計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第2章-課件

1、第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī) 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)、應(yīng)用及分類(lèi)2.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程可以把計(jì)算機(jī)的發(fā)展劃分為大型機(jī)時(shí)代和微型機(jī)時(shí)代。返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn) 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1大型計(jì)算機(jī)時(shí)代（1）第一代計(jì)算機(jī)（1946年1957年）1）主要元器件是電子管。2）運(yùn)算速度為每秒幾千次到幾萬(wàn)次，內(nèi)存容量?jī)H為10004000字節(jié)。3）主要用于軍事和科學(xué)研究。4）體積龐大，造價(jià)昂貴，速度低，存儲(chǔ)容量小，可靠性差，不易掌握，維護(hù)困難。5）代表機(jī)型為UNIVAC-I。返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1大型計(jì)算機(jī)

2、時(shí)代返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（2）第二代計(jì)算機(jī)（1958年1964年）1）主要元器件采用晶體管，內(nèi)存儲(chǔ)器主要采用磁芯，外存儲(chǔ)器主要采用磁盤(pán)。2）運(yùn)算速度提高到每秒幾十萬(wàn)次，內(nèi)存容量擴(kuò)大到幾十萬(wàn)字節(jié)。3）應(yīng)用已擴(kuò)展到數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理。4）體積減小，重量減輕，耗電量減小，速度加快，可靠性增強(qiáng)，工作穩(wěn)定。5）代表機(jī)型為IBM-7000系列機(jī)。返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（2）第二代計(jì)算機(jī)（195 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（3）第三代計(jì)算機(jī)（1965年1970年）1）主要邏輯元件采用小規(guī)模集成電路（SSI）和中規(guī)模集成電路（MSI）。2）主要用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理以及過(guò)程控制；在程序設(shè)計(jì)技術(shù)方面形

3、成了三個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)：操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)和應(yīng)用程序，總稱為軟件。3）功耗、體積、價(jià)格等進(jìn)一步下降，而運(yùn)算速度和可靠性相應(yīng)地提高。4）代表機(jī)型為IBM-360系列機(jī)。返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（3）第三代計(jì)算機(jī)（196 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（4）第四代計(jì)算機(jī)（1971年至今）1）主要元器件采用大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成電路（VLSI），使計(jì)算機(jī)向著微型化和巨型化兩個(gè)方向發(fā)展。2）運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百萬(wàn)次至上億次。3）應(yīng)用領(lǐng)域不斷向社會(huì)各個(gè)方面滲透。4）代表機(jī)型有：IBM 4300、3080、3090和9000系列機(jī)。返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（4）第四代計(jì)算機(jī)（197 第2章 計(jì)

4、算機(jī)硬件系統(tǒng)2微型計(jì)算機(jī)時(shí)代1971年世界上第一片4位微處理器4004在Intel公司誕生后，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)進(jìn)入了微型機(jī)時(shí)代（1）第五代智能計(jì)算機(jī)（2）第六代生物計(jì)算機(jī)返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2微型計(jì)算機(jī)時(shí)代返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2微型計(jì)算機(jī)時(shí)代1971年世界上第一片4位微處理器4004在Intel公司誕生后，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)進(jìn)入了微型機(jī)時(shí)代（1）第五代智能計(jì)算機(jī)（2）第六代生物計(jì)算機(jī)3我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展概況4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2微型計(jì)算機(jī)時(shí)代返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.1.2 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用及分類(lèi)1計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)2計(jì)算機(jī)的應(yīng)用（1）科學(xué)計(jì)算（2）信息處理

5、（3）過(guò)程控制 （4）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造及計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（5）人工智能返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.1.2 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)3計(jì)算機(jī)的分類(lèi)依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)有多種分類(lèi)方法。通常人們按照計(jì)算機(jī)的功能用途、工作原理和性能規(guī)模進(jìn)行分類(lèi)。1）按功能用途，可以將計(jì)算機(jī)分為通用計(jì)算機(jī)和專(zhuān)用計(jì)算機(jī)兩大類(lèi)。2）按工作原理，可將計(jì)算機(jī)分為數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)和混合計(jì)算機(jī)三大類(lèi)。3）按性能和規(guī)模，可將計(jì)算機(jī)分為巨型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)和工作站五類(lèi)。返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)3計(jì)算機(jī)的分類(lèi)返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成簡(jiǎn)述1）計(jì)算機(jī)由運(yùn)算

6、器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5個(gè)基本功能部件組成。2）程序和數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制代碼表示。3）按預(yù)先設(shè)定的存儲(chǔ)程序控制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)工作返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成簡(jiǎn) 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.2.1 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)從原理的角度看，計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)至少包括五個(gè)基本部分：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。如圖2-1所示為微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。返回圖2-1 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.2.1 計(jì)算機(jī)硬件系 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.2.2 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)從微型計(jì)算機(jī)的組成部件看，它主要由主板、總線、微處理器（CPU）、內(nèi)存、硬盤(pán)、顯示器、鍵盤(pán)

7、、電源和機(jī)箱等設(shè)備構(gòu)成。返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.2.2 微型計(jì)算機(jī)硬 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.3 CPU組成及功能2.3.1 CPU的功能1）指令控制：程序的順序控制，稱為指令控制。2）操作控制：由若干個(gè)電信號(hào)組成一條指令來(lái)完成其相應(yīng)的功能。3）時(shí)間控制：對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的定時(shí)，稱為時(shí)間控制。4）數(shù)據(jù)加工：數(shù)據(jù)加工是計(jì)算機(jī)的根本任務(wù)，只有對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理之后，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用信息后才能被人們所使用。返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.3 CPU組成及功能 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.3.2 CPU的基本組成CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為控制單元、運(yùn)算單元和存儲(chǔ)單元（Cache）三大部分。中央

