第2章 計算機(jī)硬件系統(tǒng)

⑥

2計算機(jī)硬件基礎(chǔ)

鎏

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

主要內(nèi)容

2.1計算機(jī)內(nèi)信息表示與存儲

2.2數(shù)值信息表示、進(jìn)制轉(zhuǎn)換、常用碼制

2.3計算機(jī)硬件基礎(chǔ)

2.4PC機(jī)的工作原理

2.5存儲器

2.6輸入,輸出設(shè)備

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

I

基本要求

1.掌握二進(jìn)制的特點(diǎn)、運(yùn)算，計算機(jī)信息采用二進(jìn)制的原因

2.掌握數(shù)據(jù)的計量單位

3.熟練掌握各種的進(jìn)制關(guān)系、轉(zhuǎn)換方法

4.了解和掌握PC機(jī)的基本物理配置

5.掌握計算機(jī)硬件邏輯組成

6.了解和掌握CPU的組成和指令系統(tǒng)，指令的組成，指令的執(zhí)

行，了解計算機(jī)的啟動過程，掌握總線的分類

7.掌握存儲器分類，存儲器層次結(jié)構(gòu)

8.了解和掌握常用輸入'輸出設(shè)備

9.了解多處理器系統(tǒng)、并行處理、指令的分類、兼容性問題，

PC機(jī)的性能評測，系統(tǒng)總線的傳輸速率、系統(tǒng)的可靠性

中囹喘科大學(xué)奸算機(jī)教研室

I

主要內(nèi)容

2.1計算機(jī)內(nèi)信息表示與存儲

2.2數(shù)值信息表示、進(jìn)制轉(zhuǎn)換、常用碼制

2.3計算機(jī)硬件基礎(chǔ)

鎏2.4PC機(jī)的工作原理

2.5存儲器

2.6輸入、輸出設(shè)備

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

2.1計算機(jī)內(nèi)信息表示與存儲

鎏

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

⑥

信息：通俗的講就是對人有用的數(shù)據(jù)。

其科學(xué)定義為,信息是客觀存在的一切事物通過物

質(zhì)載體所發(fā)出的消息、情報、指令、數(shù)據(jù)、信號中所包

含所有一切可傳遞和交換的知識內(nèi)容。

信息表示是指信息在計算機(jī)中的表達(dá)、操作和記錄

鎏方式。

計算機(jī)中處理的信息分成：數(shù)值信息和非數(shù)值信息,

均以二進(jìn)制方式存儲在計算機(jī)中。

中囹胡科大學(xué)奸算機(jī)教研室

2.1.1計算機(jī)中為什么使用二進(jìn)制?

(1)簡化電路

(2)便于傳輸

(3)運(yùn)算簡單

(4)邏輯性好

鎏

⑥

2.1.2數(shù)據(jù)單位

1.位（bit）一個二進(jìn)制位（0或1）,構(gòu)成信息的

最小單位。

2.字節(jié)（Byte）計算機(jī)存儲信息的基本單位,A

個二進(jìn)制位構(gòu)成一個字節(jié)。b7b6b5b4b3b2blb（）（b7

最高位，b。最低位）

鎏3.字長：計算機(jī)進(jìn)行處理時，一次存取、加工和傳

送的數(shù)據(jù)長度。

通常有單字（Word：16位二進(jìn)制），雙字32或四

字64之分。

中囹胡科大學(xué)奸算機(jī)教研室

4、存儲單位換算

□千字節(jié):1KB=1O24B=21OB

□兆字節(jié):1MB=1O24KB=22OB

鎏□吉字節(jié):1GB=1O24MB=23OB

□太字節(jié):1TB=1O24GB=24OB

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

5、網(wǎng)絡(luò)傳輸速率單位

比特/秒(bps或b/s)波特率(bps,Kbps,Mbps,Gbps)

□1Kb/s=103b/s=1000b/s

□1Mb/s=106b/s

鎏□lGb/s=109b/s

□lTb/s=1012b/s

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

主要內(nèi)容

2.1計算機(jī)內(nèi)信息表示與存儲

2.2數(shù)值信息表示、進(jìn)制轉(zhuǎn)換、常用碼制

2.3計算機(jī)硬件基礎(chǔ)

