第2章計算機(jī)系統(tǒng)的硬件節(jié)25

1、第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件教學(xué)目的：教學(xué)目的： 本講主要介紹計算機(jī)各部件間實(shí)現(xiàn)本講主要介紹計算機(jī)各部件間實(shí)現(xiàn)“軟連接軟連接”的指令系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)的指令系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)“硬硬連接連接”的總線、介紹計算機(jī)程序的執(zhí)行過程，從而了解計算機(jī)的整機(jī)工作的總線、介紹計算機(jī)程序的執(zhí)行過程，從而了解計算機(jī)的整機(jī)工作原理。原理。 教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：指令的基本格式；指令的基本格式；總線的組成；總線的組成；計算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成；計算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成；第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件教學(xué)引入 計算機(jī)內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)軟連接和硬連接？計算機(jī)內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)軟連接和硬連接？ 返返 回回下一頁下一頁 指令

2、：指令：計算機(jī)用以控制各個部件協(xié)調(diào)動作的命令，必須能被計算機(jī)硬件直接理解指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)一臺計算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，表明一臺計算機(jī)具有那些硬件功能，決定著如何使用計算機(jī)和計算機(jī)如何工作，它是硬件邏輯設(shè)計的基礎(chǔ)。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 指令格式：為一條指令中操作碼和地址碼的安排方式。 分類：按一條指令所包含的地址碼的個數(shù)，指令格式分為三地址、二地址、單地址和零地址等指令 d1 d2 d3d3(d1) (d2) d1 d2d2(d1) (d2) d1A(A) (d2)空操作指令、停機(jī)指令和堆棧指令 重點(diǎn)重點(diǎn) 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計

3、算機(jī)系統(tǒng)的硬件 特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的加工 舉例：ADD，SUB，MUL，DIV，SAL，SAR，AND，OR數(shù)據(jù)處理類指令數(shù)據(jù)處理類指令數(shù)據(jù)傳送類指令數(shù)據(jù)傳送類指令CPUCPU狀態(tài)管理類指令狀態(tài)管理類指令程序控制類指令程序控制類指令特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在計算機(jī)各部分之間的傳送舉例：MOV，PUSH，POP，IN，OUT 特點(diǎn)：用來改變程序的執(zhí)行順序 舉例：CALL，JMP，RET，INT，JE/Z特點(diǎn)：用來設(shè)置CPU的狀態(tài)舉例：HLT，WAIT，NOP，STI，CLI 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件尋址方式：指令的地址碼段給出的地址不是操作數(shù)的真

4、正存放地址，它由指令提供的信息按一定規(guī)則形成，這一規(guī)則稱為尋址方式，所形成的操作數(shù)的真正存放地址稱為操作數(shù)的有效地址記為EA。 尋址方式的種類：設(shè)指令格式為 1512 119 80 x d 其中 操作碼； x 尋址方式標(biāo)志位； d 形式地址。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件 根據(jù)x段（3位）的編碼，可設(shè)定8種尋址方式，現(xiàn)舉例如下：（1）用x = 001 表示直接尋址，則 EA = d（2）用x = 010表示立即尋址，則指令給出的形式地址d就是操作數(shù)（3）用x = 011表示間接尋址，則 EA =（d） d是操作數(shù)地址的地址（4）用x =

5、100表示相對尋址，則 EA = pc+d pc是程序計數(shù)器（5）用x = 101 表示變址尋址，則 EA = IX + d IX是變址寄存器 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 系列機(jī)系列機(jī) 同一系列的計算機(jī)盡管其硬件實(shí)現(xiàn)方法可以不同，但指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)格式、I/O系統(tǒng)等保持相同，因而軟件可完全兼容。 品牌機(jī)（原裝機(jī)）品牌機(jī)（原裝機(jī)）由正規(guī)廠家生產(chǎn)的取得了注冊商標(biāo)及生產(chǎn)許可證的微機(jī)整機(jī)。 兼容機(jī)（組裝機(jī)兼容機(jī)（組裝機(jī) ）自行購買配件，由自己或裝機(jī)商組裝的微機(jī) 。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 同一組總線在同同一組總線在同一時刻只能接收一一時刻只能接收一個發(fā)送源，否則會個發(fā)送源，否則會

