计算机系统组成课件

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1、计算机系统组成基本构成计算机硬件系统体系结构微型计算机计算机购买与选择计算机系统组成基本构成1总体构成计算机基本构成：软件：程序、数据和文档硬件：组成计算机的各种器件总体构成计算机基本构成：2工作流程Step 1:加电。打开计算机电源开关，给主板和风扇供电，电源指示灯变绿；Step2:启动引导程序。加电后，CPU 执行ROM内的引导程序（如果电源灯为绿色而无任何信息，表明引导部分有问题（ROM/RAM）Step3:自检。引导程序检查计算机（显卡，内存，键盘和磁盘驱动器等）是否有故障。Step4:加载 OS（如，Windows）。根据在 CMOS 中设置的磁盘优先顺序，从相应的盘中加载 OS（如

2、A盘为优先盘但没有插入，则依次检查下一个）。若找不到，则报错工作流程Step 1:加电。打开计算机电源开关，给主板和风3Step5:根据配置信息，由 OS 设置计算机的运行环境。配置信息来自于 CMOS 和配置文件（Config）。Step6:OS 运行，开始接受用户命令。Step5:根据配置信息，由 OS 设置计算机的运行环境。4计算机系统计算机系统计算机软件计算机软件计算机硬件计算机硬件CPU存储器存储器输入设备输入设备输出设备输出设备运算器、控制器、寄存器运算器、控制器、寄存器内存内存外存外存RAM、ROM磁盘、光盘等磁盘、光盘等键盘、鼠标、扫描仪等键盘、鼠标、扫描仪等显示器、打印机等显

3、示器、打印机等系统软件系统软件应用软件应用软件OS、编译和解释系统等、编译和解释系统等数据库、各类软件包数据库、各类软件包计算机系统的总体构成计算机系统的总体构成计算机系统计算机软件计算机硬件CPU存储器输入设备输出设备运5计算机硬件系统基本构成：主机+外设+总线总线的分类：地址总线+数据总线+控制总线内存的几种大小表示(与总线密切相关)：位（Bit）字节(B，或Byte)：1 Byte=8 Bit千字节(KB,Kilo Byte)：1 KB=1024 Byte兆字节(MB,Mega Byte)1MB=1024 KB吉字节(GB,Giga Byte)1GB=1024 MB太字节（TB,Tera

4、 Byte）1TB=1024 GBROM(Read Only Memory)，RAM(Random Access Memory)计算机硬件系统基本构成：6构成结构构成结构7冯.偌依曼机的体系1)采用二进制形式表示数据和指令;2)程序与数据预先存入主存（内存）,工作时连续自动高速顺序执行（逻辑上）.3)由运算器,控制器,存储器,输入设备和输出设备组成4)核心是“存储程序”的思想冯.偌依曼机的体系采用二进制形式表示数据和指令;8CPUCPU（Central Processing Unit）：也称为中央处理器。两大功能部件：控制器+算术逻辑部件（运算器和寄存器）内存ALU(arithmetic&Lo

5、gic Unit)寄存器寄存器累加器控制器CPUCPU（Central Processing Unit9控制器、寄存器和累加器控制器是计算机的指挥系统，控制器是通过地址访问存储器，逐条取出选中单元的指令、分析指令，并根据指令产生相应的控制信号作用于其它各个部件，控制其它部件完成指令要求的操作。寄存器：高速存储器（数目很少，价格贵）累加器（运算器）：进行算术/逻辑运算控制器、寄存器和累加器控制器是计算机的指挥系统，控制器是通过10指令定义：计算机执行某种操作的命令（如，加法）特点：一类（80 X 86）计算机具有的所有指令集合构成该机的指令系统。不同类型机器的指令系统是不相同的。但它们都是二进制