鎏2.4PC機(jī)的工作原理

2.5存儲器

2.6輸入,輸出設(shè)備

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

2.2數(shù)值信息表示、進(jìn)制轉(zhuǎn)換、常用碼制

鎏

221數(shù)值信息表示

1、定點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)位置固定不變，一般在有效數(shù)字的前

面（純小數(shù)）或后面（純整數(shù)）

①純小數(shù)（假設(shè)機(jī)器字長為16位，符號位為1位）

庖

局

符號位小數(shù)位數(shù)值位

例：-0.1101101的存放形式為1110110100000000

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

②純整數(shù)（假設(shè)機(jī)器字長為16位，符號位為工位）

A

符號位數(shù)值位小數(shù)位

鎏

例：1101101的存放形式為0000000001101101

符號位中“0”表正，“1”表負(fù)。

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

2、浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)位置在數(shù)據(jù)字的位置是浮動的

浮點(diǎn)數(shù)由兩部分組成：尾數(shù)和階碼

一個十進(jìn)制實數(shù)可以表示成一個純小數(shù)和一個哥的積，

其中指數(shù)部分用來指出實數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置

例如：

122.45=(0.12245)X103=(尾數(shù))X基數(shù)階碼

二進(jìn)制完全類似

如：

100

(1001.011)2=(0.1001011)X2

其中基數(shù)為2,尾數(shù)和階碼均為二進(jìn)制數(shù)。

注意：階碼100是二進(jìn)制數(shù)，即(100)表示4.何啕

2.中囹番和大學(xué)計算機(jī)教研室I

（假設(shè)機(jī)器字長為16位，符號位為工位，階碼4位，尾數(shù)12位）

階碼尾數(shù)

x

階碼數(shù)符I—數(shù)值位

符號位小數(shù)位

例：工OLJ■工。1=0?10工工工。工X

其存放形式為0011010111010000

注：其中尾數(shù)位數(shù)越多，精度越高,階碼位數(shù)越多，值域越多大

2.2.2二進(jìn)制運(yùn)算

二進(jìn)制運(yùn)算分為：算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算

1.算術(shù)運(yùn)算規(guī)則

加法規(guī)則：減法規(guī)則：

0+0=00-0=0

0+1=11-0=1

1+0=11-1=0

1+1=0（向高位進(jìn)位）0-1=1（向高位借位）

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

邏輯運(yùn)算時，按位獨(dú)立進(jìn)行,

2、邏輯運(yùn)算規(guī)則相鄰位之間不發(fā)生關(guān)系

與運(yùn)算（也稱邏輯乘-AND）：或運(yùn)算（也稱邏輯加-OR）：

L1L2LlxL2

000

010

100

111

非運(yùn)算（也稱取反-NOT）異或運(yùn)算（XOR）

L1L2L1X0RL2

L1「L1

100

0

I，01

10

11

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

⑥

2.2.3進(jìn)制轉(zhuǎn)換

數(shù)制的概念補(bǔ)充——掌握

5十進(jìn)制D(Decimal):基數(shù)為10,數(shù)碼為0~9,逢十進(jìn)一

■二進(jìn)制B(Binary)：基數(shù)為2,數(shù)碼。和1,逢二進(jìn)一

■計算機(jī)中的數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示

鎏■為了表示方便，在計算機(jī)科學(xué)中，還采用

■八進(jìn)制O(Octal)：基數(shù)為8,數(shù)碼為0~7(Q)

?十六進(jìn)制H(Hexadecimal)：基數(shù)為16,數(shù)碼為0~9,

A~FP21

中囹胡科大學(xué)奸算機(jī)教研室

2.2.3進(jìn)制轉(zhuǎn)換

1、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制

①十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)一除2取余法,(反向排列)

例2?1：將(77)I。轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制

被除數(shù)商(除數(shù)為2)余數(shù)

77381低位

38190

鎏1991

941

420

210

高位

101

2

(77)10=(1001101)中囹省和大學(xué)計算機(jī)教研室

[_.^￡3

⑥

②十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)—乘2取整法

例2?2：將（O.55）io轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制。

被乘數(shù)結(jié)果（乘數(shù)為2）整數(shù)部分

0.551.101

高位

0.100.200

0.200.400

鎏0.400.800

0.801.601

0.601.201低位

(0.55)10=(0.100011)2

說明：在小數(shù)乘2永遠(yuǎn)不可能等于1時，取規(guī)定有效數(shù)字（保留小

數(shù)點(diǎn)后位）。

6中囹省科大學(xué)計算機(jī)教研室

■_

③實數(shù)轉(zhuǎn)換

將十進(jìn)制實數(shù)的整數(shù)和小數(shù)部分拆開，步驟如下:

