汽車課件第五講

第五講計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)主要教學(xué)內(nèi)容1234馮·諾依曼的思想計算機(jī)五大基本部件計算機(jī)的工作過程PC硬件系統(tǒng)實(shí)例學(xué)習(xí)目標(biāo)1掌握計算機(jī)硬件的組成與功能。2認(rèn)識計算機(jī)的工作過程。3了解微型計算機(jī)的基本配置及性能指標(biāo)。重點(diǎn)與難點(diǎn)五大部件的功能與計算機(jī)的工作過程是本講重點(diǎn)，其中計算機(jī)的工作過程也是本講的難點(diǎn)。計算機(jī)基礎(chǔ)系2.1計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)

返回計算機(jī)硬件（Hardware）是指構(gòu)成計算機(jī)的所有實(shí)體部件（EntityComponents）的集合，通常這些實(shí)體部件由電子器件、機(jī)電裝置等物理部件組成。硬件是計算機(jī)工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，它為計算機(jī)軟件提供運(yùn)行的場所，硬件也是軟件的控制對象。直觀地說，計算機(jī)硬件是用戶摸得著，看得見的東西，是計算機(jī)所有可見物的總稱。1.馮·諾依曼模型馮·諾依曼簡介馮?諾依曼是美籍匈牙利科學(xué)家。生于1903年，1957年逝世。他在計算機(jī)、數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)、量子物理等領(lǐng)域都做出了重大貢獻(xiàn)。1946年他領(lǐng)導(dǎo)的小組提出“馮?諾依曼結(jié)構(gòu)”設(shè)計思想。對后來計算機(jī)的設(shè)計有決定性的影響，至今仍為電子計算機(jī)設(shè)計者所遵循。計算機(jī)基礎(chǔ)系于1946年6月在《關(guān)于電子計算機(jī)邏輯設(shè)計的初步討論》的報告中，提出了一種全新的“存儲程序”的通用電子計算機(jī)理論——EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer，離散變量電子自動計算機(jī)），該理論主要思想有三點(diǎn)：

（1）計算機(jī)硬件是由五大基本部分組成，這五大部分是運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備與輸出設(shè)備。（2）計算機(jī)中數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制表示。（3）計算機(jī)的程序和數(shù)據(jù)存放在存儲器中，由程序來控制計算機(jī)工作。其中，“存儲程序”的思想是該思想的核心部分。返回1.馮·諾依曼模型2、馮.諾依曼模型程序+數(shù)據(jù)輸入設(shè)備存儲器輸出設(shè)備運(yùn)算器控制器取數(shù)存數(shù)地址指令請求信號反饋信號請求信號反饋信號請求信號反饋信號數(shù)據(jù)程序計算機(jī)基礎(chǔ)系2.1計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)

返回運(yùn)算器也稱算術(shù)邏輯單元（ArithmeticLogicUnit，ALU）。運(yùn)算器依照程序指令的功能，通過運(yùn)算完成對數(shù)據(jù)的加工和處理。運(yùn)算器的工作過程是從存儲器讀取數(shù)據(jù)，通過運(yùn)算器完成運(yùn)算，再把運(yùn)算結(jié)果存儲到存儲器。運(yùn)算器能夠完成的運(yùn)算有算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除)和邏輯運(yùn)算（與、或、非）兩種。ＴＥＭＰ累加器０１１１００１０００００１００１００１１１１０１１００１１１１０１１０ＡＬＵ（1）運(yùn)算器。計算機(jī)基礎(chǔ)系2.1計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)

返回控制器（Controller）是計算機(jī)的指揮中心。計算機(jī)的工作是在控制器控制下有條不紊地工作?？刂破魍ㄟ^地址訪問存儲器，逐條取出選中存儲單元的指令，然后分析指令，根據(jù)指令產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號作用于其他各個部件，控制其他部件完成指令要求的操作。這樣的過程周而復(fù)始，保證計算機(jī)能自動與連續(xù)地工作?，F(xiàn)代計算機(jī)把運(yùn)算器和控制器做在一塊集成電路芯片上，合稱為中央處理器，簡稱為CPU（CentralProcessorUnit）。CPU是計算機(jī)的核心與關(guān)鍵，計算機(jī)的性能很大程度上取決于CPU的性能。（2）控制器。計算機(jī)基礎(chǔ)系控制器(CU):控制器是整個計算機(jī)的控制指揮中心，它的功能是從存儲器中取出指令，確定指令的類型，并對指令進(jìn)行譯碼，然后執(zhí)行該指令。

