存

有文件分配表(FAT)信息

昌扇區(qū)(Sectors,512字節(jié))

品簇(Cluster)一個磁道上的一

個或更多扇區(qū)組合成一個簇，簇

是DOS用來存儲文件信息的最

〃、單位。

磁盤結(jié)構(gòu)及磁道扇區(qū)劃分

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軟盤格式化

重新劃分磁道/扇區(qū)

容量二磁盤面數(shù)X磁道數(shù)/面X扇區(qū)數(shù)/磁道X字節(jié)數(shù)/扇區(qū)

容量=2X80X18X512（字節(jié)）

=1474560（字節(jié)B）

:::::芬

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2.硬盤

A磁盤工作原理

A磁盤信息存儲格式

廠記錄面=磁頭數(shù)

?磁道

I柱面：所有記錄面上同一編號的磁道

I扇區(qū)：每個扇區(qū)容量為512字節(jié)

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硬磁盤

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硬盤的結(jié)構(gòu)

磁道

柱面

扇區(qū)

柱面、磁頭、扇區(qū)

唯一確切的扇區(qū)：

1磁頭、0柱面、12扇區(qū)

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硬磁盤

A硬盤的存儲容量

=磁頭數(shù)X柱面數(shù)X扇區(qū)數(shù)X扇區(qū)容量

A例：

若已知磁頭數(shù)為16,柱面數(shù)為4096,扇區(qū)數(shù)

為63,扇區(qū)容量512字節(jié)，貝卜

硬盤容量=16X4096X63X512=2.1GB

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硬磁盤

?硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)

fEIDE簡單，成本低；傳輸速度低，連接設(shè)備少,

|CPU占有率高。

「SCSI傳輸速度高，可靠性好，CPU占有率低，

連接設(shè)備多；構(gòu)造復(fù)雜，成本較高。

接口圖

IDE1接硬盤或光驅(qū)

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3.

r只讀光盤CD—ROM

一次性刻錄光盤CD—R

A光盤的種類

可擦寫光盤CD—RW

DVD數(shù)字視盤

?主要技術(shù)指標(biāo)：容量、傳輸率、讀寫時間

最早的為

150KB/S,記為

IX,50X——？

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媒M8章

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4.可

AUSB硬盤

愛國者移動加密硬盤-

軍用型40GB

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