1.整數(shù)部分：除2取余

2.小數(shù)部分：乘2取整

3.合并結(jié)果

如：(77.55)1o=(1OO11O1.1OOO11)2

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

I

2、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制和十六進(jìn)制

十進(jìn)制9八進(jìn)制：整數(shù)部分—除8取余法

小數(shù)部分——乘8取整法

十進(jìn)制今十六進(jìn)制：整數(shù)部分—除16取余法

小數(shù)部分——乘16取整法

例24將(367.64)仙轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制

鎏①整數(shù)部分

被除數(shù)商(除數(shù)為16)余數(shù)低位

3672215

2216

101高位

(367)10=(16F)16

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

②小數(shù)部分

被乘數(shù)結(jié)果（乘數(shù)為16）整數(shù)部分

0.647.24高位

0.243.843

0.8413.4413

0.447.047

低位

鎏(0.64)10=(0.73D7)16

合并結(jié)果

(367.64)10=(16F.73DF)16

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

3、N進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制

采用按權(quán)求和的方法

進(jìn)制權(quán)

二進(jìn)制…23,22,21,2°,2.1,2-2,…

塞八進(jìn)制…83,82,8L8°,8L81，…

十進(jìn)制…103,102,101,10°,10-1,10-2,…

十六進(jìn)制…163,162,161,16°,16-1,162,...

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

3、N進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制

■N進(jìn)制數(shù)P:由n位整數(shù),m位小數(shù)組成

(P)2=PJI-1…「止0?P-1P-2…P-m

n1n22

(\D)lft=Pnn-i1xN-+Pnn-z2xN-,?.+Pi[XNi+Pu°xN°+P-1ixN-i+P2xN-

ra

+...P.mxN-

鎏■二進(jìn)制數(shù)B:由n位整數(shù),m位小數(shù)組成

(B)2=Bn.1...B1B0.B_1B.2...B.m

n11012,n

(D)10=Bn_1x2-+...+B1x2+B0x2+B_1x2-+B_2x2-+...B_mx2-

中囹喘科大當(dāng)計喜機(jī)教研室I

例2?5：將（ion.11）2轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

權(quán)

31

(1011.11)2=(1X2+0x22+1x2+1x2°+1X2"+1x2-2)io

=(8+O+2+1+O.5+O.25)1o

=(11.75)10

例2?6：將(317)8轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

21

(317)8=(3X8+1X8+7X8°)10

=(192+8+7)10

=(2O7)1O

4、二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的互換

①二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的互換

八進(jìn)制01234567

二進(jìn)制000001010011100101110111

■八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)—一分為三法

例2?7：將(207.54)8轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制

\z

207.54

010000111101100

(207,54)8=(010000111,101100)2，(50000111」011)2

練習(xí)：(1)(3254.76)8(2)(163.42)8(3)(257.36)8

(011010101100.111110)2(001110011.100010)2

(010101111.011110)2

■二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)——三合一法

■整數(shù)部分：自右向左，三個一組，不夠補(bǔ)零，每組對應(yīng)一個八進(jìn)制數(shù)碼。

■小數(shù)部分：自左向右，三個一組，不夠補(bǔ)零，每組對應(yīng)一個八進(jìn)制數(shù)碼。

例2?8：將(10100101.10111)2轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制

練習(xí)：

010100101.101110

(1)(11010101.01)2

(2)(1110101.1011)2

245.56(3)(11011.1111)2

因止匕：(10100101.10111)2=(245.56)8

②二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的互換

?十六.進(jìn)制01234567—

二進(jìn)制00000001001000110100010101100111

I十六進(jìn)制89ABeDEF—

鎏

二進(jìn)制10001001101010111100110111101111

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

?十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)———分為四法

例2?9：將（1E42A）16轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制

1E4.2A

00011110010000101010

(1E4.2A)16=(000111100100.00101010)2

=(111100100.0010101)2

練習(xí)：⑴(B84.E6)i6(2)(7A5.6C)16(3)(4D.F64)16

(101110000100.11100110)2(011110100101.01101100)2

(01001101.111101100100)2

②二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)—四合一法

&整數(shù)部分：自右向左，四個一組，不夠補(bǔ)零，每組對應(yīng)一個十六進(jìn)制數(shù)碼。

B小數(shù)部分：自左向右，四個一組，不夠補(bǔ)零，每組對應(yīng)一個十六進(jìn)制數(shù)碼。

例2?10：將(10101.10111)2轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制

練習(xí)：

⑴(1010101.01)2

(2)(1110101.101101)2

(3)(10011011.111)