控制器的組成:程序計數(shù)器、指令寄存器、譯碼器和操作控制線路2.1計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)

運(yùn)算器控制器計算機(jī)基礎(chǔ)系2.1計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)

返回CPU邏輯圖實(shí)物圖計算機(jī)基礎(chǔ)系2.1計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)

返回存儲器指的是計算機(jī)的主存儲器（Mainmemory），我們習(xí)慣稱它為內(nèi)存。計算機(jī)的存儲器由半導(dǎo)體材料做成，通過主板電路和CPU相連接。計算機(jī)在工作時，用戶將需要運(yùn)行的程序與需處理的數(shù)據(jù)裝入主存儲器中，CPU的控制器到主存中讀取指令，CPU的運(yùn)算器到主存讀取數(shù)據(jù)，在運(yùn)算過程中產(chǎn)生的結(jié)果，CPU會將其寫入存儲器。計算機(jī)的存儲器由一個一個單元組成，每個單元用二進(jìn)制地址來標(biāo)識。通常，我們把計算機(jī)的CPU和存儲器合在一起簡稱為計算機(jī)的主機(jī)。（3）存儲器。計算機(jī)基礎(chǔ)系存儲器(Memory)

：是計算機(jī)存儲數(shù)據(jù)和程序的存儲單元集合，每個存儲單元由8位二進(jìn)制位組成，ＣＰＵ可讀寫其中的數(shù)據(jù)。每個內(nèi)存單位都有一個“編號”，稱為地址。0000H0001H0002H地址FFFFH存儲體結(jié)構(gòu)圖位內(nèi)存單元1B=８bit1024B=1KB1024kB=1MB1024MB=1GB1024GB=1TB內(nèi)存單元2.1計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)

計算機(jī)基礎(chǔ)系

存儲器容量與地址線位數(shù)之間的關(guān)系

計算機(jī)基礎(chǔ)系

存儲器容量與地址線位數(shù)之間的關(guān)系

2．存儲地址空間存儲器的址

存儲地址空間是指對存儲器編碼的空間范圍。所謂編碼就是對內(nèi)存的每一個物理存儲單元分配一個編號，通常也叫做“編址”。編址的目的

分配編號給存儲單元的目的是為了便于找到該存儲單元，完成數(shù)據(jù)的讀寫，這就是所謂的“尋址”（平常也把地址空間稱為尋址空間）。計算機(jī)基礎(chǔ)系

存儲器容量與地址線位數(shù)之間的關(guān)系

2．存儲地址空間容量與編址之間的關(guān)系

主存儲器的編址采用無符號二進(jìn)制整數(shù)定義，如圖2-6所示的存儲器容量為64KB，字長為1字節(jié)的存儲器的地址編址范圍為0000000000000000至1111111111111111（十進(jìn)制范圍為0～65535）。

通常，如果計算機(jī)有N個字節(jié)的存儲空間的話，那就需要有Log2N位的無符號二進(jìn)制整數(shù)來對每一個存儲單元進(jìn)行編址。計算機(jī)基礎(chǔ)系

存儲器容量與地址線位數(shù)之間的關(guān)系

2．存儲地址空間容量與編址之間的關(guān)系

主存儲器的編址采用無符號二進(jìn)制整數(shù)定義，如圖2-6所示的存儲器容量為64KB，字長為1字節(jié)的存儲器的地址編址范圍為0000000000000000至1111111111111111（十進(jìn)制范圍為0～65535）。

通常，如果計算機(jī)有N個字節(jié)的存儲空間的話，那就需要有Log2N位的無符號二進(jìn)制整數(shù)來對每一個存儲單元進(jìn)行編址。計算機(jī)基礎(chǔ)系