6、表示的，也称机器语言的语句构成：操作码（功能）+操作数：主要功能类：数据传送，数据运算，输入/出，控制等主要工作过程（见图）：取指令、分析指令、执行指令，直至执行结束。整个过程由计算机协同操作完成。可以简单顺序进行，可以流水线，也可以并行。指令的周期：执行一条指令所需的时间。操作码|操作数 指令定义：计算机执行某种操作的命令（如，加法）操作码|操11指令寄存器07 +0250译码器操作控制线路指令计数器运算器地址 内容1.0100 指令2.0101 指令3.0102 0702504.5.0250 数据6.控制器控制器内存内存指令寄存器07 +0250译码器操作控制线路指令计数器12CPU 的性

7、能评价时钟频率：单位，兆赫兹(Mega Hertz)。计算机系统内有一个脉冲发生器，定时发出脉冲（节拍），以控制所有系统操作的时间。目前超过 2.0 G MHz；字长：同时处理多少位数据。目前主要为32位。指令集复杂度：CISC(Complex Instruction Set Computer)和 RISC(Reduced Instruction)对指令的操作（流水线-单机使执行期重合/并行性，多处理机同时执行多条指令）。CPU 的性能评价时钟频率：单位，兆赫兹(Mega Hert13CPU 的性能评价（续）高速缓存：在内存与 CPU 之间的缓冲器，用于平缓CPU速度快与 RAM 相对较慢的矛

8、盾。功能类似于磁盘缓存（平缓磁盘与 CPU的快慢矛盾）L1缓存也称片内缓存，Pentium时代的处理器把L1缓存集成在CPU内部。L1高速缓存容量一般较小。L2缓存即二级高速缓存，通常做在主板上，目前有些CPU将二级缓存也做到了CPU芯片内。L2高速缓存的容量比一级缓存容量大。CPU 的性能评价（续）高速缓存：在内存与 CPU 之间的缓14协处理器协处理器带协处理器的CPU可以加快特定类型的数值计算（尤其是浮点运算）。某些需要进行复杂运算的软件系统，如AUTO CAD就需要协处理器支持。协处理器带协处理器的CPU可以加快特定类型的数值计算（尤其是15存储器（存储器（Memory）存储器又称为主

9、主存存(或内内存存)，是计算机的存储和记忆装置，用以存放数据和程序。计算机的内存通常采用半导体器件，因此，不能断电保留数据。内存单元总是由地址来表征的。所谓内存的大小（亦称为容量）就是指有多少内存单元，即：有多少字节：M,K(m),G(m),T(m)。存储器（Memory）存储器又称为主存(或内存)，是计算机的16存储器类别：RAM，虚拟存储器，CMOS 和 ROMRAM（随机存储器/读写存储器）:远比外存速度高，属半导体，不能断电保留数据。其指标主要是容量大小:字节(512M)和速度快慢：纳秒，两种常见内存：EDO DRAM（Extend Data Out/Dynamic RAM）当前主流内

10、存同步高速内存（SRAM）：主要用于高速缓存。虚拟存储器：RAM受限时，以磁盘作为RAM 的扩充；CMOS：存放系统参数，如磁盘的磁道，扇区数等；ROM：存放着一些最基本的指令序列（如 BIOS）与数据。在系统开机时，通过执行 ROM 存储的指令，引导 OS。存储器类别：RAM，虚拟存储器，CMOS 和 ROM17CPU 对内存的操作读操作：原数据仍然保留写操作：原有的数据被新的数据取代。CPU 对内存的操作读操作：原数据仍然保留18外部存储器外存储器又叫辅助存储器（或辅存）。数据交换：与内存交换数据，通过内存，再与 CPU 和 I/O 设备交换数据常见的外部存储器由三部分组成：驱动器：对盘或

11、带的读写和其它操作；盘片：用来存储信息；控制器：完成盘或带与内存之间的信息交换。外部存储器外存储器又叫辅助存储器（或辅存）。19硬盘读写头面surface，道track，扇区sector，柱面cylinder硬盘读写头面surface，道track，扇区sector，20硬盘（外观）硬盘（外观）21硬盘结构一组（若干片）固定在同一轴上，同时高速旋转的盘片盘片是铝合金的薄圆片，每个圆片的两个表面都涂附了一层很薄的高性能磁性材料，作为存储介质硬盘片表面也分为一个个同心圆磁道，每个磁道又被分成若干区段扇区靠近每个盘片的两个表面各有一个读写磁头。这些磁头全部固定在一起，可同时移到磁盘的某个磁道位置。硬