15.B82

(10101.10111)2=(15.B8)16

③八進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的互換

方法：以二進(jìn)制作為中間過度來實現(xiàn)

例將（237%轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

(237'=(10011111)=(9F)

鎏216

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

2.2.4常用碼制

□對于有符號的整數(shù)，規(guī)定:

1.正整數(shù)的符號位（最高位）為0

2.負(fù)整數(shù)的符號位為工

□例如用一個字節(jié)（8位）表示一個整數(shù)可表示為

鎏

D7D6D5D4D3D2D1D0

其中為最高位D7為符號位

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

1、原碼表示法：最高位用來表示符號，。表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù),

其余各位表示該數(shù)的絕對值(二進(jìn)制表示)。

正數(shù)(43)I。=(00101011)2

負(fù)數(shù)(?43)1。=(10101011)2

0的表示：

原碼［+0］原=00000000［-0］原=10000000

2、負(fù)數(shù)的反碼表奈法：符號位為1,其余音位與原碼相反。

(-43)10=(11010100)2

［兇反］反=［X］原

0的表示：

反碼［+0］反=00000000［-0］原=11111111

正數(shù)的反碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼為其原碼除符號位外其

他各位按位取反。

3、負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼表示法：符號位為1,其余各位

是該負(fù)數(shù)的反碼的最低位加1。

(-43)10=(11010101)2

補(bǔ)碼。的表示唯[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=(00000000)2

鎏在計算機(jī)中，一般均采用補(bǔ)碼來表示有符號數(shù)

對于有符號的正整數(shù)X：[X]原=[X]反=[X]補(bǔ)

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

八位無符號整數(shù)表示的范圍八位有符號整數(shù)表示的范圍

二進(jìn)制.

二進(jìn)制十進(jìn)制原碼補(bǔ)碼

0000000000000000000

0000000110000000111

0000001020000001022

0000001130000001133

0000010040000010044

0111111112701111111127127

1000000012810000000-0-128

1000000112910000001-1-127

1000001013010000010-2-126

1111111025411111110-126-2

1111111125511111111-127-1

表示范圍0~255(2M)-127-+127-128-+127

二進(jìn)制整數(shù)的表示范圍

機(jī)器位不帶符號的整數(shù)帶符號的整數(shù)(補(bǔ)碼表示)

8位0~255(28-1)-128~+127

16位0~65535(216-1)-32768~+32767

32位0~2324-231~+231-1

64位0~2644-263-+263-1

K位0~2Kl-2k-1*+2k'1-1補(bǔ)碼

K位0~2k.i原碼

主要內(nèi)容

2.1計算機(jī)內(nèi)信息表示與存儲

2.2數(shù)值信息表示、進(jìn)制轉(zhuǎn)換、常用碼制

2.3計算機(jī)硬件基礎(chǔ)

鎏2.4PC機(jī)的工作原理

2.5存儲器

2.6輸入、輸出設(shè)備

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

計算機(jī)系統(tǒng)=硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)

硬件是計算機(jī)的實際物理裝置的總稱

軟件是在計算機(jī)中運(yùn)行的程序和相關(guān)數(shù)據(jù)、文檔的集合.

