1、1,第2章 計(jì)算機(jī)組成原理,2.1 計(jì)算機(jī)的組成與分類(lèi) 2.2 CPU的結(jié)構(gòu)與原理 2.3 PC機(jī)的主機(jī) 2.4 常用輸入設(shè)備 2.5 常用輸出設(shè)備 2.6 外存儲(chǔ)器,2,2.1 計(jì)算機(jī)的組成與分類(lèi),2.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展與作用 2.1.2 計(jì)算機(jī)的組成 2.1.3 計(jì)算機(jī)的分類(lèi) 2.1.4 微處理器和嵌入式計(jì)算機(jī),3,2.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展與作用 計(jì)算機(jī)是一種信息處理工具，對(duì)人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。 計(jì)算機(jī)的特性： （1）速度快 （2）存儲(chǔ)容量大 （3）通用性好 （4）計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)具有互連、互通和互操作的能力,4,計(jì)算機(jī)的發(fā)展,1946年研制成功第1臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī) 65

2、年來(lái)發(fā)展速度之快大大超出人們的預(yù)料： 性能、體積、價(jià)格、 應(yīng)用領(lǐng)域和裝機(jī)數(shù)量 軟件技術(shù)和軟件產(chǎn)品 使用的元器件 第1代：電子管磁鼓 第2代：晶體管磁芯 第3代：中、小規(guī)模集成電路 第4代：大、超大規(guī)模集成電路,應(yīng)用模式： 集中計(jì)算模式 分散計(jì)算模式 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式,5,第14代計(jì)算機(jī)的對(duì)比,6,2.1.1 計(jì)算機(jī)的組成,計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有實(shí)際物理裝置的總稱(chēng),計(jì)算機(jī)軟件是指在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的各種程序及其處理的數(shù)據(jù)和相關(guān)的文檔,7,計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)構(gòu) 1,經(jīng)典計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)（馮.諾依曼計(jì)算機(jī)）,（注：邏輯結(jié)構(gòu)意指概念上（即功能上）的結(jié)構(gòu)）,8,計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)構(gòu) 2,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)

3、構(gòu),9,從邏輯上（功能上）來(lái)講，計(jì)算機(jī)硬件主要包括中央處理器（CUP）、內(nèi)存儲(chǔ)器、外內(nèi)存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等。它們通過(guò)總線(xiàn)互相連接。 CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器、總線(xiàn)等構(gòu)成計(jì)算機(jī)的“主機(jī)”，輸入/輸出設(shè)備和外存儲(chǔ)器等通常稱(chēng)為計(jì)算機(jī)“外圍設(shè)備”，簡(jiǎn)稱(chēng)“外設(shè)”。,10,輸入(input)的雙重含義： 1.把信息送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程; 2.向計(jì)算機(jī)輸入的內(nèi)容 輸入設(shè)備(input devices) 功能：用來(lái)向計(jì)算機(jī)輸入信息 輸入設(shè)備有多種，例如: 鍵 盤(pán) 輸入文字、符號(hào)和命令 鼠標(biāo)器輸入鼠標(biāo)器移動(dòng)的位置信息及按鈕命令 掃描儀輸入圖片 麥克風(fēng)輸入聲音 輸入設(shè)備的共性：不論信息的原始形態(tài)如何，輸入到計(jì)算機(jī)中的

4、信息都使用二進(jìn)位來(lái)表示,（1） 輸入設(shè)備,11,（2）中央處理器,什么是處理器(processor)？ 負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)輸入信息進(jìn)行各種處理的部件稱(chēng)為“處理器”。 能高速執(zhí)行指令，完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)或邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等操作的部件，特點(diǎn)是： 由數(shù)字電路組成，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜 所有電路都制作在大規(guī)模集成電路芯片上(僅幾個(gè)平方厘米)，稱(chēng)為“微處理器” (microprocessor),12,什么是中央處理器（CPU）？,計(jì)算機(jī)中通常有多個(gè)不同的處理器，各有不同的分工和任務(wù) 用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的處理器稱(chēng)為CPU，CPU是計(jì)算機(jī)必不可少的核心組成部件 多數(shù)個(gè)人計(jì)算機(jī)只有1個(gè)CPU，但有一些計(jì)算機(jī)包含有2