存儲器容量與地址線位數(shù)之間的關(guān)系

例如，一臺計算機(jī)有32MB主存（內(nèi)存），地址線是多少根，編址范圍是？對于早期386與486的微機(jī)，其地址總線為32位，因此地址空間可達(dá)232B，即4GB。目前，主流計算機(jī)的地址總線有所增加，如“奔騰”為36位地址，酷睿為44位地址，AMD64為52位地址，因此，它們的最大內(nèi)存地址空間分別為236B、244B與252B，即64GB、16TB與4PB。通常配置4GB內(nèi)存。計算機(jī)基礎(chǔ)系內(nèi)存儲器（主存儲器）：速度快，容量小，直接與CPU進(jìn)行信息交換，存放存放計算機(jī)當(dāng)前工作所需的程序和數(shù)據(jù)。外存儲器（輔助存儲器）：速度慢，容量大，不能直接與CPU進(jìn)行信息交換，須將外存內(nèi)容調(diào)入內(nèi)存；存放暫不用的數(shù)據(jù)和程序。隨機(jī)存儲器（RAM，斷電后信息丟失）只讀存儲器（ROM，斷電后信息存在）主板上的CMOS主板上的CacheDDR400可擦洗ＲＯＭＲＯＭ在主板上2.1計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)

計算機(jī)基礎(chǔ)系３４５控制器運(yùn)算器內(nèi)存儲器主機(jī)CPU返回2.1計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)

計算機(jī)基礎(chǔ)系2.1計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)

返回（4）輸入設(shè)備。輸入設(shè)備（InputDevice）是用來向計算機(jī)輸入程序和數(shù)據(jù)的部件，計算機(jī)運(yùn)行的程序與處理的數(shù)據(jù)都是通過輸入設(shè)備輸入的。大家通過第一章的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道，計算機(jī)內(nèi)每種數(shù)據(jù)都是用二進(jìn)制編碼來表示的，因此，輸入設(shè)備的功能是把我們能夠識別的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能處理的數(shù)據(jù)。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、麥克風(fēng)與游戲桿等。計算機(jī)基礎(chǔ)系2.1計算機(jī)硬件邏輯系統(tǒng)

返回（5）輸出設(shè)備。計算機(jī)輸出設(shè)備（OutputDevice）與輸入設(shè)備的功能相反，是用來輸出計算機(jī)處理結(jié)果的部件。由于輸出設(shè)備的輸出是面向用戶，這就要求輸出設(shè)備能以人們所能接受與識別的信息輸出，如文字信息、聲音信息與圖形信息等。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、音箱與繪圖儀等。計算機(jī)基礎(chǔ)系鼠標(biāo)常用的輸入和輸出設(shè)備返回攝像頭壓感筆掃描儀計算機(jī)基礎(chǔ)系其它輸出設(shè)備音箱返回常用的輸入和輸出設(shè)備計算機(jī)基礎(chǔ)系具有輸入和輸出雙重功能觸摸屏耳麥磁盤返回常用的輸入和輸出設(shè)備計算機(jī)基礎(chǔ)系程序+數(shù)據(jù)輸入設(shè)備存儲器輸出設(shè)備運(yùn)算器控制器取數(shù)存數(shù)地址指令請求信號反饋信號請求信號反饋信號請求信號反饋信號數(shù)據(jù)程序2.1.2計算機(jī)硬件系統(tǒng)工作圖返回計算機(jī)基礎(chǔ)系1.取指令2.分析指令3.執(zhí)行指令即：不停的進(jìn)行

返回計算機(jī)工作過程計算機(jī)基礎(chǔ)系工作原理①取指令:按照程序計數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲器中取出指令，并送往指令寄存器。②分析指令:對指令寄存器中存放的指令進(jìn)行分析，由譯碼器對操作碼進(jìn)行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位信號；由地址碼確定操作數(shù)地址。③執(zhí)行指令:由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，去完成該指令所要求的操作。④下一條指令準(zhǔn)備:一條指令執(zhí)行完成，指令計數(shù)器加1或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程序計數(shù)器，然后回到①。返回計算機(jī)基礎(chǔ)系地址和數(shù)據(jù)用十六進(jìn)制表示計算機(jī)基本程序執(zhí)行過程計算機(jī)基礎(chǔ)系2.2計算機(jī)的硬件系統(tǒng)

返回從組成部件上看，計算機(jī)硬件系統(tǒng)可分為中央處理單元、主存儲器與輸入/輸出設(shè)備三大子系統(tǒng)。圖2-4給出了組成單個計算機(jī)的子系統(tǒng)。計算機(jī)基礎(chǔ)系2.2計算機(jī)的硬件系統(tǒng)

