第二章計(jì)算機(jī)基本原理.

1、第二章第二章計(jì)算機(jī)基本原理計(jì)算機(jī)基本原理 v計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成v計(jì)算機(jī)的工作原理計(jì)算機(jī)的工作原理v中央處理器的構(gòu)成和功能中央處理器的構(gòu)成和功能v計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接v計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成v硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的物理部分計(jì)算機(jī)的物理部分主機(jī)主機(jī)外部設(shè)備外部設(shè)備CPU輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（內(nèi)存）（內(nèi)存）控制器控制器運(yùn)算器運(yùn)算器只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)CPU：Center Processing Unit

2、 中央處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成v軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)支持計(jì)算機(jī)完成任務(wù)的部分（程序、數(shù)據(jù)、支持計(jì)算機(jī)完成任務(wù)的部分（程序、數(shù)據(jù)、文檔）文檔）系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)資源管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)資源(包括硬件和軟件包括硬件和軟件)，以及開發(fā)應(yīng)用軟件以及開發(fā)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件完成特定任務(wù)的工具完成特定任務(wù)的工具計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件專用軟件專用軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言處理程序程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言處理程序系統(tǒng)服務(wù)程序系統(tǒng)服務(wù)程序通用軟件通用軟件OFFICE瀏覽器瀏覽器軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)返回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)工作

3、原理v馮馮.諾依曼機(jī)諾依曼機(jī)馮馮.諾依曼的諾依曼的 “存儲(chǔ)程序原理存儲(chǔ)程序原理”電子元件的機(jī)器應(yīng)采用電子元件的機(jī)器應(yīng)采用二進(jìn)制二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行計(jì)算將程序和數(shù)據(jù)事先將程序和數(shù)據(jù)事先存儲(chǔ)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并且不用在存儲(chǔ)器中，并且不用人的干預(yù)人的干預(yù)自動(dòng)執(zhí)行自動(dòng)執(zhí)行馮馮.諾依曼結(jié)構(gòu)諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)包括輸入，輸出，存儲(chǔ)，控計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)包括輸入，輸出，存儲(chǔ)，控制和運(yùn)算制和運(yùn)算5個(gè)部分個(gè)部分計(jì)算機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)工作原理v計(jì)算機(jī)的工作過程計(jì)算機(jī)的工作過程運(yùn)算器運(yùn)算器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器控制器控制器輸入輸入設(shè)備設(shè)備輸出輸出設(shè)備設(shè)備程序程序 +數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出輸出信息信息控制線數(shù)據(jù)線v計(jì)算機(jī)的工作過程計(jì)算機(jī)的

4、工作過程計(jì)算機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)工作原理指令數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器輸入輸入設(shè)備設(shè)備輸出輸出設(shè)備設(shè)備程序程序 +數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出輸出信息信息指令控制線數(shù)據(jù)線v計(jì)算機(jī)的工作過程計(jì)算機(jī)的工作過程計(jì)算機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)工作原理數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)工作原理v輸入設(shè)備（輸入設(shè)備（Input Unit）將一種信息形式通過接口設(shè)備轉(zhuǎn)換成另一種將一種信息形式通過接口設(shè)備轉(zhuǎn)換成另一種信息形式信息形式v輸出設(shè)備（輸出設(shè)備（Output Unit）將計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息傳遞出來將計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息傳遞出來計(jì)算機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)工作原理v存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（Memory Unit）計(jì)算機(jī)中用來保存數(shù)據(jù)和指令的部件計(jì)算機(jī)中用

5、來保存數(shù)據(jù)和指令的部件分為三級(jí)分為三級(jí)通常所說的存儲(chǔ)器，主要指內(nèi)存（主存）通常所說的存儲(chǔ)器，主要指內(nèi)存（主存）內(nèi)存容量小、速度快、價(jià)格高內(nèi)存容量小、速度快、價(jià)格高外存外存（屬于外部設(shè)備）（屬于外部設(shè)備）通過內(nèi)存同通過內(nèi)存同CPU打交道打交道計(jì)算機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)工作原理v控制器（控制器（Control Unit）控制、協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各部件的所有操作控制、協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各部件的所有操作v運(yùn)算器（運(yùn)算器（Arithmetic Logic Unit）對(duì)信息或數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理的部件。即對(duì)信息或數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理的部件。即執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件返回中央處理器的構(gòu)成和功能中央處理器的構(gòu)成