6、發(fā)生沖突；發(fā)生沖突； 信息的發(fā)送則可信息的發(fā)送則可同時發(fā)送給一個或同時發(fā)送給一個或多個目的地多個目的地連接計算機(jī)各部件之連接計算機(jī)各部件之間或各計算機(jī)之間的間或各計算機(jī)之間的一束公共信息線，它一束公共信息線，它是計算機(jī)中傳送信息是計算機(jī)中傳送信息代碼的公共途徑代碼的公共途徑定定 義義特特 點(diǎn)點(diǎn)信息內(nèi)容信息內(nèi)容分類分類對象位置對象位置分類分類片內(nèi)總線：指計算機(jī)片內(nèi)總線：指計算機(jī)各芯片內(nèi)部傳送信息各芯片內(nèi)部傳送信息的通路。的通路。系統(tǒng)總線：微機(jī)中各系統(tǒng)總線：微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板的總線，用于插件板一級的互連一級的互連 。外部總線：微機(jī)和外外部總線：微機(jī)和外部

7、設(shè)備之間的總線部設(shè)備之間的總線數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)總線： 在中央在中央處理器與內(nèi)存或輸入處理器與內(nèi)存或輸入輸出設(shè)備之間傳送輸出設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。地址總線：地址總線： 用來傳用來傳送存儲單元或送存儲單元或/接接口地址信息?？诘刂沸畔ⅰ？刂瓶偩€：負(fù)責(zé)在中控制總線：負(fù)責(zé)在中央處理器和主存或外央處理器和主存或外設(shè)之間傳送信息設(shè)之間傳送信息傳送方式傳送方式分類分類串行總線：二進(jìn)串行總線：二進(jìn)制各位在一條線上制各位在一條線上是一位一位傳送的是一位一位傳送的并行總線：一次并行總線：一次能同時傳送多個二能同時傳送多個二進(jìn)制位數(shù)的總線進(jìn)制位數(shù)的總線 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 I2C 總線總線 SPI

8、 總線總線 SCI 總線總線 RS-232-C 總線總線 RS-485 總線總線 IEEE-488 總線總線 USB 總線總線 ISA 總線總線 EISA 總線總線 VESA 總線總線 PCI 總線總線 Compact PCI AGP 接口接口 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)是對系統(tǒng)總線的機(jī)械物理尺寸、引線數(shù)目、信號含義、功能和時序、數(shù)據(jù)傳輸率、工作頻率、總線協(xié)議等進(jìn)行統(tǒng)一的嚴(yán)格定義，使它具有高度的科學(xué)性和權(quán)威性，以便被計算機(jī)界廣泛接受。 例如：IEEE和IEC提出的S-100總線、STD總線、VME總線等。 其他如：IEC-RS232、ISA、EISA、MAC及PCI

9、等。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 主 板BIOS芯片BIOS電池硬盤或光驅(qū)數(shù)據(jù)線接口軟驅(qū)接口電源插座內(nèi)存插槽CPU插座鍵盤和鼠標(biāo)接口并行通信接口串行通信接口USB接口網(wǎng)卡接口聲卡接口PCI 插槽AGP插槽芯片組 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 為什么要設(shè)置時標(biāo)系統(tǒng)？為什么要設(shè)置時標(biāo)系統(tǒng)？計算機(jī)的工作往往是分步地執(zhí)行，就需要一種時間劃分的信號標(biāo)志，如周期、節(jié)拍等。同一條指令，在不同的時間發(fā)出不同的微操作命令，做不同的事，其依據(jù)之一就是不同的周期、節(jié)拍信號。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件同步控制方式同步控制方式定義：將操作時

