计算机导论 第3章(D)

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1、第3章计算机硬件系统内容提要本章以微型计算机为例介绍计算机硬件系统的组成，包括系统单元、内存、系统总线、扩展卡以及常用的输入输出设备和辅助存储器。通过本章学习，要求掌握计算机系统的基本结构和工作原理，了解多种输入输出设备及其功能。3.1计算机系统冯·诺依曼体系结构体系结构指的是,构成系统主要部件的总体布局、部件的主要性能以及这些部件之间的连接方式。冯·诺依曼体系结构的要点：1.计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成。控制器和运算器是其核心，称为CPU按存储程序原理进行工作

2、2.数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放的位置由地址确定3.控制器是根据存放在存储器中的指令序列（程序）进行工作，并由一个程序计数器控制指令的执行。冯·诺依曼体系结构（续）控制器输入设备运算器（ALU）输出设备存储器计算机硬件体系结构的发展适应串行的算法的体系结构改变为适应并行的算法的计算机体系结构。面向高级语言计算机和直接执行高级语言的计算机。硬件系统与操作系统和数据库管理系统软件相适应的计算机。从传统的指令驱动型改变为数据驱动型和需求驱动型的计算机。各种适应特定应用的专用计

3、算机。高可靠性的容错计算机。处理非数值化信息的计算机。体系结构的评价标准评价计算机系统的标准有速度、容量、功耗、体积、灵活性、成本等指标。常用的计算机评测标准:时钟频率(主频):用于同类处理机之间指令执行速度:一种很经典的表示方法MIPS等效指令速度:随着计算机指令系统的发展，指令的种类大大增加，用单种指令的MIPS值来表征机器的运算速度的局限性日益暴露。等效指令速度法统计各类指令在程序中所占的比例，并进行折算。数据处理速率(processingdatarate，PDR)：PDR是根据定点、浮点加

4、和乘法指令执行时间以及它们相关的数据宽度，按一定的混合比例对中央处理机与主存的数据处理速率进行计算的。PDR主要用来对CPU和主存储器的速度进行度量，它没有涉及到cache和多功能等。因此，PDR不能度量机器的整体速度。核心程序法：把应用程序中用得最多频繁的那部分核心程序作为评价计算机性能的标准程序，称为基准程序（benchmark）。整数测试程序(Dhrystone)用C语言编写，100条语句。包括：各种赋值语句，各种数据类型和数据区，各种控制语句，过程调用和参数传送，整数运算和逻辑操作。VAX

5、-11/780的测试结果为每秒1757个Dhrystones。浮点测试程序(Linpack)用FORTRAN语言编写，主要是浮点加法和浮点乘法操作。Whetstone基准测试程序：用FORTRAN语言编写的综合性测试程序，主要包括：浮点运算、整数算术运算、功能调用、数组变址、条件转移、超越函数。SPEC基准测试程序：SPEC能够全面反映机器的性能，具有很高的参考价值TPC基准程序成立于1988年，已有40多个成员；用于评测计算机的事务处理、数据库处理、企业管理与决策支持等方面的性能。微型计算机的硬

6、件结构微型计算机硬件的系统结构与冯·诺依曼结构无本质上的差异，不过CPU已被集成在一片大规模或超大规模集成电路上，称为微处理器MPU（microprocessunit）。此外，微型计算机内部的连接方式都是采用总线结构。数据总线：数据总线是传送数据和指令代码的信号线，它是双向总线。地址总线：地址总线是传送CPU所要访问的存储单元或输入输出接口地址的信号线，它是单向总线。控制总线：控制总线是管理总线上活动的信号线。控制总线中的信号是用来实现CPU对外部部件的控制、状态等信息的传送以及中断信号的传送等。

7、3.2系统单元以微型计算机为例，讲解计算机的系统系统主板与时钟频率系统主板：又称为底板或母板,它是整个计算机系统的通信网,系统单元的每个元器件直接连接到系统主板,它们通过系统主板进行数据的交换系统时钟：系统时钟以固定频率产生电脉冲信号，以决定计算机的操作速度。时钟频率决定了计算机执行指令的速度，这个速度用兆赫（MHz）表示。１兆赫等于每秒一百万周期，时钟周期速度越快，则计算机处理信息的速度就越快电子数据与指令：所有数据和指令在被执行之前必须转换成二进制数据。字符的二进制表示编码有：ASCII码：A

8、SCII码是微型计算机中使用最广泛的二进制编码,使用7位分别表示0～9、a～z、A～Z以及标点符号,用8位表示特殊字符。主要用于微型计算机EBCDIC码：用一个字节表示数字和字母等。主要用于大型机系统Unicode码：它是一种16位的编码，用于支持像中文、日文等国际语言微处理器：中央处理单元cpu控制单元：计算机的“交通警”，协调和控制出现在微处理器中的所有操作，还与输入/输出设备进行通信。寄存器：寄存器的硬件组成相似于内存的单元，只是其速度更快且使用方式不同。(通常包含于cpu)