大学计算机基础教学课件罗先文第2章计算机硬件.ppt

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1、第2章计算机硬件一个完整的计算机系统是由计算机硬件系统和软件系统两大部分组成。所谓硬件是指组成计算机的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础，主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分。对于多媒体计算机来说，还应当有图形/图像及语言处理设备。所谓软件系统是指实现算法的程序及其文档，包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成任务所需的应用软件2.1计算机系统的基本结构2.1.1计算机系统的基本组成计算机系统的整体组成如图2.1所示:2.1.1计算机系统的基本组成计算机系统结构应用软件控制器专用应用软件：如各企业的管理信息系统等硬件系统软件系统主机外设系统软件中央处理单

2、元（CPU）主（内）存储器运算器、寄存器等只读存储器（ROM）随机存储器（RAM）输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等高速缓冲存储器（Cache）输出设备：显示器、打印机、绘图仪等外存储器：硬盘、软盘、U盘等其它：网络设备、声卡、显卡等操作系统程序设计语言实用程序通用应用软件：办公软件包、数据库管理系统等图2.1计算机系统的组成2.1.2冯·诺依曼计算机经典结构图2.2冯·诺依曼计算机的基本结构1．冯·诺依曼计算机的基本设计思想就是“存储程序”，其特点如下：计算机应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。(1)采用二进制代码表示数据和指令计算机中所有数据和指令都是以二

3、进制代码存储在存储器中，即都是由0和1组成的代码序列，只是数据和指令各自的约定不同而已。(2)采用存储程序的方式存储程序的方式是指程序和数据存放在同一个存储器中，指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器控制指令的执行。(3)系统由5部分组成系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成。2.1.2冯·诺依曼计算机经典结构2、计算机硬件的基本结构2、计算机硬件的基本结构按照冯·诺依曼计算机的基本设计思想，一个完整的计算机系统，由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个功能部件组成。(1)运算器运算器又称算术逻辑单元（ArithmeticLogicUnit，简称ALU

4、），是计算机对信息数据进行处理和运算的部件。图2.3运算器工作示意图2、计算机硬件的基本结构(2)控制器控制器主要由程序计数器（PC）、指令寄存器、指令译码器、微操作控制电路（也称微程序控制器）及控制逻辑电路组成，程序计数器存放指令在存储器中的地址，且具有自动计数的功能。图2.4控制器工作示意图2、计算机硬件的基本结构(3)存储器存储器是计算机记忆或暂存数据的部件。(4)输入输出设备输入/输出设备简称I/O(Input/Output)设备。用户通过输入设备将程序和数据输入计算机，通过输出设备将计算机处理的结果(如数字、字母、符号和图形)显示或打印出来。常用的输入设备有：键盘、鼠标器、扫

5、描仪等。常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪等。(5)计算机的总线与接口所谓总线，是一组连接各个部件的公共通信线．即系统各部件之间传送信息的公共通道。接口就是外部设备与计算机连接的端口，是计算机输入输出的重要通道，它的性能好坏直接影响到计算机的性能。2、计算机硬件的基本结构2.2计算机的基本工作过程从1946年出现的第一台计算机（ENIAC）到目前为止，几乎所有计算机的工作过程都大致相同，都按照冯·诺依曼计算机的基本思想进行工作。冯·诺依曼计算机的工作过程如下：人们按照要解决的问题的数学描述，用计算机能接受的“语言”编制成程序，即指令，将程序和数据以二进制代码的形式存入计算机的存储

6、器中；在控制器的控制下，计算机自动从存储器中取出一条指令，分析指令并执行，以完成计算机的各项工作，并把计算结果再存入存储器中；计算机再处理下一条程序指令，直到整个程序运行结束。2.2计算机的基本工作过程冯·诺依曼计算机的特点可概括为如下几点：存储器是字长固定的、顺序线性编址的一维结构，每个字节有唯一的地址；由指令形式的机器语言驱动；指令的执行是串行顺序进行的，即按指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现；运算器、存储器和输入/输出设备都由控制器集中控制；2.3计算机系统主要性能指标计算机的基本性能指标主要有以下几个方面：1、字长字长是计算机CPU能直接处理的二进制数的位数，

7、它直接关系到计算机的计算精度、功能和运行速度。一般来说，字长越长，运算精度越高，处理速度越快，价格也越高。目前计算机字长一般为32位、64位。2、主频主频是时钟脉冲发生器所产生的时钟信号频率，用兆赫（MHz）或兆兆赫（GHz）为单位表示，它决定了计算机的处理速度，主频越高，速度越快。3、存储器容量存储器分为内存和外存。内存容量的大小反映了计算机即时存储信息的能力，内存容量越大，所存储的程序和数据越多，计算机系统的处理能力越强。外存容量通常是指硬