目的：充分發(fā)揮硬件效率，方便人們使用計算機(jī)

關(guān)系：密切相關(guān)、互相依存

鎏

硬件是基礎(chǔ)，軟件是對硬件功能的擴(kuò)充

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

廠運(yùn)算器

中央處理器一

廠主機(jī).L控制器

」內(nèi)存儲器

廠硬件一

F輸入設(shè)備

1-外部設(shè)備一輸出設(shè)備

計算機(jī)系統(tǒng)一「外存儲器

一操作系統(tǒng)

「系統(tǒng)軟件程序設(shè)計語言處理程序

鎏L

軟件一數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

應(yīng)用軟件匚服務(wù)程序

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

2.3.1PC機(jī)的主機(jī)物理配置

1、主機(jī)箱前后面板上的主要裝置

■指示燈

?按鈕與開關(guān)：電源、RESET按鈕

?盤片插口：磁盤或光盤設(shè)備

?電源插頭

?I/O接口等

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

2、主機(jī)箱內(nèi)部組成

?系統(tǒng)板（主板，Mainboard）

?中央處理器（CPU）

?各類存儲器（內(nèi)存、外

?擴(kuò)展卡（聲卡、顯卡

網(wǎng)卡等））

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

主板PC機(jī)中最關(guān)鍵的物理部件

■CPU及其配套集成電路芯片（運(yùn)算控制部件）

■快存（Cache）和主存儲器（內(nèi)存條）

■擴(kuò)展卡插槽（PCLISA擴(kuò)展卡槽）

鎏?控制電路（中斷控制，定時，DMA控制電路）

■ROM—BIOS和CMOS集成電路芯片

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

1個AGP擴(kuò)

展槽

6個PCI

總線擴(kuò)

展槽

工4個內(nèi)存

條插槽

主板電池硬盤/軟盤接口

擴(kuò)展卡(1)

VGA接口，顯

示器數(shù)據(jù)電纜連

接到此接口上

鎏

3、

接通電源，自動執(zhí)行BIOS程序，上電自檢，初始化,

然后讀入操作系統(tǒng)引導(dǎo)信息，裝入操作系統(tǒng)，并將系統(tǒng)

控制權(quán)交給操作系統(tǒng)。

加電：主板接通電源

鎏復(fù)位：Reset

自檢：POST（PowerOnSelfTest,加電自檢）

執(zhí)行程序：用戶使用

斷電：關(guān)機(jī)

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

⑥

4、BIOSBasicInput/Outputsystem

即基本輸入輸出系統(tǒng)，通常存放在主板的ROM（只

讀存儲器）中的一組機(jī)器語言程序，具有啟動計算機(jī)、診

斷計算機(jī)故障及控制低級輸入輸出的功能，是連接軟件程

序和硬件設(shè)備之間的接口。

BIOS包含程序：

鎏-POST（PowerOnSelfTest,加電自檢）程序；

-系統(tǒng)自舉（裝入）程序；

-CMOS設(shè)置程序；

-基本外圍設(shè)備的驅(qū)動程序；

中囹胡科大學(xué)奸算機(jī)教研室

5、CMOS—RAM:

此芯片中保存當(dāng)前系統(tǒng)中的硬件配置信息，包括當(dāng)前

的日期和時間，系統(tǒng)的口令，系統(tǒng)中安裝的軟盤、硬盤驅(qū)

動器的數(shù)目、類型及參數(shù)等。

鎏CMOS是易失性存儲器，為防止掉電丟失信息，在主

板上配備專門電池供電。

可以設(shè)開機(jī)密碼。

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

練習(xí)

下列關(guān)于目前PC機(jī)主板上的CMOS存儲器的敘述

中，錯誤的是

A、CMOS中存放著基本輸入/輸出系統(tǒng)BIOS

B、CMOS需要用電池供電

C、可以通過CMOS來修改計算機(jī)的硬件配置參數(shù)

D、在CMOS中可以設(shè)置開機(jī)密碼答案：人

⑥

2.3.2PC機(jī)硬件組成

輸入設(shè)備S存儲器輸出設(shè)備

鎏運(yùn)算器控制器

CPU

計算機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)圖

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

中央處理器主存儲器

總線

輸入輸出設(shè)備輔助存儲器

圖2?2計算機(jī)硬件組成框圖

主要內(nèi)容

2.1計算機(jī)內(nèi)信息表示與存儲

2.2數(shù)值信息表示、進(jìn)制轉(zhuǎn)換、常用碼制

2.3計算機(jī)硬件基礎(chǔ)

鎏2.4PC機(jī)的工作原理

2.5存儲器

2.6輸入、輸出設(shè)備

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

計算機(jī)工作原理:存儲程序和程序控制

馮?諾依曼(VonNeumann)提出的思想:補(bǔ)充——掌握

存儲程序和程序控制

一個問題的解算步驟(程序)連同它所處理的

數(shù)據(jù)都使用二進(jìn)制表示，并預(yù)先存放在存儲器中。

計算機(jī)工作時，CPU從內(nèi)存中取出指令和數(shù)據(jù)，按照

鎏指令的規(guī)定，對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，直到程序執(zhí)行

完畢。

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

2.4.1指令系統(tǒng)

指令：是用來規(guī)定計算機(jī)執(zhí)行的操作和操作對象的一個二進(jìn)制串。

指令系統(tǒng):是計算機(jī)所有二進(jìn)制指令的集合，不同CPU的指令系統(tǒng)

是不相同的.