8、處理器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-4所示。返回圖2-4 中央處理器結(jié)構(gòu)圖 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.3.2 CPU的基本 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1）程序計(jì)數(shù)器2）數(shù)據(jù)緩沖寄存器緩沖寄存器的作用有：作為CPU和主存、外部設(shè)備之間的信息中轉(zhuǎn)站。對(duì)數(shù)據(jù)起緩沖作用，補(bǔ)償CPU和主存、外部設(shè)備之間的操作時(shí)間差異。緩沖寄存器為算術(shù)邏輯單元提供一個(gè)操作數(shù)。3）指令寄存器4）地址寄存器5）累加寄存器6）狀態(tài)條件寄存器返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1）程序計(jì)數(shù)器返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.4 指令系統(tǒng)2.4.1 指令格式2.4.2 尋址方式（1）立即尋址（2）直接尋址（3）間接尋址 返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.4 指

9、令系統(tǒng)返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.4.3 指令的類(lèi)型（1）數(shù)據(jù)傳送指令（2）算術(shù)運(yùn)算指令（3）邏輯運(yùn)算（4）程序控制指令 （5）除各種條件轉(zhuǎn)移指令外，還有無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子程序指令、返回主程序指令、中斷返回指令等。（6）輸入/輸出指令（7）數(shù)據(jù)處理類(lèi)指令 返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.4.3 指令的類(lèi)型返 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.5 存儲(chǔ)系統(tǒng)2.5.1 存儲(chǔ)器的分類(lèi)及管理1）按存儲(chǔ)介質(zhì)分，存儲(chǔ)器有半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器和光介質(zhì)存儲(chǔ)器。2）按存取方式分，存儲(chǔ)器有隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器和順序存取存儲(chǔ)器。3）按在計(jì)算機(jī)中的功能分，可分為主存儲(chǔ)器（主存），如RAM、ROM等。高速緩沖存儲(chǔ)

10、器（Cache）、控制存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器（外存儲(chǔ)器）。返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.5 存儲(chǔ)系統(tǒng)返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.5.2 存儲(chǔ)器及主要性能指標(biāo)1內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器（主存）和CPU構(gòu)成主機(jī)的最小系統(tǒng)，它是計(jì)算機(jī)工作過(guò)程中主要使用的存儲(chǔ)器。內(nèi)存儲(chǔ)器由ROM和RAM兩部分構(gòu)成。2外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱外存，它是計(jì)算機(jī)的輔助存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)中常用的外存儲(chǔ)器有磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán)、閃盤(pán)等。硬盤(pán)的存儲(chǔ)容量柱面數(shù)盤(pán)面數(shù)每面扇區(qū)數(shù)扇區(qū)字節(jié)數(shù)返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.5.2 存儲(chǔ)器及主要 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.5.3 虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器又稱為虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)，由主內(nèi)存和輔助存儲(chǔ)器共同組成。如圖2-

11、12所示，把一臺(tái)計(jì)算機(jī)中實(shí)際安裝的內(nèi)存稱為物理存儲(chǔ)器。返回圖2-12 虛擬存儲(chǔ)器簡(jiǎn)略示意圖 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.5.3 虛擬存儲(chǔ)器返 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.6 總線及外部設(shè)備的信息交換2.6.1 總線1總線特性1）機(jī)械特性：機(jī)械特性是指總線在機(jī)械方式上的一些性能。2）電氣特性：電氣特性是指總線的每一根傳輸線上信號(hào)的傳遞方向和有效的電平范圍。3）功能特性：功能特性是指總線中每根傳輸線的功能。4）時(shí)間特性：時(shí)間特性是指總線中的任意一根線在什么時(shí)間內(nèi)有效。返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.6 總線及外部設(shè)備的 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2總線性能指標(biāo)1）總線寬度2）標(biāo)準(zhǔn)傳輸3）時(shí)鐘同步/異步4）

12、總線復(fù)用5）信號(hào)線數(shù)6）總線控制方式7）其他指標(biāo)：如負(fù)載能力問(wèn)題等返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2總線性能指標(biāo)返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)3總線結(jié)構(gòu)1）單總線結(jié)構(gòu)。單總線結(jié)構(gòu)如圖2-13所示2）多總線結(jié)構(gòu)。雙總線結(jié)構(gòu)：如圖2-14所示，雙總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將速度較低的I/O設(shè)備從單總線上分離出來(lái)，形成主存總線與I/O總線分開(kāi)的結(jié)構(gòu)。三總線結(jié)構(gòu)：如圖2-15所示的三總線結(jié)構(gòu)四總線結(jié)構(gòu)：如圖2-17所示的四總線結(jié)構(gòu)返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)3總線結(jié)構(gòu)返回 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)返回圖2-13 單總線結(jié)構(gòu) 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)返回圖2-13 單總線結(jié) 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)返回圖2-14 雙總線結(jié)構(gòu) 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)返回圖2-14 雙總線結(jié) 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)返回圖2-15 三總線結(jié)構(gòu)（1） 第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)返回圖2-15 三總線結(jié) 第2章