10、間劃分定義：將操作時間劃分為許多時鐘周期，周期長為許多時鐘周期，周期長度固定，每個時鐘周期完度固定，每個時鐘周期完成一步操作，各項操作應(yīng)成一步操作，各項操作應(yīng)在規(guī)定時鐘周期內(nèi)完成。在規(guī)定時鐘周期內(nèi)完成。優(yōu)缺點(diǎn)：時序關(guān)系比較優(yōu)缺點(diǎn)：時序關(guān)系比較簡單，控制部件在結(jié)構(gòu)上簡單，控制部件在結(jié)構(gòu)上易于集中，設(shè)計方便。但易于集中，設(shè)計方便。但是在時間安排利用上不經(jīng)是在時間安排利用上不經(jīng)濟(jì)。濟(jì)。定定 義義操作與時序信號之間操作與時序信號之間采取何種關(guān)系采取何種關(guān)系12異步控制方式異步控制方式定義：各項操作按其需要選定義：各項操作按其需要選擇不同的時間，不受統(tǒng)一時擇不同的時間，不受統(tǒng)一時鐘周期的約束，各步操作之

11、鐘周期的約束，各步操作之間的銜接與各部件之間的信間的銜接與各部件之間的信息交換，采取應(yīng)答方式。息交換，采取應(yīng)答方式。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是時間緊湊，優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是時間緊湊，能按不同部件、設(shè)備實(shí)際需能按不同部件、設(shè)備實(shí)際需要分配時間；缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)異要分配時間；缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)異步應(yīng)答所需控制比較復(fù)雜步應(yīng)答所需控制比較復(fù)雜3 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 在同步控制方式的計算機(jī)控制器中，都有統(tǒng)一的時鐘信號。各在同步控制方式的計算機(jī)控制器中，都有統(tǒng)一的時鐘信號。各種微操作都是在這一時鐘信號的同步下完成，稱這一時鐘信號種微操作都是在這一時鐘信號的同步下完成，稱這一時鐘信號為為計算機(jī)的主頻計算機(jī)的主頻，其周期稱

12、為，其周期稱為時鐘周期時鐘周期，稱完成一個基本操作，稱完成一個基本操作所需要的時間為所需要的時間為機(jī)器周期機(jī)器周期。 在計算機(jī)中常采用有三級時標(biāo)系統(tǒng)：即指令周期、機(jī)器周期和在計算機(jī)中常采用有三級時標(biāo)系統(tǒng)：即指令周期、機(jī)器周期和時鐘周期。時鐘周期。 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件假定一個指令周期由2個機(jī)器周期組成，每個機(jī)器周期都由4個時鐘周期組成。計算機(jī)的主頻為f=33MHZ ，按此假定，則執(zhí)行一條指令所需時間為：T = t42 =8t =81/f= 81/3310-6 = 0.24s(微秒) 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 多路選擇

13、器算術(shù)邏輯單元通用寄存器標(biāo)志寄存器程序計數(shù)器指令寄存器指令譯碼器時標(biāo)部件微操作控制部件存儲器地址寄存器及譯碼驅(qū)動器存儲體存儲器數(shù)據(jù)寄存器及讀/寫電路讀/寫控制邏輯外部設(shè)備及接口數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線 2. 模型機(jī)的工作原理模型機(jī)的工作原理 以以5+45+4為例為例 主頻：計算機(jī)中最基礎(chǔ)時主頻：計算機(jī)中最基礎(chǔ)時 標(biāo)信號標(biāo)信號,即機(jī)器主脈沖頻率即機(jī)器主脈沖頻率指令系統(tǒng)指令系統(tǒng):計算機(jī)全部指令集合計算機(jī)全部指令集合存儲容量存儲容量:計算機(jī)能存計算機(jī)能存儲的二進(jìn)制信息的總量儲的二進(jìn)制信息的總量機(jī)器字長：計算機(jī)能機(jī)器字長：計算機(jī)能一次并行處理的二進(jìn)制一次并行處理的二進(jìn)制代碼的位數(shù)。代碼的位數(shù)。計算機(jī)計