6、和功能v中央處理器中央處理器CPUCPU （Central Processing Unit)控制器、運(yùn)算器等被集成在一塊超大規(guī)模集成控制器、運(yùn)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電路芯片中被稱為中央處理器功能功能CPU可以依次從存儲(chǔ)器中可以依次從存儲(chǔ)器中取出取出程序中的每一條程序中的每一條指令，并加以指令，并加以分析分析和和執(zhí)行執(zhí)行，直至完成全部指令，直至完成全部指令任務(wù)為止任務(wù)為止中央處理器的構(gòu)成和功能中央處理器的構(gòu)成和功能返回中央處理器的構(gòu)成和功能中央處理器的構(gòu)成和功能微機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)的中央處理器微機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)的中央處理器CPU，由大規(guī)?；虺笠?guī)模

7、集成電路構(gòu)成，做在一個(gè)芯由大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路構(gòu)成，做在一個(gè)芯片上，稱為微處理器（片上，稱為微處理器（MPU）。由不同規(guī)模構(gòu)成）。由不同規(guī)模構(gòu)成的微處理器，就形成了微機(jī)不同的發(fā)展階段的微處理器，就形成了微機(jī)不同的發(fā)展階段Intel的芯片的芯片 IBM PC(8086)，186，286；386，486 P5Pentiumn P6-Pentiumn pro， Pentiumn II PentiumnIII, , Pentiunmn IV 酷?？犷?（I5、I7系列）系列）計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接v軟連接軟連接指令指令指令指令是是計(jì)算機(jī)能識(shí)別并能執(zhí)行的基本操作命令計(jì)算機(jī)能

8、識(shí)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(jì)算都并非人們可以想象得到的任何一種操作或計(jì)算都有一條指令與之相對(duì)應(yīng)，計(jì)算機(jī)只提供一些完成有一條指令與之相對(duì)應(yīng)，計(jì)算機(jī)只提供一些完成基本操作的指令基本操作的指令通常設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時(shí)就確定了某計(jì)算機(jī)通常設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時(shí)就確定了某計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的指令的種類和數(shù)量可以執(zhí)行的指令的種類和數(shù)量計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接軟連接軟連接指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)所有指令的集合稱為計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)所有指令的集合稱為計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)每一種處理器都有自己的一套指令系統(tǒng)每一種處理器都有自己的一套指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接計(jì)算機(jī)

9、各組成部分間的連接軟連接軟連接指令的格式指令的格式機(jī)器指令格式機(jī)器指令格式操作碼操作碼地址碼地址碼機(jī)器執(zhí)行什么操作機(jī)器執(zhí)行什么操作 執(zhí)行對(duì)象（具體數(shù)、存放位置執(zhí)行對(duì)象（具體數(shù)、存放位置/地址地址）例如：例如： 00111110 00000111向累加器向累加器A送數(shù)送數(shù)操作數(shù)操作數(shù)7計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接軟連接軟連接指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程取出指令、分析指令（譯碼）、執(zhí)行指令，為取出指令、分析指令（譯碼）、執(zhí)行指令，為執(zhí)行下一個(gè)指令做準(zhǔn)備執(zhí)行下一個(gè)指令做準(zhǔn)備計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接軟連接軟連接指令執(zhí)行過程指令執(zhí)行過程總線1001015輸入設(shè)