5、個(gè)、4個(gè)、8個(gè)甚至成百上千個(gè)CPU 使用多個(gè)CPU實(shí)現(xiàn)超高速計(jì)算的技術(shù)稱(chēng)為“并行處理”，采用這種技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱(chēng)為“多處理系統(tǒng)”。,13,（3）內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器,計(jì)算機(jī)能夠把程序和數(shù)據(jù)(包括原始數(shù)據(jù)、中間運(yùn)算結(jié)果與最終結(jié)果等)儲(chǔ)存起來(lái)，具有這種功能的部件就是“存儲(chǔ)器”。 功能： 儲(chǔ)存以二進(jìn)位形式表示的程序和數(shù)據(jù) 分類(lèi)： 內(nèi)存儲(chǔ)器（內(nèi)存或主存）和外存儲(chǔ)器（外存或輔存）,14,15,（4） 輸出設(shè)備,輸出(output)的雙重含義： 1.把信息送出計(jì)算機(jī)的過(guò)程; 2.從計(jì)算機(jī)輸出的內(nèi)容 輸出設(shè)備(output devices) 功能：從計(jì)算機(jī)輸出信息 輸出設(shè)備有多種，例如: 顯示器輸出文字、符

6、號(hào)和圖形 打印機(jī)打印文字、符號(hào)和圖形 揚(yáng)聲器輸出聲音 (多數(shù))輸出設(shè)備的共性：把計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)位信息轉(zhuǎn)換成人可感知的形式(文字、符號(hào)、圖形、聲音等),16,（5） 總線(xiàn)(bus),功能： 用于連接CPU、內(nèi)存、外存和各種I/O設(shè)備并在它們之間傳輸信息的一組共享的傳輸線(xiàn)及其控制電路 分類(lèi)： CPU總線(xiàn)（或前端總線(xiàn)） ：用于連接CPU和內(nèi)存的總線(xiàn) I/O總線(xiàn)：連接內(nèi)存和I/O設(shè)備（包括外存）的總線(xiàn),17,2.1.3 計(jì)算機(jī)的分類(lèi),按內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)分類(lèi) 8位/16位/32位/64位 單CPU/多CPU 按性能和價(jià)格分類(lèi) 巨型計(jì)算機(jī) (supercomputer) 大型計(jì)算機(jī) 小型計(jì)算機(jī) 個(gè)人計(jì)算機(jī) (

7、personal computer) 筆記本PC 臺(tái)式PC,18,按計(jì)算機(jī)服務(wù)的對(duì)象和作用劃分：,19,2.1.4 微處理器和嵌入式計(jì)算機(jī),微處理器（P ）是使用單片大規(guī)模集成電路制成的、具有運(yùn)算和控制功能的電子部件，例如:,20,微處理器是各種類(lèi)型計(jì)算機(jī)的核心組成部分 用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的P 稱(chēng)為“CPU” 目前幾乎所有計(jì)算機(jī)的CPU使用的都是微處理器 除了用作CPU的通用微處理器之外， 還有許多專(zhuān)用的微處理器產(chǎn)品：繪圖處理器、通信處理器等,21,嵌入式計(jì)算機(jī),把運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出控制、接口電路全都集成在一塊芯片上，這樣的超大規(guī)模集成電路稱(chēng)為“單片計(jì)算機(jī)”或“嵌入式計(jì)