14、算機(jī)性能指標(biāo)性能指標(biāo)機(jī)器可靠性：用平均無故障時間表示機(jī)器可靠性：用平均無故障時間表示 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 機(jī)器速度機(jī)器速度主頻：計算機(jī)中最基礎(chǔ)的時標(biāo)信號,即機(jī)器的主脈沖頻率。每秒執(zhí)行多少百萬條指令MIPS 現(xiàn)流行CPU:Intel Pentium4 530 3.0E 主頻 3000MHz 機(jī)器字長機(jī)器字長計算機(jī)能一次并行處理的二進(jìn)制代碼的位數(shù) 存儲容量存儲容量計算機(jī)能存儲的二進(jìn)制信息的總量，一般用字節(jié)數(shù)或位數(shù)表示 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)計算機(jī)全部指令的集合 機(jī)器可靠性機(jī)器可靠性用平均無故障時間（MTBF）表示 上一頁上一頁 返返 回回下一頁下一頁 第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計

15、算機(jī)系統(tǒng)的硬件指令的基本格式指令的尋址方式總線時序系統(tǒng)計算機(jī)硬件系統(tǒng)計算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) P99 23、27 、35、36 返返 回回 上一頁上一頁第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件 1 1、微型計算機(jī)系統(tǒng)中的中央處理器（、微型計算機(jī)系統(tǒng)中的中央處理器（CPUCPU）通常是指）通常是指A. 內(nèi)存儲器和控制器 B. 內(nèi)存儲器和運(yùn)算器C. 控制器和運(yùn)算器 D. 內(nèi)存儲器、控制器和運(yùn)算器2、通常人們說“586”微機(jī)，其中586的含義是 A. 內(nèi)存的容量 B. CPU的型號C. 硬盤的容量 D. 顯示器的型號C( )B( )一、單項選擇題一、單項選擇題 （單擊題后的括號可顯示本題答案）（單擊

16、題后的括號可顯示本題答案）第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件3 3、鼠標(biāo)器（、鼠標(biāo)器（MOUSEMOUSE）是）是 。 A. 輸出設(shè)備B. 輸入設(shè)備 C. 存儲設(shè)備 D. 顯示設(shè)備4 4、通常所說的、通常所說的2424針打印機(jī)屬于針打印機(jī)屬于 。 A. 激光打印機(jī) B. 擊打式打印機(jī) C. 噴墨式打印機(jī) D. 熱敏打印機(jī)5 5、以下設(shè)備中，只能作為輸出設(shè)備的是、以下設(shè)備中，只能作為輸出設(shè)備的是 。A. 鍵盤B. 打印機(jī)C. 鼠標(biāo)D. 軟盤驅(qū)動器B( )B( )B( )第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件6 6、只讀光盤的英文縮寫是、只讀光盤的英文縮寫是 。A. WOR

17、MB. CD-RW C. CD-R D.CD-ROM7 7、下列存儲設(shè)備中，斷電后其中信息會丟失的是、下列存儲設(shè)備中，斷電后其中信息會丟失的是 A. ROM B. RAM C.硬盤 D.軟盤8 8、當(dāng)磁盤設(shè)置寫保護(hù)時，用戶、當(dāng)磁盤設(shè)置寫保護(hù)時，用戶 磁盤。磁盤。A.只能讀不能寫 B.只能寫不能讀C.既能讀又能寫 D.既不能讀又不能寫D( )B( )A( )第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件9下列打印輸出設(shè)備中， 不是擊打式打印機(jī)A. 激光印字機(jī)，噴墨印字機(jī) B. 點(diǎn)陣式打印機(jī)C. 點(diǎn)陣式打印機(jī)，噴墨印字機(jī) D. 激光印字機(jī)10指令系統(tǒng)中采用多種不同尋址方式的主要目的是 實(shí)現(xiàn)存儲程