10、備接口輸出設(shè)備接口ALU譯碼器100控制電路10.MOV A, 0 ADD A, 1程序計(jì)數(shù)器指令寄存器ABCD01CPU取指令取指令(1)控制器根據(jù)程序計(jì)數(shù)器中的地址到存儲(chǔ)器中指定的單元讀取一條指令(2)指令通過總線到達(dá)指令寄存器(3)程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容+1，指向下一條要執(zhí)行的指令MOV A,0MOV A, 0 100100MOV A, 0 MOV A,0101MOV A,01011001015輸入設(shè)備接口輸出設(shè)備接口ALU譯碼器MOV A,0101控制電路10.MOV A, 0 ADD A, 1程序計(jì)數(shù)器指令寄存器ABCD01CPU5譯碼器控制電路5 5分析、執(zhí)行指令分析、執(zhí)行指令(1)譯碼

11、器對(duì)指令寄存器中的指令譯碼；并啟動(dòng)控制電路執(zhí)行。(2)0號(hào)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容經(jīng)總線傳送到寄存器A中計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接軟連接軟連接指令執(zhí)行過程指令執(zhí)行過程1001015輸入設(shè)備接口輸出設(shè)備接口ALU譯碼器ADD A,1102控制電路510.MOV A, 0 ADD A, 1程序計(jì)數(shù)器指令寄存器ABCD01CPU(1)取下一條指令A(yù)DD A,1(2)執(zhí)行指令A(yù)DD A,1ALU5101515計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接軟連接軟連接指令執(zhí)行過程指令執(zhí)行過程計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接軟連接軟連接程序程序計(jì)算機(jī)是通用設(shè)備，可通過編寫程序

12、擴(kuò)展其功計(jì)算機(jī)是通用設(shè)備，可通過編寫程序擴(kuò)展其功能能程序程序是為完成一項(xiàng)特定任務(wù)而用某種語(yǔ)言編寫是為完成一項(xiàng)特定任務(wù)而用某種語(yǔ)言編寫的一組指令序列的一組指令序列(程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)句實(shí)質(zhì)包程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)句實(shí)質(zhì)包含了一系列指令含了一系列指令)例如：用例如：用Basic語(yǔ)言編寫語(yǔ)言編寫A=7+8的程序的程序 10 LET A=7+8 20 END計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接v硬連接硬連接總線總線總線總線 (系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線)連接計(jì)算機(jī)的各組成部分；總線上連接計(jì)算機(jī)各個(gè)部件連接計(jì)算機(jī)的各組成部分；總線上連接計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的通信線路和相關(guān)的控制電路的通信線路和相關(guān)的控制電路是是CP

13、U和存儲(chǔ)器之間交換數(shù)據(jù)的通道和存儲(chǔ)器之間交換數(shù)據(jù)的通道三種總線三種總線數(shù)據(jù)總線：傳送數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)總線：傳送數(shù)據(jù)信號(hào)地址總線：傳送地址信號(hào)地址總線：傳送地址信號(hào)控制總線：傳送控制信號(hào)控制總線：傳送控制信號(hào)物理上，每種類型的總線都由若干條傳輸線組成，物理上，每種類型的總線都由若干條傳輸線組成，每條傳輸線每條傳輸線在某一時(shí)刻傳輸在某一時(shí)刻傳輸一個(gè)二進(jìn)制位一個(gè)二進(jìn)制位計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接計(jì)算機(jī)各組成部分間的連接硬連接硬連接CPU存儲(chǔ)器I/O接口I/O設(shè)備控制總線地址總線數(shù)據(jù)總線返回計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)v位、字節(jié)、字及字長(zhǎng)位、字節(jié)、字及字長(zhǎng)位（位（bit）芯片中一個(gè)硬件的狀態(tài)，指二進(jìn)

14、制位芯片中一個(gè)硬件的狀態(tài)，指二進(jìn)制位字節(jié)（字節(jié)（Byte）計(jì)算機(jī)中信息計(jì)算機(jī)中信息存儲(chǔ)最常用的基本單位存儲(chǔ)最常用的基本單位1Byte=8bit1KB=1024B1MB=1024KB=1024*1024B1GB=1024MB=1024*1024*1024B計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)位、字節(jié)、字及字長(zhǎng)位、字節(jié)、字及字長(zhǎng)字字指總線一次傳輸所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或算數(shù)邏輯單指總線一次傳輸所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或算數(shù)邏輯單元元(ALU)一次運(yùn)算所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一次運(yùn)算所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一個(gè)字由一個(gè)或若干個(gè)字節(jié)構(gòu)成一個(gè)字由一個(gè)或若干個(gè)字節(jié)構(gòu)成字長(zhǎng)字長(zhǎng)通常將組成一個(gè)字的位數(shù)叫作該字的字長(zhǎng)通常將組成一個(gè)字的位數(shù)叫作該字的