1)指令系統(tǒng)分類

指令系統(tǒng)風(fēng)格可分為：

(1)算術(shù)邏輯指令

CISC(復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī))

(2)傳送指令

如80486,Pentium...等

(3)轉(zhuǎn)移指令

(4)控制指令RISC(精簡指令系統(tǒng)計算機(jī))

(5)輸入/輸出指令如SunSpace,HPPA,PowerPC等

(6)浮點(diǎn)運(yùn)算指令

(7)字符串處理指令

中囹嗝科大學(xué)希善機(jī)教研室I

練習(xí)

不同的計算機(jī)其指令系統(tǒng)通常有所不同，

這主要取決于

A所用操作系統(tǒng)

B系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)

C所用的CPU

D所用的程序設(shè)計語言

2.4.1指令系統(tǒng)

2）機(jī)器指令組成

機(jī)器指令由操作碼和地址碼組成

操作碼地址碼1地址碼2

鎏

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

2.4.1指令系統(tǒng)

3）尋址方式

■尋址是指確定操作數(shù)的地址和轉(zhuǎn)移指令的下一條要執(zhí)

行指令的地址。

鎏■尋址分為：直接尋址和間接尋址

■指令周期：指取出一條指令并加以執(zhí)行所需要的時間

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

2.4.2中央處理器（CPU）

HirhbkIFR+

ProcessingUnit)

nCPU

CPU內(nèi)部包括:

?運(yùn)算器

?控制器

?寄存器

CPU的散熱

中央處理器(CPU)

(1)運(yùn)算器(ArithmeticLogicUnit-ALU)

?算術(shù)邏輯部件(ALU)

?寄存器組

(2)控制器(Controller)

?程序計數(shù)器(PC)

?指令寄存器(IR)

?中斷處理器

?指令譯碼器

?時鐘發(fā)生器

?控制信號器

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

圖2-4CPU組成框圖

奔騰處理器

控

制

地

總

器

址

線

內(nèi)

轉(zhuǎn)

接

存

換

系

口

運(yùn)

部

統(tǒng)

部

算

件

總

件

器

線

數(shù)據(jù)cache

（3）CPU主要技術(shù)參數(shù)

字長（位）：運(yùn)算器和寄存器的寬度（P4的字長為32位）

主頻（MHz）:時鐘頻率（P4時鐘頻率在1500_3036MHz）

運(yùn)算速度（MIPS）：每秒鐘完成整數(shù)運(yùn)算次數(shù)（P4的運(yùn)算速度大于

100MIPS）

鎏

(5)Cache(高速緩沖存儲器/快存)

CPU內(nèi)存

Cache

它通常采用與CPU速度相接近的SRAM。其工作方法是

將當(dāng)前頻繁訪問的指令和要處理的數(shù)據(jù)復(fù)制到Cache中,

CPU讀寫時，首先訪問Cache,減少訪問內(nèi)存的次數(shù)，提高

鎏程序運(yùn)行速度。

pL1一級Cache，容量小

Cache—

_L2二級Cache,容量大

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

練習(xí)

CPU使用的Cache是用SRAM組成的一種高速緩沖存儲器,

下列敘述中，正確的是------------

A、從功能上看，Cache實質(zhì)上是CPU寄存器的擴(kuò)展

B、Cache的存儲速度接近于主存的存取速度

C、Cache的主要功能是提高主存和輔存之間數(shù)據(jù)交

換的速度

\D、Cache中的數(shù)據(jù)是主存中很小一部分內(nèi)容的副本

⑥

2.4.3總線

總線(BUS)是連接計算機(jī)中CPU、內(nèi)存、輔存、

各種輸入輸出設(shè)備的一組物理信號線及其相關(guān)的控制

電路，它的功能是在計算機(jī)各部件間運(yùn)載傳輸信息。

總線分成：

鎏1.內(nèi)部總線

2.系統(tǒng)總線

■控制總線一，控制信號

■地址總線一，地址信號

■數(shù)據(jù)總線一，數(shù)據(jù)信號

中囹胡科大學(xué)奸算機(jī)教研室

2.4.3總線

微機(jī)中常用總線:

ISA:AT總線，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系總線數(shù)據(jù)線16位

EISA：擴(kuò)展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系總線數(shù)據(jù)線32位

鎏PCI：局部總線數(shù)據(jù)線32-64位

AGP：加速圖形端口數(shù)據(jù)線32-64位

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

‘◎窗?屆置回闿宙

使用PCI總線的計算機(jī)結(jié)構(gòu)

衡量總線的技術(shù)指標(biāo)是傳輸速率（總線帶寬），即單

位時間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)量。計算公式:

傳輸速率（MB/s尸（數(shù)據(jù)線寬度/8）義總線工作頻率

例：P4的CPU外部數(shù)據(jù)總線為64位，工作頻率為533MHz

鎏傳輸速率=533MHz義(64B/8)=4.2GB/s

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

練習(xí)

為了提高機(jī)器的性能，PC機(jī)的系統(tǒng)總線在

不斷地發(fā)展，下列英文縮寫中，

與PC機(jī)總線無關(guān)

A.PCIB.ISAC.EISAD.RISC

DRISC（精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)）

⑥

2.4.4I/O接口電路

連接主機(jī)和外部設(shè)備的電路—I/O接口電路

I/O操作:

1.CPU:負(fù)責(zé)I/O操作的啟動;

2.I/O控制器：負(fù)責(zé)在I/O操作期間對I/O設(shè)備進(jìn)行全程控制;

鎏3.DMA（直接存儲器訪問）控制：負(fù)責(zé)I/O設(shè)備與主存之間

的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂疲?/p>

4.程序中斷：負(fù)責(zé)向CPU報告I/O操作完成的情況，實現(xiàn)CPU

處理與I/O操作之間的同步與通信

中囹胡科大學(xué)奸算機(jī)教研室

主要內(nèi)容

2.1計算機(jī)內(nèi)信息表示與存儲

2.2數(shù)值信息表示、進(jìn)制轉(zhuǎn)換、常用碼制

2.3計算機(jī)硬件基礎(chǔ)

2.4PC機(jī)的工作原理

鎏

2.5存儲器

2.6輸入、輸出設(shè)備

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

I

2.5存儲器

計算機(jī)系統(tǒng)的重要特性:具有極強(qiáng)的“記憶”

能力，它能夠把大量的數(shù)據(jù)、程序存儲起來，具

塞有這種功能的部件是存儲器。

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

I^3

蘭存Primarymemory（內(nèi)存）

鎏存取速度快而容量較小，直.接與CPU交換數(shù)據(jù)，是

計算機(jī)的工作存儲器。

輔存Secondmemory（外存）

存取速度慢而容量大，存放著計算機(jī)中所有信息,

其中的信息需要先送入內(nèi)存，CPU才可使用。

中囹胡和大學(xué)奸算機(jī)教研室

存儲器操作補(bǔ)充——理解

1.讀出：從存儲器單元中讀數(shù)據(jù)，不破壞存儲

器單元中的內(nèi)容；

2.寫入：向存儲器單元寫數(shù)據(jù)為覆蓋性寫入，

鎏

存儲器單元只保存新數(shù)據(jù)，而舊數(shù)據(jù)將丟失;

中囹省科大學(xué)奸算機(jī)教研室

2.5.1內(nèi)存彳諸器

內(nèi)存（主存）由半導(dǎo)體構(gòu)成。每個存儲單元都有一個編號——地

址，按地址來存取數(shù)據(jù)，內(nèi)存存取速度快，價格貴，因此容量較

小。

（1）隨機(jī)存儲器（RAM）

■可讀可寫，掉電后數(shù)據(jù)丟失

■分為SRAM（靜態(tài)）和DRAM（動態(tài)）兩種

鎏（2）只讀存儲器（ROM）

?只能讀取數(shù)據(jù)，不能寫入，數(shù)據(jù)永久保存

■可分為掩模ROM,可擦寫ROM,

FlashROM（快擦除/閃存）：低電壓只讀（ROM），高電壓讀寫