8、算機(jī)” 用途舉例：內(nèi)嵌在其他設(shè)備中作為信息處理的核心裝置，例如 數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器、手機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、汽車(chē)、機(jī)頂盒等,22,真題講解,一、選擇題 1、 基于馮諾伊曼提出的存儲(chǔ)程序控制原理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其硬件基本結(jié)構(gòu)包括： 、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。（2005年） A、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 B、運(yùn)算器 C、顯示器 D、鍵盤(pán),23,2、PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備是_，缺少該設(shè)備計(jì)算機(jī)就無(wú)法正常工作。（2005年） A. 鍵盤(pán) B. 鼠標(biāo) C. 掃描儀 D. 數(shù)字化儀,24,3、一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)包括_。（2006年） A主機(jī)及外部設(shè)備 B.機(jī)箱、鍵盤(pán)、顯示器及打印設(shè)備 C硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)

9、 D.中央處理器、儲(chǔ)存器及外部設(shè)備,25,4、中央處理器是計(jì)算機(jī)的核心部件，一臺(tái)計(jì)算機(jī)最多包含 中央處理器。（2007年） A、一個(gè) B、兩個(gè) C、四個(gè) D、多個(gè),26,二、多選題 1、下列部件中屬于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的是_。（2006年） A電源 B. CPU C. 鼠標(biāo) D. 掃描儀,27,三、填空題 1、在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中，提供各部件之間相互交換各種信息的通道是 。 （2005年）,28,例題講解,一、選擇題 1、人們習(xí)慣于將計(jì)算機(jī)的發(fā)展劃分為四代。劃分的主要依據(jù)是（ ） A. 計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度 B. 計(jì)算機(jī)的規(guī)模 C. 計(jì)算機(jī)主機(jī)所使用的主要元器件 D. 大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路,29,2

10、、以下對(duì)計(jì)算機(jī)軟件與硬件關(guān)系的描述中，不正確的是（ ） A、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件與軟件組成 B、硬件功能無(wú)法用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) C、軟件是硬件功能的擴(kuò)充 D、硬件是軟件的基礎(chǔ),30,3、下列關(guān)于計(jì)算機(jī)硬件組成的描述中，錯(cuò) 誤的是 。 A、計(jì)算機(jī)硬件包括主機(jī)與外設(shè) B、主機(jī)通常指的就是CPU C、外設(shè)通常指的外部存儲(chǔ)設(shè)備和輸入/輸出設(shè)備 D、一臺(tái)計(jì)算機(jī)中可能有多個(gè)處理器，它們都能執(zhí)行指令和進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算,31,4、目前，個(gè)人計(jì)算機(jī)使用的電子元器件主要是 。 A.晶體管 B.中小規(guī)模集成電路 C.大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路 D.光電路,32,5、計(jì)算機(jī)是一種通用的信息處理工具，下面是關(guān)于計(jì)算機(jī)信息處理能力的

11、敘述中正確的 是。 它不但能處理數(shù)值數(shù)據(jù)，而且還能處理圖像和聲音數(shù)據(jù) 它不僅能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，而且還能進(jìn)行分析推理 它具有極大的信息存儲(chǔ)能力 它能方便而迅速地與其它計(jì)算機(jī)交換信息 A.僅、和 B. 僅、和 C. 、和 D. 僅、,33,6、根據(jù)“存儲(chǔ)程序控制”的原理，計(jì)算機(jī)硬件各部件如何動(dòng)作是由_決定。 A. CPU所執(zhí)行的指令 B. 操作系統(tǒng) C. 用戶(hù) D. 控制器,34,二、填空題 1、一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有多個(gè)中央處理器，使用多個(gè)CPU實(shí)現(xiàn)超高速計(jì)算機(jī)的技術(shù)稱(chēng)為“ 技術(shù)”。 2、目前，高性能計(jì)算機(jī)大多采用并行處理技術(shù)，即在一臺(tái)計(jì)算機(jī)中使用許多個(gè) 實(shí)現(xiàn)超高速運(yùn)算 。,35,3、按照性能、價(jià)格和