12、盘的所有盘面处于同一半径的所有同心圆磁道构成一个柱面，这些柱面由外向里顺序编号。硬盘结构一组（若干片）固定在同一轴上，同时高速旋转的盘片22硬盘工作原理硬盘也采用批量存储信息方式，以区段为存储单位区段的“地址”可以通过磁道（柱面）号、读写头号（也就是盘面的编号）、以及磁道内的区段编号三者组合确定读写数据移动磁头到相应柱面位置（磁头定位）等待（区段定位）实际读写三个阶段读写速度非常高（远高于软盘），通常是：几毫秒至十几毫秒。但仍然与贮存访问速度相差1万倍（纳秒级）速度单位通常用：转/秒 表示硬盘工作原理硬盘也采用批量存储信息方式，以区段为存储单位23软盘软盘是与用户直接接触的外存储器。它是在聚酯

13、塑料上涂布磁性材料的薄片，磁性材料具有断电保存数据的特点。每片软盘外装一个永久性的保护套。每个同心圆称为一个磁道磁道。磁道从外向里顺次编号，最外层称为第0道。为了记录信息方便把每一个磁道又分成几个区段，称为扇区扇区。磁盘读写时以扇区为基本单位，每个扇区存放同样数量的信息，为512个字节。盘片按可以记录信息的表面，分有单面盘和双面盘单面盘和双面盘。只有一个表面能记录信息的称单面盘，两个表面都能记录信息的称双面盘。l容量容量=280 15 512=1.44MB软盘软盘是与用户直接接触的外存储器。它是在聚酯塑料上涂布磁性24光盘按工作方式不同，光盘分为三大类：只读型（CD-ROM）、一次写入型（WO

14、RM）和可擦写型（MO）。所有的光存储器设备的工作都依赖于激光技术。激光是具有高度聚光性、高度可控制性的光束。当把信息存储在光介质时，用激光来把应该记为逻辑“”的地方烧穿，把应该记为逻辑“”的地方留上空白。这种由电子控制的激光就可以把数据记载到盘上。光盘按工作方式不同，光盘分为三大类：只读型（CD-ROM）、25信息交换-总线总线(BUS)：交换数据的通道。包括3类：地址总线(AB)：是CPU向内存储器或I/O接口传送地址信息的通路，它是单方向的，只能从CPU向外传送。数据总线(DB)：传送数据（如在 CPU 与内存之间传送数据和 CPU与 I/O 接口之间传送）控制总线(CB)：是CPU向内

15、存储器或I/O接口传送命令信号以及接收来自外设向CPU传送状态的信号通路。信息交换-总线总线(BUS)：交换数据的通道。包括3类：26总线性能总线时钟：总线工作频率（MHz）总线宽度地址总线宽度（地址总线的位数）：决定了CPU可以访问的存储器的容量。32位地址总线能使用的最大内存容量为位地址总线能使用的最大内存容量为4GB（232 B）。数据总线宽度：决定了CPU与内存、输入输出设备之间一次数据传输的信息量。Pentium以上的计算机，数据总线的宽度为64位，即CPU一次可以同时处理8个字节的数据。总线传输速度：总线时钟频率*（总线宽度/8）总线性能总线时钟：总线工作频率（MHz）27微型计算

16、机(PC)卧式机箱立式机箱微型计算机(PC)卧式机箱立式机箱28PC 计算机PC 计算机29微机结构微机结构30主板(Mother Board、Main Board、System Board)：计算机内部的一个集成电路板。很多器件焊接在板上，通过线路连接在一起。同时，也提供了不同型号和种类的可插接槽，供其它器件（如CPU 和内存等）或功能板卡（如网卡，声卡，显示卡等）插接。主板(Mother Board、Main Board、Sys31输入/输出设备光驱与光盘(倍速)软驱与软盘/硬盘（5400/7200）键盘鼠标显示器。主要技术指标（尺寸/点距/分辨率/刷新频率/辐射指标/绿色功能）显示卡（显

