计算机硬件体系结构.ppt

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1、计算机系统由两大部分组成，一部分是存储数据并执行各种运算和处理的电子设备，称为计算机的硬件；另一部分是指挥计算机一步一步完成任务的指令序列，称为计算机的软件。本章介绍计算机硬件体系结构的基础知识。包括：计算机系统的构成；微型计算机主机结构；外部存储器；常用外部设备；并简单介绍计算机指令系统。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系统和软件系统组成。计算机的硬件系统一般由运算器、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

2、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计算机系统的构成3.1.1计算机的硬件系统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存储器中，使计算机在工作时能够自动地从存储器中取出指令并执行。根据冯·诺依曼计算机体系结构，在执行程序和处理数据时必须将程序和数据先要从外存储器装入主存储器中，然后使计算机在工作时自动地从存储器中取出指令并加以执行，这就是存储程序概念的基本原理。3.1.2冯·诺依曼型计算机的结构3.1

3、计算机系统的构成典型的计算机硬件体系结构如下：地址总线（AB）RAMI/O接口I/O设备ROM数据总线（DB）控制总线（CB）CPU（含运算器和控制器）3.1计算机系统的构成冯·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。3.1.3微型计算机的诞生与发展微型计算机属于第四代电子计算机产品，即大规模及超大规模集成电路计算

4、机。微型机与其它几类计算机并没有本质上的差别。所不同的是微机将组成计算机硬件系统的两大核心部分一运算器和控制器，集成在一片集成电路芯片上，即中央处理器CPU。CPU按照处理信息的字长分为：4位或8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及64位微处理器等。现在微机的CPU一般是32位或64位的处理器。3.1计算机系统的构成3.2微型计算机主机结构微型机基本是由显示器、键盘和主机构成。在主机箱内有中央处理器CPU、主板、硬盘驱动器、CDROM驱动器、软盘驱动器、电源、显示适配器(显示卡)等。主机外部设备运算器

5、控制器内存储器外存储器存储器输出设备硬件CPU输入设备3.2微型计算机主机结构3.2.1中央处理器CPUCPU：运算器部件、寄存器部件和控制器部件。CPU的主要性能指标：(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

6、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。在一条指令执行期间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

7、作要求；④时序部件。产生计算机工作中所需的各种时序信号，以协调各部件的工作顺序；⑤微操作控制电路。一条指令的执行可以分解为一系列的微操作。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：由于组建双CPU系统的高成本和复杂性，桌面电脑上并未得到普及。用“双核心”技术，就是在单个CPU中真正集成两个物理运行核心，并且每个核心都使用自己独立的高速缓存，因此在实际使用中，这种“双核心处理器”和使用两个独立CPU组建的系统在工作原理和性能上基本没有区别。3.2微型计算机主机结构3.2.3主板主板是电脑中

8、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主板的逻辑结构：3.2微型计算机主机结构最早期的PC机主板连接简单，不足是由于快速的CPU、中速的内存、慢速的外设都连接在一条总线上，使系统的总体性能得不到优化。CPU协处理器ROMBIOSDRAM控制器RAM8253定时/计数