12、用途，目前計(jì)算機(jī)分為 、大型機(jī)、小型機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)。,36,三、判斷題 1、中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備等通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)互相連接，構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。（ ） 2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器等都是計(jì)算機(jī)的硬件。（ ）,37,2.2 CPU的結(jié)構(gòu)與原理,2.2.1 CPU的結(jié)構(gòu) 2.2.2 指令與指令系統(tǒng) 2.2.3 CPU的性能指標(biāo),38,2.2.1 CPU的結(jié)構(gòu),馮諾依曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理,39,（1） 運(yùn)算器（執(zhí)行單元） 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 （2）控制器 取指令，解釋指令的含義（指令譯碼）產(chǎn)生控制其它部件的操作控制信號(hào)，記錄內(nèi)部狀態(tài)。

13、（3）寄存器組 由十幾個(gè)甚至幾十個(gè)寄存器組成。用于臨時(shí)存放參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和得到的中間結(jié)果。,40,“存儲(chǔ)程序控制” 原理,將問(wèn)題的解算步驟編制成為程序，程序連同它所處理的數(shù)據(jù)都用二進(jìn)位表示并預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中 程序運(yùn)行時(shí)，CPU從內(nèi)存中一條一條地取出指令和相應(yīng)的數(shù)據(jù)，按指令操作碼的規(guī)定，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，直到程序執(zhí)行完畢為止,41,存儲(chǔ)器,中央 處理器,存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 和指令,執(zhí)行指令 處理數(shù)據(jù),指令，數(shù)據(jù),處理結(jié)果,CPU的任務(wù),CPU的主要任務(wù)是執(zhí)行指令，它按指令的規(guī)定對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,42,2.2.2 指令與指令系統(tǒng),指令采用二進(jìn)位表示，它用來(lái)規(guī)定計(jì)算機(jī)執(zhí)行什么操作。大多數(shù)情況下，指令由兩個(gè)部

14、分組成：,43,指令在計(jì)算機(jī)中的執(zhí)行過(guò)程,取指令：CPU的控制器從存儲(chǔ)器讀取一條指令并放入指令寄存器 指令譯碼：指令寄存器中的指令經(jīng)過(guò)譯碼，決定該指令應(yīng)進(jìn)行何種操作、操作數(shù)在哪里 執(zhí)行指令 3.1 取操作數(shù) 3.2 進(jìn)行運(yùn)算 修改指令計(jì)數(shù)器，決定下一條指令的地址,1 取指令,4 修改指令計(jì)數(shù)器,3 執(zhí)行指令,2 指令譯碼,指令執(zhí)行周期,44,關(guān)于指令系統(tǒng),每一種CPU都有它自己獨(dú)特的一組，CPU所能執(zhí)行的全部指令稱(chēng)為該CPU的指令系統(tǒng)。即它的機(jī)器語(yǔ)言,指令系統(tǒng)中的指令分成許多類(lèi)，例如奔騰4處理器中共有七大類(lèi)指令： 數(shù)據(jù)傳送類(lèi) 算術(shù)運(yùn)算類(lèi) 邏輯運(yùn)算類(lèi) 移位操作類(lèi) 位(位串)操作類(lèi) 控制轉(zhuǎn)移類(lèi) 輸

15、入/輸出類(lèi)等,45,關(guān)于奔騰4系列的指令系統(tǒng),產(chǎn)品發(fā)展過(guò)程為：8088（8086）80286 8038680486 PentiumPentium PROPentium II Pentium III Pentium 4 奔騰D奔騰至尊酷?？犷? 為解決軟件兼容性問(wèn)題，采用“向下兼容方式”開(kāi)發(fā)新的處理器，即所有新處理器均保留老處理器的全部指令，同時(shí)還擴(kuò)充功能更強(qiáng)的新指令。,46,關(guān)于CPU的兼容性,不同公司生產(chǎn)不同的CPU產(chǎn)品： Intel公司：Pentium系列、賽揚(yáng)系列 、至強(qiáng)等 AMD公司：獨(dú)龍、閃龍、炫龍等 IBM公司：Power5、Power6等（蘋(píng)果的Macintosh使用） SUN公