15、字長(zhǎng)字長(zhǎng)越長(zhǎng)，在相同時(shí)間內(nèi)能傳送更多的信息，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，在相同時(shí)間內(nèi)能傳送更多的信息，從而運(yùn)算速度更快從而運(yùn)算速度更快計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)v計(jì)算機(jī)中的單位計(jì)算機(jī)中的單位容量使用字節(jié)（容量使用字節(jié)（BByte）如磁盤、內(nèi)存如磁盤、內(nèi)存速度使用位（速度使用位（bbit）如網(wǎng)絡(luò)速度（如網(wǎng)絡(luò)速度（10Mbps、調(diào)制解調(diào)器速度、調(diào)制解調(diào)器速度33.6Kbps、56Kbps, ,ISDN128Kbps。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)中的單位計(jì)算機(jī)中的單位K、M、GK 1024 帶寬帶寬128Kbps=128*1024bpsM 1024*1024 內(nèi)存內(nèi)存 512MB=512*10

16、24*1024BG 1024*1024*1024 硬盤硬盤 40GB=40 *1024*1024*1024B計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)v計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)主頻主頻亦稱為時(shí)鐘頻率，即亦稱為時(shí)鐘頻率，即CPU在一秒鐘應(yīng)該完成的在一秒鐘應(yīng)該完成的工作周期數(shù)；或系統(tǒng)時(shí)鐘單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的時(shí)工作周期數(shù)；或系統(tǒng)時(shí)鐘單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)。鐘脈沖個(gè)數(shù)。在在其他因素相同的情況下其他因素相同的情況下，主頻越快，那么，主頻越快，那么CPU的速度越快。的速度越快。 單位單位 Hz計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)內(nèi)存容量?jī)?nèi)存容量計(jì)算機(jī)主存的容量，決定在計(jì)

17、算機(jī)運(yùn)行時(shí)臨時(shí)計(jì)算機(jī)主存的容量，決定在計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)臨時(shí)存儲(chǔ)的程序代碼和數(shù)據(jù)的數(shù)量存儲(chǔ)的程序代碼和數(shù)據(jù)的數(shù)量是程序執(zhí)行速度的重要因素是程序執(zhí)行速度的重要因素單位為字節(jié)（單位為字節(jié)（Byte）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)字長(zhǎng)（總線寬度）字長(zhǎng)（總線寬度）決定決定CPU每執(zhí)行一條指令能夠每執(zhí)行一條指令能夠處理的二進(jìn)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)制數(shù)據(jù)位數(shù)64位位CPU是指是指CPU一次能處理的二進(jìn)制位數(shù)一次能處理的二進(jìn)制位數(shù)是是64位位硬盤容量與讀取速度硬盤容量與讀取速度外部存儲(chǔ)器的容量，存儲(chǔ)靜態(tài)數(shù)據(jù)的能力外部存儲(chǔ)器的容量，存儲(chǔ)靜態(tài)數(shù)據(jù)的能力磁盤的讀取速度通過轉(zhuǎn)數(shù)衡量，轉(zhuǎn)數(shù)一般在磁盤的讀取速度通過轉(zhuǎn)數(shù)衡量，轉(zhuǎn)數(shù)一般在5400轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分7200轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分總結(jié)總結(jié)v計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)組計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)組成的。硬、軟之間的界面不是固定的，成的。硬、軟之間的界面不是固定的，它們?cè)诠δ苌暇哂械刃浴Ｒ话阌糜布鼈冊(cè)诠δ苌暇哂械刃?。一般用硬件?shí)現(xiàn)的成本高，速度快；使用軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)