返回高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器也稱為Cache，一般由高速SRAM構(gòu)成，它是根據(jù)程序的局部性原理，在主存和CPU的寄存器之間設(shè)置一個高速的容量相對比較小的存儲器，如圖所示。（交待緩存所處的位置）計算機(jī)基礎(chǔ)系2.2計算機(jī)的硬件系統(tǒng)

返回1）顯卡顯卡的全稱是顯示接口卡（Videocard，Graphicscard），又稱為顯示適配器（Videoadapter），是個人計算機(jī)最基本的組成部分之一。顯卡的用途是將計算機(jī)系統(tǒng)所需要的顯示信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換驅(qū)動，并向顯示器提供行掃描信號，控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個人計算機(jī)主板的重要元件。顯卡作為計算機(jī)主機(jī)里的一個重要組成部分，承擔(dān)輸出顯示圖形的任務(wù)，對于從事專業(yè)圖形設(shè)計的人來說顯卡非常重要。目前，計算機(jī)中的顯卡可分為核心顯卡、獨(dú)立顯卡與集成顯卡3類。計算機(jī)基礎(chǔ)系2.2計算機(jī)的硬件系統(tǒng)

返回核心顯卡是Intel新一代圖形處理核心，占住目前顯卡的主流市場。核心顯卡和以往的顯卡設(shè)計不同，Intel憑借其在處理器制造上的先進(jìn)工藝以及新的架構(gòu)設(shè)計，將圖形核心與處理核心整合在同一塊基板上，構(gòu)成一顆完整的處理器。這種設(shè)計上的整合大大縮減了處理核心、圖形核心、內(nèi)存及內(nèi)存控制器間的數(shù)據(jù)周轉(zhuǎn)時間，有效提升處理效能并大幅降低芯片組整體功耗，有助于縮小了核心組件的尺寸，為筆記本、一體機(jī)等產(chǎn)品的設(shè)計提供了更大選擇空間。核心顯卡可預(yù)設(shè)固定大小的內(nèi)存作為顯存使用，也可采用系統(tǒng)動態(tài)分配顯存方式，顯存最大可達(dá)1.6GB。計算機(jī)基礎(chǔ)系2.2計算機(jī)的硬件系統(tǒng)

返回獨(dú)立顯卡是指將顯示芯片、顯存及其相關(guān)電路單獨(dú)做在一塊電路板上，自成一體而作為一塊獨(dú)立的板卡存在，通過PCI-Ex16圖形接口和CPU連接，具有獨(dú)立的顯存，功耗較高。計算機(jī)基礎(chǔ)系2.2計算機(jī)的硬件系統(tǒng)

返回集成顯卡是將顯示芯片及其相關(guān)電路都做在主板上，與主板融為一體；集成顯卡的顯示芯片有單獨(dú)的，但大部分都集成在主板的北橋芯片中；集成顯卡由系統(tǒng)動態(tài)分配內(nèi)存作為顯存使用，顯存最高可達(dá)768MB，雖然有些主板集成的顯卡也在主板上單獨(dú)安裝了顯存，但其容量較小。集成顯卡的顯示效果與處理性能相對較弱，過去主要占住計算機(jī)的低端市場，目前已基本淘退。2.6總線Bus數(shù)據(jù)總線（DataBus，簡稱為DB）用來傳輸數(shù)據(jù)信息；地址總線（AddressBus，簡稱為AB）地址總線用于傳送CPU發(fā)出的地址信息；控制總線（ControlBus，簡稱為CB）控制總線用來傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信息等。計算機(jī)中的各個部件（CPU、主存儲器和輸入/輸出設(shè)備）之間是通過總線控制器和導(dǎo)線連接起來的。導(dǎo)線的集合被稱之為總線（Bus）主板Matherboard3計算機(jī)的基本工作過程(1)什么是程序？什么是指令？使用“程序存儲”辦法，程序和數(shù)據(jù)都存進(jìn)了機(jī)器內(nèi)部，由程序來控制計算機(jī)工作。基本工作過程：取指令，分析指令，執(zhí)行指令。3.計算機(jī)的工作過程(2)①取指令:按照程序計數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲器中取出指令，并送往指令寄存器。②分析指令:對指令寄存器中存放的指令進(jìn)行分析，由譯碼器對操作碼進(jìn)行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位信號；