16、司：Ultra SPARC處理器 HP公司： PA-RISC、Itanium 處理器,47,同一公司同一系列的CPU具有向下（前）兼容性： A計(jì)算機(jī)（使用新型號(hào)CPU）的程序不能在B計(jì)算機(jī)（使用老型號(hào)CPU）上運(yùn)行， B計(jì)算機(jī)的程序卻能在A計(jì)算機(jī)上運(yùn)行 不同公司的不同CPU產(chǎn)品其指令系統(tǒng)不同，它們互相不兼容： A計(jì)算機(jī)的程序不能在B計(jì)算機(jī)上直接運(yùn)行， B計(jì)算機(jī)的程序也不能在A計(jì)算機(jī)上直接運(yùn)行,48,2.2.3 CPU的性能指標(biāo),計(jì)算機(jī)的性能主要表現(xiàn)在程序執(zhí)行速度的快慢，它由許多因素決定，例如CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、顯卡等，但通常CPU是主要因素 CPU性能高低的主要指標(biāo)是CPU的速度，有2種衡量方

17、法： 計(jì)算每秒鐘可執(zhí)行的指令數(shù)目（單位：MIPS（百萬(wàn)條定點(diǎn)指令/秒）、MFLOPS（百萬(wàn)條浮點(diǎn)指令/秒）和TFLOPS（萬(wàn)億條條浮點(diǎn)指令/秒）。 使用常用軟件（辦公軟件、數(shù)字媒體處理軟件和3D游戲等）的執(zhí)行速度來(lái)衡量CPU的性能,49,影響CPU性能的主要因素,字長(zhǎng)（位數(shù)） 指的是CPU中整數(shù)寄存器和定點(diǎn)運(yùn)算器的寬度（即二進(jìn)制整數(shù)運(yùn)算的位數(shù)） 目前PC使用的CPU大多是32位處理器，新一代的PC機(jī)使用64位處理器,50,主頻（CPU時(shí)鐘頻率） 指CPU中電子線(xiàn)路的工作頻率，它決定著CPU芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸與操作速度的快慢 主頻提高，CPU的處理速度通常也會(huì)加快 注意：主頻為2G的CPU速度主頻

18、為1G的CPU速度的2倍。例如，Intel的2G主頻CPU的速度 AMD的 2G主頻CPU的速度,51,CPU總線(xiàn)（前端總線(xiàn)）的速度 CPU總線(xiàn)速度決定了CPU與內(nèi)存間數(shù)據(jù)傳輸速度的快慢 高速緩存（cache）的容量與結(jié)構(gòu) cache容量越大、級(jí)數(shù)越多，其效用就越顯著 CPU的指令系統(tǒng) 指令的格式和功能會(huì)影響程序的執(zhí)行速度,52,CPU的邏輯結(jié)構(gòu) CPU包含的定點(diǎn)運(yùn)算器和浮點(diǎn)運(yùn)算器數(shù)目 是否流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)，流水線(xiàn)的條數(shù)和級(jí)數(shù) 有無(wú)指令預(yù)測(cè)和數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)功能 是否具有數(shù)字信號(hào)處理功能 是否多核，有幾個(gè)內(nèi)核 ,53,真題講解,一、選擇題 1、衡量一臺(tái)計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)通常是指_。 （2006年） A.所配備的系統(tǒng)軟件的優(yōu)劣 B.CPU的主頻、運(yùn)算速度、字長(zhǎng)和存儲(chǔ)容量等 C.顯示器的分辨率、打印機(jī)的配置 D.軟、硬盤(pán)容量的大小.,54,2、計(jì)算機(jī)在執(zhí)行U盤(pán)上的程序時(shí)，首先把U盤(pán)上的程序和數(shù)據(jù)讀入到 ，然后才能被計(jì)算機(jī)運(yùn)行。 （2007年） A.硬盤(pán) B.軟盤(pán) C.內(nèi)存 D.緩存,55,3、字長(zhǎng)為32位的計(jì)算機(jī)是指_。 （2008年） A.該計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量為32MB B.計(jì)算機(jī)每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)為32MIPS C.該計(jì)算