18、序和程序控制縮短指令長度，擴(kuò)大尋址空間，提高編程靈活性可以直接訪問外存儲器提供擴(kuò)展操作碼的可能性，降低指令譯碼的難度A( )B( )第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件11軟磁盤格式化后，每一面被劃分成不同半徑的同心圓，這些圓形軌道稱為 A. 磁道B. 扇區(qū)C. 柱面D. 磁盤簇12下面敘述中，錯誤的是 。磁盤上靠近旋轉(zhuǎn)中心的磁道存儲密度較大B. 數(shù)據(jù)硬磁盤柱面上的磁道數(shù)不等于磁頭數(shù)、C. 磁盤上不同磁道的存儲容量均相同 D. 提高磁盤的記錄密度可提高數(shù)據(jù)傳輸率A( )B( )第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件13下列對于程序的描述，錯誤的是 是一個操作過程 B. 可

19、存儲在計算機(jī)C. 指令的集合 D. 是一個操作14計算機(jī)中的數(shù)碼在形成、存取、傳送和運(yùn)算中都可能發(fā)生錯誤，編碼上增加一位奇偶效驗位 不僅能發(fā)現(xiàn)一位錯,并且能發(fā)現(xiàn)哪一位錯 B. 能夠發(fā)現(xiàn)兩位錯,但無法發(fā)現(xiàn)哪二位錯C. 只能發(fā)現(xiàn)一位錯,但不能指出哪一位錯D. 可以發(fā)現(xiàn)任意位錯,但無法指出哪些位錯D( )C( ) 第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件15計算機(jī)硬件系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有 。字長 主存容量 主頻 操作系統(tǒng)性能B. C. D. 16微型計算機(jī)內(nèi)，存儲器采用的是 。磁芯存儲器B. 磁表面存儲器C. 半導(dǎo)體存儲器D. 磁泡存儲器A( )C( )第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)

20、系統(tǒng)的硬件17在現(xiàn)行PC機(jī)中采用DMA 方式高速傳輸數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)傳送是 。在總線控制器發(fā)出的控制信號控制下完成的B. 在DMA 控制器本身發(fā)出的控制信號控制下完成的C. 由CPU執(zhí)行的程序完成的D. 由CPU 響應(yīng)硬中斷處理完成的18為解決CPU和主存的速度匹配問題,其實(shí)現(xiàn)可采用介于CPU和主存之間的 。A. 光盤B. 輔存C. cacheD. 輔助軟件B( )C( )第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件19、在計算機(jī)中能直接與CPU交換數(shù)據(jù)的是A.RAM、ROM和I/O B.主存儲器和輔助存儲器 C.隨機(jī)存儲器和外存儲器 D.高速緩沖和主存儲器 20、在計算機(jī)中的CRT是指A.打

21、印機(jī) B.掃描儀 C.鍵盤 D.陰極射線顯示器 D( )D( )第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件1正在編輯某個文件時突然斷電，則計算機(jī)中的 中的信息全部丟失，再通電后它們也不能恢復(fù)。2設(shè)一臺微機(jī)的CPU有20根地址引出線，其尋址能力可達(dá) 。 3為了提高顯示清晰度，應(yīng)選擇 較高的顯示器。 4鼠標(biāo)器屬于 設(shè)備。 RAM( )1M( )分辨率( )輸入（ ）二、填空題二、填空題 （單擊題后的括號可顯示本空答案）（單擊題后的括號可顯示本空答案）第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件5.將內(nèi)存芯片接在小印刷電路板上，加上輔助電路作成內(nèi)存條，插在主板上。目前流行的內(nèi)存條都是 線的。若插入16MB和32MB各一條，該機(jī)內(nèi)存為 MB。6.一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)包括 、 兩部分7.計算機(jī)內(nèi)部存儲器由 和 組成。168( )48( )硬件( )軟件( )只讀存儲器ROM ( )隨機(jī)存儲器RAM ( )二、填空題二、填空題 （單擊題后的括號可顯示本空答案）（單擊題后的括號可顯示本空答案）第第2 2章章 計算機(jī)系統(tǒng)的硬件計算機(jī)系統(tǒng)的硬件8.計算機(jī)三類系統(tǒng)總線指的是： 、 。9.術(shù)語RAM、ROM的意思分別是 和 。10.內(nèi)存、軟盤、硬盤、光驅(qū)這幾種存儲器中，存取速度最快的是 。11.磁帶存儲器是 存取信息 數(shù)據(jù)總線 ( )地址總