17、示驱动器：控制各种显示信息图文）打印机。主要技术指标（分辨率：DPI表示。360DPI,720DPI,1200DPI/速度/噪音）；类型（针打/喷墨/激光）Modem扫描仪输入/输出设备32输入/出部件的连接:总线在 RAM 与输入/出部件之间的总线，称为扩展总线。扩展槽是扩展总线的终结点，扩展槽用于插接输入/出设备的板卡，以连接外围设备。插接板卡的功能：插接板卡的插接端插入扩展槽，另外，还有一个接口与外界的设备相连。如显示卡外接显示器，声卡外接音箱。连接线有特殊的要求和型号。这些板卡有时也叫适配卡，起着外部设备的信号与计算机内部数据的转换作。输入/出部件的连接:总线33输入/出的工作方式程序

18、控制方式由 CPU 检测，是否有输入/出（CPU与外围设备不能并行，外围设备处于被动）中断方式外围设备主动发送请求，CPU 有空便可响应DMA(Direct Memory Access)方式外围设备与贮存之间直接交换数据输入/出的工作方式程序控制方式34典型的输入设备扫描仪麦克风手写笔摄像头典型的输入设备扫描仪麦克风手写笔摄像头35计算机系统组成课件36微机指标几项主要性能指标字长：字长是指微机能直接处理的二进制信息的位数.字长越长,微机的运算速度就越快,运算精度就越高,内存容量就越大,微机的功能就越强(支持的指令多).所以字长是微机的一个重要性能指标。按微机的字长可分为8位(早期的Apple

19、II机),16位机(如286微机),32位机(如386,486,奔腾机)和64位机(高档微机)等。内存容量 ：内存容量是指微机内存储器的容量 它表示内存储器所能容纳信息的字节数.内存容量越大,它所能存储的数据和运行的程序就越多,程序运行的速度就越高,微机的信息处理能力就越强,所以内存容量是微机的重要性能指标微机指标几项主要性能指标37微机指标（续）主频：主频是指微机CPU的时钟频率.CPU的工作是周期性的，它不断取指令、执行指令。这些操作需要精确定时，按照精确的节拍工作，因此CPU需要一个时钟电路产生标准节拍，一旦机器加电，时钟电路便连续不断地发出节拍，就像乐队的指挥一样指挥CPU有节奏的工作

20、，这个节拍的频率就是主频。一般说来，主频越高，CPU的工作速度越快。主频的单位是MHZ(兆赫兹).如 2G MHZ其它微机指标（续）主频：主频是指微机CPU的时钟频率.38计算机购买与选择CPU 的选择：主频与 Cache(CPU 与内存间的高速缓存)RAM选择：容量大-速度快硬盘：容量+转速（大容量需要有适应的内存）光驱CD（耗材）：速度：倍速：40X；或者 DVD计算机购买与选择CPU 的选择：主频与 Cache(CPU 39计算机购买与选择(2)显卡与显示器：显卡的作用：计算机发信号到显示器的信号转化卡，以容量和速度（加速卡）衡量。显示器：显示文字和图形的设备。指标有：点距(.28,.2

21、6 mm)或者分辨率（如1280*1024）表示，另外加上颜色数目（256色，65000色）。显示效果由显卡和显示器共同决定。显示器的分辨率为1280*1200，而显卡的容量只能支持1280*1024，则只能以 1280*1024 显示。加速卡可以加快刷新的频率，保持图形和图像的稳定性和连续性。计算机购买与选择(2)显卡与显示器：40计算机购买与选择(3)显示器的类型：CRT显示器液晶显示器：无源液晶（老式笔记本），有源矩阵屏幕 TFT计算机购买与选择(3)显示器的类型：41作业：1.谈谈你对冯诺伊曼结构的理解。2.简述计算机的工作过程。3.简述硬盘的工作原理，如何计算硬盘的容量（a个盘片，b个柱面，c个扇区，每个扇区有d字节）？作业：谈谈你对冯诺伊曼结构的理解。42