第三章+计算机硬件体系结构

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1、本章主要介绍计算机硬件方面的有关内容，包括计算机硬件系统的构成；微机的结构(CPU、主板、内存、总线、接口等)；外部存储器(软盘、硬盘、光盘、U盘等)；常用外部设备(显示器、打印机等)；计算机指令系统等。第三章计算机硬件体系结构3.1计算机系统的构成一个完整的计算机系统是由硬件和软件组成。硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。其中：中央处理器(简称CPU)=运算器+控制器主机=中央处理器+主存储器软件是指各类程序和数据，计算机软件包括计算机本身运行所需要的系统软件和用户完成任务所需要的应用软件。3.1

2、计算机系统的构成3.1.1计算机的硬件系统U盘3.1计算机系统的构成冯·诺依曼型计算机是将程序和数据事先存放在外存储器中，在执行时将程序和数据先从外存装入内存，然后让计算机在工作时自动地从内存取出指令并加以执行，这就是存储程序的基本原理。3.1.2冯·诺依曼型计算机的结构冯·诺依曼计算机体系结构的主要特点是：(1)采用二进制形式表示程序和数据。(2)计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。(3)程序和数据以二进制形式存放在存储器中。(4)控制器根据存放在存储器中的指令(程序)工作。3.1计算机系

3、统的构成3.1.3微型计算机的诞生与发展微型机属于第四代电子计算机产品，其核心部件是CPU，因此我们主要通过CPU的发展、演变来介绍微机系统的发展过程。开始时间CPU芯片集成度主频字长(b)最大内存197140042300108KHz4640B19788086/80882.9万4.77-10MHz161MB19828028614.3万6-20MHz1616MB19858038627.5万12.5-33MHz324GB198980486125万33-133MHz324GB1993Pentium310万60-233MHz324G

4、B1997PentiumⅡ750万233-450MHz324GB1999PentiumIII2800万450-800MHz3264GB2000Pentium44200万400M-3.2GHz32/6464GB3.2微型计算机主机结构微型机基本是由显示器、键盘和主机箱构成。在主机箱内有CPU、主板、内存、硬盘、光驱、电源等。3.2.1中央处理器CPUCPU从存储器取出指令，放入CPU内部的指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。CPU的主要性能指标：

5、(1)主频/外频（主频=外频×倍频，即CPU工作频率）(2)数据总线宽度（即字长，指CPU传输数据的位数）(3)地址总线宽度（决定了CPU可访问的地址空间）(4)工作电压（低电压可减少CPU过热，降低功耗）(5)高速缓存Cache（加速CPU与其它设备间数据交换）(6)运算速度（CPU每秒能处理的指令数）3.2微型计算机主机结构1.运算器运算器是完成算术和逻辑运算的部件，又称算术和逻辑运算单元。计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的。运算器的核心部件是:(1)运算逻辑部件(2)寄存器部件2.控制器控制器负责从存储器中取出

6、指令，并对指令进行译码，并根据指令译码的结果，按指令先后顺序，负责向其它各部件发出控制信号，保证各部件协调一致地完成各种操作。3.2微型计算机主机结构控制器主要由以下部件组成：①程序计数器。存放下一条将要执行的指令在内存中的地址；②指令寄存器。保存现在正在执行的指令；③指令译码器。用来识别指令的功能，分析指令的操作要求；④时序部件。产生各种定时控制信号。简单讲就是为保证不出现任何动作差错而对各种操作实施时间上的控制；⑤微操作控制电路。一条指令的执行可以分解为一系列不可再分的微操作命令信号，这些信号通过微操作控制电路以一定的时

7、间顺序发往各部件，控制各部件动作。3.2微型计算机主机结构3.2.2高级CPU技术双核心CPU技术：组建双CPU系统成本高且复杂，而采用“双核”技术，就是在单个CPU中真正集成两个物理的核心。在实际使用中，这种“双核心处理器”和使用两个独立CPU的系统在工作原理和性能上基本没有区别。目前，CPU已从双核向4核、8核和多核方向发展。64位简介：(1)CPU、操作系统软件是64位，且应用软件用64编译器重新编译，效率最高(未来)。(2)CPU是64位，操作系统和应用软件是32位(现状)，64位的CPU未发挥很好的作用。(3)CP

8、U、操作系统和应用软件是32位(现状)。3.2微型计算机主机结构3.2.3主板主板是电脑中各种设备的连接载体。它提供了CPU、各种接口卡、内存条和硬盘、软驱、光驱的插槽，其它的外部设备也会通过主板上的I/O接口连接到计算机上。3.2微型计算机主机结构CMOS与BIOSCMOS是主板上一块可