[计算机硬件及网络]模块3计算机硬件

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1、模块3计算机硬件20061．冯·诺依曼模型2．计算机系统组成3．硬件系统组成4．多媒体信息处理、多媒体计算机主要内容23.1冯·诺依曼模型我们可以认为计算机是一个接受输入数据，处理数据，产生输出数据的黑盒子。输入数据输出数据程序冯·诺依曼（美籍匈牙利数学家科学家，计算机之父）提出的冯·诺依曼模型着眼于计算机的内部结构。3计算机输入数据输出数据程序冯·诺依曼模型4计算机输入数据输出数据程序输入/输出设备存储器算术逻辑单元控制单元冯·诺依曼模型5计算机的硬件组成包括：存储器，算术逻辑单元(ALU)，控制单元和输入

2、/输出设备。又称为五大基本部件。存储器:存储数据和程序算术逻辑单元(ALU):进行算术逻辑运算控制单元:控制程序的执行输入/输出设备:接收来自外界数据/向外界发送数据61945年6月冯·诺依曼在一篇论文中第一次提出了计算机三个主要思想：计算机由前述四个部分（五大基本部件组成）采用二进制来表示程序和数据程序和数据都必须存储在存储器中目前绝大多数计算机仍建立在这个思想的基础上，称之冯·诺依曼型计算机。7硬件系统：设备软件系统：程序＋文档硬件通常是指一切看得见，摸得到的设备实体；软件通常是泛指各类程序和文件，它们实

3、际上是由一些算法以及其在计算机中的表示所构成的。计算机系统+=计算机系统硬件软件3.2计算机系统组成8以CPU为核心，配以存储器、输入输出设备及其它辅助电路，组成计算机的硬件系统。以操作系统为核心的系统软件以及其它应用软件组成计算机的软件系统。91中央处理单元2主存储器3输入/输出4子系统间的连接5微型计算机的硬件组成6程序执行3.3计算机硬件组成10输入/输出设备存储器计算机硬件通常可以把计算机硬件的五大基本部件可以分成三大类：CPU、存储器和输入/输出子系统。11中央处理单元（CPU）CPU=运算器+

4、控制器主机主机=CPU+主存储器外部设备（广义的输入/输出设备）除去主机以外的硬件装置（如输入设备、输出设备、辅助存储器等）12（外）存储器（内）存储器中央处理器（CPU）输入设备输出设备数据流地址控制流运算器控制器13CPU包括三部分：算术逻辑单元(ALU)、控制单元和寄存器。3.3.1.中央处理单元（CPU）控制单元寄存器程序计数器14中央处理器（CPU）是计算机中的核心部件，决定了整个计算机的功能和性能指标。控制器：取指令、分析指令、执行指令运算器：执行算术运算和逻辑运算工作原理：把处理问题的程序和所需

5、的数据均以二进制编码形式表示，并且预先按一定顺序存放到计算机的存储器里，计算机工作时自动执行程序，从而实现自动控制。15计算机处理数据形成信息的加工部件。完成算术运算和逻辑运算。算术运算：包括加1(+1)、减1(-1)、加法、减法、乘法和除法等。逻辑运算：包括“非”、“与”、“或”和“异或”。由控制器选择上述运算中的一种。Ⅰ算术逻辑单元(ALU)16寄存器是用来临时存放数据的高速独立的存储单元。CPU的运算需要多个寄存器。常见的寄存器有：Ⅱ寄存器寄存器数据寄存器指令寄存器程序计数器17数据寄存器：用来存放输入

6、数据，运算中间结果和最终结果。指令寄存器：存放从内存中取出的指令，以便于稍后解释和执行它们。程序寄存器：存放当前指令的地址。当前指令执行完后，程序计数器自动加1，指向下一条指令的地址。18分析指令执行指令取指令循环执行指令一条指令的执行过程控制器是计算机的指挥中心控制器根据指令指挥全机协调工作。指令是计算机进行操作的命令，将控制计算机完成规定动作的命令称为指令。有序指令的集合称为程序，计算机解决问题的过程是：Ⅲ控制单元19控制通过线路的开（高电平）或关（低电平）实现。控制单元的基本功能：从主存中取出指令。对指

7、令译码，产生相应的操作控制信号。指挥并控制CPU、主存和输入/输出设备之间的数据流动。Ⅲ控制单元20地址码译码器指令计数器节拍发生器操作控制部件输入设备输出设备运算器存储器自动加“1”控制单元的基本结构操作码211存储器用来储存程序和数据。2存储器分为两大类：内存储器(内存、主存)外存储器(辅助存储器)ROMRAM高速缓存CMOS软盘硬盘光盘磁带3.3.2.主存储器22内存储器由超大规模集成电路做成。内存储器按字节进行编址。每一个存储单元都有惟一的标识符——地址。数据以字（或字节）的形式在存储器中传入或传出。

8、内存储器的容量和存取速度是主要的指标。3.3.2.主存储器23地址值存储器24每个存储单元存放一个字（或字节）。所有在存储器中可标识的独立地址单元的总数称为地址空间。存储地址用无符号二进制数表示。地址本身采用位模式。如果计算机有N个字的存储空间，则存储地址应当有log2N位。1.地址空间25主存储器分为三种类型：随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)互补金属氧化物存储器(CMOS)主存储器＝RAM