《计算机体系结构》PPT课件.ppt

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1、第三章计算机体系结构硬件和软件是学习计算机知识经常遇到的术语。硬件是指计算机系统中实际设备的总称。它可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或设备，或由它们组成的计算机部件或整个计算机硬件系统。计算机系统包括大型机、中小型机以及微机等多种结构形式，其硬件主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等部件。计算机体系结构指的是构成计算机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。本章主要内容一、计算机系统的硬件结构1现代计算机结构的特点2计算机硬件的典型结构3微型计算机常见总线标准二、计算机系统的硬

2、件组成1中央处理器2存储器3输入/输出设备4主机板三、计算机的主要技术指标一、计算机系统的硬件结构计算机系统包括大型计算机、中小型计算机、微型计算机等各种不同的硬件结构，不同种类的计算机硬件结构具有不同的硬件体系和结构特点，本节简要介绍不同计算机的硬件结构。3.1.1现代计算机结构的特点3.1.2计算机硬件的典型结构3.1.3微型计算机常见总线标准3.1.1现代计算机结构的特点现代计算机的结构以存储器为中心。图3-1所示结构的计算机，其工作步骤为：首先输入设备在控制器的控制下将原始数据和计算步骤输入存储器，其次控制器从存储器读

3、出计算步骤(指令系列)，然后控制器控制运算器和存储器依次执行每一个计算步骤(指令)，最后，控制器控制输出设备以各种方式从存储器输出计算结果。与冯·诺依曼型计算机结构—样，图3-1所示结构的计算机也由5大部件组成。其中，控制器（简称CU）和运算器(又称算术逻辑单元，简称ALU)在计算机中直接完成信息处理的任务，合称中央处理器(简称CPU)，输入设备和输出设备合称输入/输出设备(简称I/O设备)，加上主存储器(简称M·M)构成现代计算机3大部分。中央处理器和主存储器构成了计算机主体，称为主机；相对地又把I/O设备称作外围设备或外部

4、设备，简称外设。于是，计算机又被看成是由主机和外设两大部分组成。但无论怎样划分，计算机的5大部件始终是相对独立的子系统，缺一不可。3.1.2计算机硬件的典型结构计算机系统的硬件结构包括各种形式的总线结构和通道结构，它们是各种大、中、小、微型计算机的典型结构体系。1．总线所谓总线，就是CPU、内存储器和I/O接口之间相互交换信息的公共通路，各部件通过总线连成一个整体。所有的外围设备也通过总线与计算机相连。按传送信息的类别，总线可以分为三种：地址总线（AddressBus缩写为AB）、数据总线（DataBus缩写为DB）和控制总线

5、（ControlBus缩写为CB）。地址总线传送存储器和外围设备的地址，数据总线传送数据，控制总线则是管理协调各部分的工作,图3-2所示。2．微型机的一般结构图3-3是微型计算机的一般结构图，尽管把总线按信息类型分成了地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB，但仍然属于单总线结构。图中将存储器分成两类芯片，只读存储器ROM中固定存放一些系统程序（如监控程序等），随机存储器RAM用于存储用户程序和一些需要调入调出的系统程序。I/O接口芯片可以是若干块，各种I/O设备要通过IO接口与总线相连。3．小型机的总线型结构（1）单总线结构

6、图3-4是单总线的计算机系统。中央处理器、主存储器和I/O设备（通过I/O接口）以同等地位连接到系统总线上。CPU与主存储器、主存储器与I/O设备、CPU与I/O设备、I/O设备之间均可以通过系统总线交换信息。这种结构的优点是各种I/O设备的寄存器和主存储器的存储单元可以统一编址，CPU可以通过统一的传送指令像访问主存储单元一样地访问I/O设备。既便于控制，又易于扩充系统需要添置的I/O设备；当I/O设备与主存储器交换信息时，CPU还可以继续处理默认的不需要访问主存储器或I/O设备的工作。缺点是同一时刻只允许连接到单总线上的某

7、一对设备之间相互传递信息，限制了信息传送的吞吐量(或称速率)。此外，单总线控制逻辑比专用的存储总线控制逻辑更为复杂，CPU通过单总线向主存储器存取信息要比通过存储总线存取稍慢些。这种结构广泛用在小型计算机和微型计算机中。3．小型机的总线型结构（2）CPU为中心的双总线结构图3-5是以CPU为中心的双总线结构，连接CPU和主存储器的是存储总线，CPU通过该总线从主存储器中取出指令和数据，并把处理结果经该总线送回主存储器。CPU与I/O设备交换信息的通路叫输入/输出总线(I／O总线)，各种I/O设备通过I/O接口连接在I/O总线上

8、。这种结构的优点是控制线路简单，对I/O总线的传输速率相对地可降低一些要求。缺点是I/O设备与主存储器之间交换信息一律要经过CPU，将耗费CPU大量时间，降低了CPU的工作效率。3．小型机的总线型结构（3）以存储器为中心的双总线结构图3-6是以存储器为中心的双总线结构。这种结