计算机科学导论第五章计算机组成

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1、计算机导论第5章计算机组成计算机硬件系统的组成计算机系统由硬件子系统和软件子系统组成。硬件（Hardware）子系统：组成一台计算机的物理设备的总称叫做计算机硬件子系统，是看得见摸得着的实体，是计算机工作的物质基础。软件（Software）子系统：驱动计算机工作的各种程序的集合称为计算机软件子系统，是控制和操作计算机工作的逻辑基础。（软件：使计算机工作的所有程序及相关数据、文档。）计算机软硬件协同配合工作。计算机系统结构结构现在使用的计算机均属于冯·诺依曼型计算机。计算机由算术逻辑单元（运算器）、控制单元、存储器、输入设备、输出设备5个部分组成

2、。各部分功能算术逻辑单元：完成算术运算和逻辑运算。控制单元：按程序的要求控制计算机各个部分协调一致地工作，完成程序规定的任务。存储器：存放数据和程序。输入设备：将数据与程序输入计算机。输出设备：将程序执行结果输出给用户。计算机系统结构计算机硬件系统主机外设硬件系统中央处理器（CPU）（运算器、控制器）存储器输入设备输出设备内存外存CPUcpu风扇内存显卡主板声卡计算机工作原理计算机工作原理计算机系统工作过程（1）根据要完成任务的详细工作步骤，编写相应的程序。（2）程序输入到存储器。（3）控制器从存储器中取出第一条指令，控制器分析该指令功能，根据

3、指令功能控制各个部件执行指令，完成相应工作。（4）一条指令执行完，控制器读取下一条指令，重复取指令→分析指令→执行指令的过程，直到所有指令执行完，即执行完了一段程序。５.１中央处理单元基本组成算术逻辑单元（运算器）：算术运算，移位运算和逻辑运算控制器：从存储器读取指令、对指令进行分析、按照指令的要求产生操作控制信号，控制计算机各部件协调工作寄存器用来临时存放数据的高速独立的存储单元。数据存储器：存放输入数据和运算结果指令存储器：CPU从内存中取出指令放入其中程序计数器：存放下一条指令所在单元的地址的地方。５.２存储器计算机的存储器用于保存计算机

4、中的数据。按用途分：内部存储器（主存储器）外部存储器（辅存储器）存储设备内存和外存的特点比较内存主要特点：容量：较小，容量有限速度：存取速度较快用途：临时存放数据，用于存放要执行的程序和数据。外存主要特点：容量：较大，理论上无限速度：存取速度较慢用途：可永久存放数据，断电后数据不会丢失，用于存放暂时不执行而将来要执行的程序和数据。内存储器1、内存容量1）存储容量的概念一个存储器中存储单元的个数称为该存储器的存储容量。2）存储容量单位及换算关系基本单位：8个二进制位（b,bit）组成一个字节（B,Byte）换算关系：1KB=1024B,1MB=1

5、024KB,1GB=1024MB,1TB=1024GB地址空间：存储器中独立的地址单元的总数。注意：一个字包含几个字节是不固定的，和计算机的字长有关。例：机器字长为8，则一个字包含一个字节；机器字长为16，则一个字包含两个字节；例5.1例5.2内存储器2、内存种类（按工作原理）只读存储器（ROM）随机存取存储器（RAM）1）只读存储器（readonlymemory,ROM）（1）只读存储器特点只读存储器中的数据一旦写入，只能读，不能改写。内存储器2）随机存取存储器（randomaccessmemory,RAM）（1）随机存取的含义可以根据地址直

6、接存储任一单元中的数据，这种存取方式的存取速度要快得多。（2）随机存取存储器的特点随机存取存储器，既能读出数据，又能写入数据。5.2.4高速缓冲存储器一、Cache引入1.问题的提出避免CPU“空等”现象CPU和主存的速度差异2.基本依据：程序访问的局部性原理指令和数据在主存内都是连续存放的，并且有些指令和数据往往会被多次调用（如循环程序），即指令和数据在主存的地址分布不是随机的，而是相对的簇聚，使得CPU在执行程序时，访存具有相对的局部性。二、Cache1.其存放内容2.特点CPU经常要用到的程序或数据。存取速度比主存快，比CPU及其内部寄存

7、器组慢。容量比主存小，比CPU内部寄存器组大。三、CPU访存的过程（1）CPU首先检查高速缓存（2）如果已经存在，CPU直接复制，否则从主存中拷贝所需要的数据块，保存在高速缓存中一份；（3）CPU从高速缓存中读取该字。外存储器常用外存种类磁盘光盘闪存移动硬盘外存储器1、磁盘（1）磁盘材质表面涂有磁性材料的硬质圆形盘片。磁盘的盘片是铝、玻璃、塑料等硬质材料。（2）磁盘存储数据原理磁性材料的磁化和非磁化有两种状态。可以分别表示二进制数据0和1。外存储器（3）磁盘结构及工作原理外存储器（3）磁盘结构及工作原理支撑臂外存储器（4）相关概念一个磁盘盘片的

8、单面或双面上可保存数据。一个磁盘可以有多张盘片。每个盘面都有一个盘面号，按顺序从上至下从“0”开始依次编号。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等